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Exposé sur les technologies
photovoltaïques
Matière: installation photovoltaïque
Réalisé par : Kosksi Islem
Sdiri Chaima
Nenni Wejden
Année universitaire : 2022/2023
Plan de travail
 introduction
 les stades de fabrication des panneaux solaires :
à base des trois technologies utilisées
 l’évolution de la technologie photovoltaïque
 l’évolution des couts d’une installation PV
 conclusion
Introduction
L’électricité solaire peut être utilisée dans toutes les régions du monde,
sous des formes très différentes: on l’utilise sur les toits des maisons
individuelles, mais aussi dans les très grandes centrales solaires. De plus,
la capacité de production peut être augmentée rapidement en rajoutant
des panneaux supplémentaires. L’électricité solaire offre donc une
solution sûre, abordable et durable pour générer du courant à grande
échelle.
L’énergie solaire photovoltaïque
désigné l’électricité produite par
transformation d’une partie du
rayonnement solaire avec une
cellule photovoltaïque. Le terme
photovoltaïque peut désigner
soit le phénomène physique
,l’effet photovoltaïque ou la
technologie associée.
L’effet photovoltaïque
Les différentes
technologies
photovoltaïques
Matériau Rendement Longévité caractéristiques Principales
utilisations
Silicium
mono
Cristallin
12 à 18%
(24,7% en
laboratoire
)
20 à 30
ans
* Très performant
* Stabilité de production d’W
* Méthode de production coûteuse et
laborieuse.
Aérospatiale,
modules pour
toits, façades,…
Silicium poly
Cristallin
11 à 15%
(19,8% en
laboratoire
)
20 à 30
ans
* Adapté à la production à grande
échelle.
* Stabilité de production d’W.
Plus de 50% du marché mondial.
Modules pour toits,
façades,
générateurs…
Amorphe
5 à 8%
(13% en
laboratoire)
* Peut fonctionner sous la lumière
fluorescente.
* Fonctionnement si faible
luminosité.
* Fonctionnement par temps
couvert.
* Fonctionnement si ombrage partiel
* La puissance de sortie varie dans
le temps. En début de vie, la
puissance délivrée est de 15 à
20% supérieure à la valeur
nominale et se stabilise après
quelques mois.
Appareils
électroniques
(montres,
calculatrices…),
intégration dans le
bâtiment
• La première étape est la fabrication de silicium dit métallurgique.
• Pour ce faire, il faut faire, ce que l’on nomme en chimie, une « réduction » à
partir d’un mélange composé de morceaux de silice (généralement des
morceaux de quartz) et de bois.
• Le mélange est ensuite porté à très haute température (autour de 3 000°) avant
d’être purifié à 99,9999 %.On obtient ainsi du silicium (cristaux).
• Ces derniers sont enfin cuits à près de 1 450° afin de créer des lingots de
silicium.
• Une fois refroidis, les lingots sont coupés en tranches, d’une épaisseur ne
dépassant pas les 200 microns.
Aujourd’hui, la très grande majorité des Panneaux solaires
photovoltaïque sont constitués de silicium.
Le silicium est ainsi le deuxième élément le plus abondant sur Terre .
Composition et étapes de fabrication d’un panneau solaire
• Ces cellules ne sont toutefois pas encore utilisables .En effet,
un circuit électrique doit encore être imprimé sur la surface
du wafer pour que le courant recueilli puisse être transféré.
• Les panneaux les plus courants sont composés de 60 cellules.
Les cellules sont disposées entre deux pellicules de résine
transparente( film EVA). Les deux pellicules de résine
encapsulent les cellules de façon totalement étanche pour les
protéger de toutes les agressions extérieures.
• l’étape suivante consiste à placer un verre trempé, dont
l’épaisseur est de 3 à 4 mm, en face avant. Le panneau est
ensuite équipé de son cadre en aluminium dont la
composition et le profil ont été étudiées pour offrir les
meilleures qualités de résistance mécanique.
• Enfin, une boîte de jonction est fixée à l’arrière du panneau
solaire : il s’agit de la borne de sortie de l’électricité solaire.
