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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Éléments photovoltaïques. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Les dispositifs de conversion directe de la lumière ou de l'énergie solaire en électricité sont appelés photocellules (en anglais Photovoltaics, du grec photos - lumière et du nom de l'unité de force électromotrice - volt). La conversion de la lumière du soleil en électricité a lieu dans des cellules solaires constituées d'un matériau semi-conducteur tel que le silicium, qui, lorsqu'elles sont exposées à la lumière du soleil, génèrent un courant électrique.
En connectant les cellules photovoltaïques en modules, et ceux-ci, à leur tour, les uns avec les autres, il est possible de construire de grandes stations photovoltaïques. La plus grande station de ce type à ce jour est l'installation de 5 mégawatts de Carris Plain dans l'État américain de Californie. Le rendement des installations photovoltaïques est actuellement d'environ 10 %, cependant, les cellules photovoltaïques individuelles peuvent atteindre un rendement de 20 % ou plus. histoire L'histoire des cellules photovoltaïques remonte à 1839, lorsque le physicien français Edmond Becquerel découvrit l'effet photovoltaïque. Cela a été suivi par d'autres découvertes:
Marché photovoltaïque L'état actuel du marché des cellules photovoltaïques se caractérise par une croissance assez stable, de l'ordre de 20% par an, mais les volumes de production de photocellules restent assez faibles. La production mondiale de modules en 1998 était d'environ 125 MW, tandis que le prix est passé de 50 $/watt en 1 à 1976 $/watt en 5. Cependant, un kilowattheure d'électricité produit par un système photovoltaïque est encore 1 à 1999 fois plus cher que l'électricité conventionnelle (selon l'emplacement spécifique et le type de système). Ainsi, le marché des cellules solaires occupe encore une petite niche dans l'économie mondiale. Mais il continue de croître régulièrement dans les segments de marché où les cellules solaires sont compétitives, par exemple dans les systèmes autonomes éloignés du réseau électrique. Dans de nombreuses régions du monde, les progrès sont palpables. Le gouvernement japonais investit 250 millions de dollars par an pour augmenter la capacité de production de 40 MW (1997) à 190 MW (2000). Les pays européens poursuivent leurs propres programmes, motivés par le besoin d'indépendance énergétique et des considérations environnementales. Ces programmes, combinés à des enjeux environnementaux tels que les changements climatiques, ont le potentiel d'accélérer considérablement le développement de cette industrie. Shell Solar a construit la plus grande centrale de cellules solaires d'Allemagne avec une production annuelle de 10 MW, qui devrait être portée à 25 MW. Le coût de construction de l'usine est de 50 millions de marks allemands. avantages Haute fiabilité Les cellules photovoltaïques ont été conçues pour être utilisées dans l'espace, où les réparations sont soit trop coûteuses, soit impossibles. Jusqu'à présent, les cellules photovoltaïques sont la source d'énergie de presque tous les satellites en orbite terrestre, car elles fonctionnent sans panne et ne nécessitent quasiment aucune maintenance. Faibles coûts de fonctionnement Les cellules solaires fonctionnent avec du carburant gratuit - l'énergie solaire. Sans pièces mobiles, ils nécessitent peu d'entretien. Les systèmes photovoltaïques économiques sont une source d'électricité idéale pour les stations de communication en montagne, les bouées de navigation en mer et d'autres consommateurs situés loin des lignes électriques. Respectueux de l'environnement Étant donné que les systèmes photovoltaïques ne brûlent pas de carburant et n'ont pas de pièces mobiles, ils sont silencieux et propres. Cette fonctionnalité est extrêmement utile lorsque les générateurs diesel et les lampes à pétrole sont la seule alternative pour obtenir de la lumière et de l'électricité. Modularité Le système photovoltaïque peut être amené à n'importe quelle taille. Le propriétaire d'un tel système peut l'augmenter ou le diminuer si son besoin en électricité change. À mesure que la consommation d'énergie et les possibilités financières augmentent, le propriétaire peut ajouter des modules à quelques années d'intervalle. Les agriculteurs peuvent fournir de l'eau potable au bétail à l'aide de systèmes de pompage mobiles. Faibles coûts de construction Les systèmes photovoltaïques sont généralement situés à proximité du consommateur, ce qui signifie que les lignes électriques n'ont pas besoin d'être tirées sur de longues distances, comme dans le cas du raccordement aux lignes électriques. De plus, un transformateur abaisseur n'est pas nécessaire. Moins de fils signifie moins de coûts et une période d'installation plus courte. Le coût de l'électricité produite par un système photovoltaïque De nombreux petits systèmes photovoltaïques qui alimentent quelques ampoules et un téléviseur sont beaucoup moins chers que l'alternative consistant à prolonger la ligne électrique, à remplacer et à éliminer les piles jetables ou à utiliser un générateur diesel. Le coût de l'électricité produite dans les grandes installations capables d'alimenter un immeuble d'habitation est exprimé en coût d'un kWh. Cela dépend du coût initial du système, des conditions du prêt (pour rembourser le coût initial), du coût de fonctionnement du système, de sa durée de vie prévue et de son efficacité globale. Avec des taux d'intérêt typiques sur les prêts et une durée de vie moyenne, le coût de l'électricité solaire aux États-Unis en 1998 se situait entre 20 et 50 cents par kWh. Zone du système PV Les modules les plus courants (silicium cristallin) produisent de 100 à 120 watts par mètre carré (W/m2). Ainsi, un module d'un mètre carré produit suffisamment d'électricité pour alimenter une ampoule de 100 watts. À l'échelle industrielle, une centrale photovoltaïque occupant un terrain carré d'environ 160 km de côté pourrait fournir de l'électricité à l'ensemble des États-Unis. La meilleure solution, cependant, est de placer les modules photovoltaïques sur les toits des bâtiments ou de les intégrer dans les murs de façade. C'est une option moins chère, car elle permet d'économiser des matériaux de construction.
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