Chaque borne présente un câble « plus » et un câble
« moins » équipé d’une connectique spéciale pour assurer la
meilleure connexion électrique et une étanchéité parfaite.
• 1)Le cadre en aluminium
• 2)Le verre trempé
• 3)Film d'encapsulation EVA :
Ethylene Vinyl Acetate
(éthylène-acétate de vinyle)
• 4)Les cellules solaires
photovoltaïques
• 5)La membrane en tedlar
• 6)La boite de jonction
• 1)Le cadre en aluminium:
Utilisé pour solidifier l'ensemble, le cadre permet la manutention et la fixation du panneau.
• 2)Le verre trempé:
Pour protéger les cellules solaires photovotaïques des chocs comme la grêle.
• 3)Film d'encapsulation EVA : Ethylene Vinyl Acetate (éthylène-acétate de vinyle):
Ce film est une résine transparente qui enrobe les cellules photovoltaïques (mise en sandwitch). Cette encapsulation est
thermétique, elle empêche l'air et l'humidité d'atteindre la cellule photovoltaïque et doit résister le plus longtemps possible aux
radiations solaires.
• 4)Les cellules solaires photovoltaïques:
Les cellules transforment le rayonnement solaire en électricité, tous les éléments qui les entourent assurent leur protection.
• 5)La membrane en tedlar:
Cette membrane permet de protéger le panneau des agressions extérieures : corrosion, variation température...
• 6)La boite de jonction:
Son utilité est simple, connecter les cellules photovoltaïque au reste de l'installation électrique
Perspective
d’évolution des
différentes
technologies
photovoltaïques
• Des progrès sont constants y compris pour les
cellules les plus anciennes dont les rendements
record obtenus en laboratoire continuent à s’élever.
On y constate que les progrès sont en général
incrémentaux et que les nouvelles technologies,
même si elles peuvent progresser assez rapidement,
ne supplantent pas les plus anciennes.
• Ces dernières technologies s’approchent de leur
rendement théorique maximum (30% pour les
cellules à une seule jonction). Seules les
technologies multi jonction, et uniquement celles à
base de matériaux III-V, dépassent la barre des 30%.
Leur exploitation industrielle dépend donc d’autres
facteurs que le rendement comme la maturité des
technologies de mise en œuvre, le coût de
fabrication ou la stabilité des cellules dans le temps.
• Les pérovskites, prennent une place de
plus en plus importante dans la fabrication
de cellules photovoltaïques : en six ans, le
rendement des cellules contenant des
pérovskites a été multiplié par cinq.
• L’un des moyens, pour une cellule
photovoltaïque, d’améliorer son
rendement est de pouvoir absorber le
maximum de radiations lumineuses du
spectre solaire pour augmenter l’intensité
du courant générée
Les cellules multi jonctions haut rendement pour les
applications spatiales et les systèmes à concentration
Une troisième famille de cellules photovoltaïques a été développée pour
des applications spécifiques telles que l’alimentation des satellites ou les
systèmes terrestres à forte concentration. Ces applications recherchent
des cellules à très haut rendement mais dont le coût par unité de surface
peut être élevé. Il s’agit de cellules multi jonction à base de
semiconducteurs dits III-V. à base de matériaux composés avec les
éléments des colonnes respectives du tableau de Mendeleïev.
Développement de
cellules solaires à
haut rendement à
base de couches
minces de
type TCO/ZnS/CZTS/
Mo/Glass:
• Les rendements atteint actuels en laboratoire pour des
cellules classiques de type
ZnO:Al/ZnO/CdS/Cu(In,Ga)Se2/Mo/Verre sont de l’ordre
de 20 %, faute de moyen ce résultat a été réalisé avec un
équipement lourd et à base de couches tampons (CdS), qui
est polluant pour l’environnement à cause du Cadmium.
• à la réalisation de photopiles en couches minces
polycristallines de type : Au/ZnO:Al/ZnO/ZnS/Cu2(Sn,
Zn)(S4)/Mo/Verre à faible coût et sans matériaux polluants.
En effet, L’objectif général est la synthèse et la
caractérisation des couches minces à base de matériaux qui
ont une bonne stabilité et du respect de l’environnement,
que se soit pour le développement des électrodes
transparents TCOs, ZnO :Al, à la place de l’ITO. ZnS à la place
de CdS comme par exemple les composés Kestérites
(Cu(Sn,Zn)(S,Se)2. Et, ZnO :Al avec des procédés simple à
faibles coût.
CONTEXTE MONDIAL:
LES ENERGIES RENOUVELABLES
• Entre 2009 et 2018, les coûts mondiaux de
production du pv ont très fortement baissés
pour devenir compétitifs face aux autres
moyens de production électrique.
• La graphique ci-dessous illustre l'évolution
du Coût Actualisé de l'Énergie de 2009 à
2018.
• Le Coût actualisé de l'Énergie est le rapport
du coût complet d'une énergie sur l'énergie
totale produite durant la période de vie de
l'équipement.
En 2010, la production d'un
mégawattheure d'électricité d'origine
photovoltaïque coûtait en moyenne
378 dollars dans le monde. Et ce, sans
tenir compte des subventions pouvant
être accordées dans certains pays.
En 2019, ce coût est tombé à 68
dollars, soit moins cher que le
nucléaire et le charbon, et à peine plus
cher que l'option la plus rentable
étudiée dans ce graphique.
Evolution mondiale des prix [€/Wc] pour les systèmes PV
LCOE dans les
segments de
marché jusqu'à
2020 en Tunisie
• A raison de comparaison la figure présente des résultats de calculs sans
considérer le cadre des subventions existant dans le marché résidentiel.
Aussi, afin de faciliter, les tarifs d’électricité sont présentés comme stable
pour la période.
Conclusion
La technologie photovoltaïque n'est pas encore au point mais elle est en pleine
croissance puisque des chercheurs essaient d'améliorer la rentabilité d'un panneau
ou encore de pouvoir réussir à recycler les matériaux utilisés à sa production. Elle
connait la plus forte dynamique en termes de recherche, innovation et
développement.
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  • 1. Exposé sur les technologies photovoltaïques Matière: installation photovoltaïque Réalisé par : Kosksi Islem Sdiri Chaima Nenni Wejden Année universitaire : 2022/2023
  • 2. Plan de travail  introduction  les stades de fabrication des panneaux solaires : à base des trois technologies utilisées  l’évolution de la technologie photovoltaïque  l’évolution des couts d’une installation PV  conclusion
  • 3. Introduction L’électricité solaire peut être utilisée dans toutes les régions du monde, sous des formes très différentes: on l’utilise sur les toits des maisons individuelles, mais aussi dans les très grandes centrales solaires. De plus, la capacité de production peut être augmentée rapidement en rajoutant des panneaux supplémentaires. L’électricité solaire offre donc une solution sûre, abordable et durable pour générer du courant à grande échelle.
  • 4. L’énergie solaire photovoltaïque désigné l’électricité produite par transformation d’une partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. Le terme photovoltaïque peut désigner soit le phénomène physique ,l’effet photovoltaïque ou la technologie associée. L’effet photovoltaïque
  • 5. Les différentes technologies photovoltaïques Matériau Rendement Longévité caractéristiques Principales utilisations Silicium mono Cristallin 12 à 18% (24,7% en laboratoire ) 20 à 30 ans * Très performant * Stabilité de production d’W * Méthode de production coûteuse et laborieuse. Aérospatiale, modules pour toits, façades,… Silicium poly Cristallin 11 à 15% (19,8% en laboratoire ) 20 à 30 ans * Adapté à la production à grande échelle. * Stabilité de production d’W. Plus de 50% du marché mondial. Modules pour toits, façades, générateurs… Amorphe 5 à 8% (13% en laboratoire) * Peut fonctionner sous la lumière fluorescente. * Fonctionnement si faible luminosité. * Fonctionnement par temps couvert. * Fonctionnement si ombrage partiel * La puissance de sortie varie dans le temps. En début de vie, la puissance délivrée est de 15 à 20% supérieure à la valeur nominale et se stabilise après quelques mois. Appareils électroniques (montres, calculatrices…), intégration dans le bâtiment
  • 6. • La première étape est la fabrication de silicium dit métallurgique. • Pour ce faire, il faut faire, ce que l’on nomme en chimie, une « réduction » à partir d’un mélange composé de morceaux de silice (généralement des morceaux de quartz) et de bois. • Le mélange est ensuite porté à très haute température (autour de 3 000°) avant d’être purifié à 99,9999 %.On obtient ainsi du silicium (cristaux). • Ces derniers sont enfin cuits à près de 1 450° afin de créer des lingots de silicium. • Une fois refroidis, les lingots sont coupés en tranches, d’une épaisseur ne dépassant pas les 200 microns.
  • 7. Aujourd’hui, la très grande majorité des Panneaux solaires photovoltaïque sont constitués de silicium. Le silicium est ainsi le deuxième élément le plus abondant sur Terre . Composition et étapes de fabrication d’un panneau solaire
  • 8. • Ces cellules ne sont toutefois pas encore utilisables .En effet, un circuit électrique doit encore être imprimé sur la surface du wafer pour que le courant recueilli puisse être transféré. • Les panneaux les plus courants sont composés de 60 cellules. Les cellules sont disposées entre deux pellicules de résine transparente( film EVA). Les deux pellicules de résine encapsulent les cellules de façon totalement étanche pour les protéger de toutes les agressions extérieures. • l’étape suivante consiste à placer un verre trempé, dont l’épaisseur est de 3 à 4 mm, en face avant. Le panneau est ensuite équipé de son cadre en aluminium dont la composition et le profil ont été étudiées pour offrir les meilleures qualités de résistance mécanique. • Enfin, une boîte de jonction est fixée à l’arrière du panneau solaire : il s’agit de la borne de sortie de l’électricité solaire. Chaque borne présente un câble « plus » et un câble « moins » équipé d’une connectique spéciale pour assurer la meilleure connexion électrique et une étanchéité parfaite.
  • 9. • 1)Le cadre en aluminium • 2)Le verre trempé • 3)Film d'encapsulation EVA : Ethylene Vinyl Acetate (éthylène-acétate de vinyle) • 4)Les cellules solaires photovoltaïques • 5)La membrane en tedlar • 6)La boite de jonction
  • 10. • 1)Le cadre en aluminium: Utilisé pour solidifier l'ensemble, le cadre permet la manutention et la fixation du panneau. • 2)Le verre trempé: Pour protéger les cellules solaires photovotaïques des chocs comme la grêle. • 3)Film d'encapsulation EVA : Ethylene Vinyl Acetate (éthylène-acétate de vinyle): Ce film est une résine transparente qui enrobe les cellules photovoltaïques (mise en sandwitch). Cette encapsulation est thermétique, elle empêche l'air et l'humidité d'atteindre la cellule photovoltaïque et doit résister le plus longtemps possible aux radiations solaires. • 4)Les cellules solaires photovoltaïques: Les cellules transforment le rayonnement solaire en électricité, tous les éléments qui les entourent assurent leur protection. • 5)La membrane en tedlar: Cette membrane permet de protéger le panneau des agressions extérieures : corrosion, variation température... • 6)La boite de jonction: Son utilité est simple, connecter les cellules photovoltaïque au reste de l'installation électrique
  • 11. Perspective d’évolution des différentes technologies photovoltaïques • Des progrès sont constants y compris pour les cellules les plus anciennes dont les rendements record obtenus en laboratoire continuent à s’élever. On y constate que les progrès sont en général incrémentaux et que les nouvelles technologies, même si elles peuvent progresser assez rapidement, ne supplantent pas les plus anciennes. • Ces dernières technologies s’approchent de leur rendement théorique maximum (30% pour les cellules à une seule jonction). Seules les technologies multi jonction, et uniquement celles à base de matériaux III-V, dépassent la barre des 30%. Leur exploitation industrielle dépend donc d’autres facteurs que le rendement comme la maturité des technologies de mise en œuvre, le coût de fabrication ou la stabilité des cellules dans le temps.
  • 12.
  • 13. • Les pérovskites, prennent une place de plus en plus importante dans la fabrication de cellules photovoltaïques : en six ans, le rendement des cellules contenant des pérovskites a été multiplié par cinq. • L’un des moyens, pour une cellule photovoltaïque, d’améliorer son rendement est de pouvoir absorber le maximum de radiations lumineuses du spectre solaire pour augmenter l’intensité du courant générée
  • 14. Les cellules multi jonctions haut rendement pour les applications spatiales et les systèmes à concentration Une troisième famille de cellules photovoltaïques a été développée pour des applications spécifiques telles que l’alimentation des satellites ou les systèmes terrestres à forte concentration. Ces applications recherchent des cellules à très haut rendement mais dont le coût par unité de surface peut être élevé. Il s’agit de cellules multi jonction à base de semiconducteurs dits III-V. à base de matériaux composés avec les éléments des colonnes respectives du tableau de Mendeleïev.
  • 15.
  • 16. Développement de cellules solaires à haut rendement à base de couches minces de type TCO/ZnS/CZTS/ Mo/Glass: • Les rendements atteint actuels en laboratoire pour des cellules classiques de type ZnO:Al/ZnO/CdS/Cu(In,Ga)Se2/Mo/Verre sont de l’ordre de 20 %, faute de moyen ce résultat a été réalisé avec un équipement lourd et à base de couches tampons (CdS), qui est polluant pour l’environnement à cause du Cadmium. • à la réalisation de photopiles en couches minces polycristallines de type : Au/ZnO:Al/ZnO/ZnS/Cu2(Sn, Zn)(S4)/Mo/Verre à faible coût et sans matériaux polluants. En effet, L’objectif général est la synthèse et la caractérisation des couches minces à base de matériaux qui ont une bonne stabilité et du respect de l’environnement, que se soit pour le développement des électrodes transparents TCOs, ZnO :Al, à la place de l’ITO. ZnS à la place de CdS comme par exemple les composés Kestérites (Cu(Sn,Zn)(S,Se)2. Et, ZnO :Al avec des procédés simple à faibles coût.
  • 17.
  • 18.
  • 19. CONTEXTE MONDIAL: LES ENERGIES RENOUVELABLES • Entre 2009 et 2018, les coûts mondiaux de production du pv ont très fortement baissés pour devenir compétitifs face aux autres moyens de production électrique. • La graphique ci-dessous illustre l'évolution du Coût Actualisé de l'Énergie de 2009 à 2018. • Le Coût actualisé de l'Énergie est le rapport du coût complet d'une énergie sur l'énergie totale produite durant la période de vie de l'équipement.
  • 20. En 2010, la production d'un mégawattheure d'électricité d'origine photovoltaïque coûtait en moyenne 378 dollars dans le monde. Et ce, sans tenir compte des subventions pouvant être accordées dans certains pays. En 2019, ce coût est tombé à 68 dollars, soit moins cher que le nucléaire et le charbon, et à peine plus cher que l'option la plus rentable étudiée dans ce graphique.
  • 21. Evolution mondiale des prix [€/Wc] pour les systèmes PV
  • 22. LCOE dans les segments de marché jusqu'à 2020 en Tunisie • A raison de comparaison la figure présente des résultats de calculs sans considérer le cadre des subventions existant dans le marché résidentiel. Aussi, afin de faciliter, les tarifs d’électricité sont présentés comme stable pour la période.
  • 23. Conclusion La technologie photovoltaïque n'est pas encore au point mais elle est en pleine croissance puisque des chercheurs essaient d'améliorer la rentabilité d'un panneau ou encore de pouvoir réussir à recycler les matériaux utilisés à sa production. Elle connait la plus forte dynamique en termes de recherche, innovation et développement.