Conversion photovoltaïque de l’énergie solaire

18h C dont contrôle / 2 crédits ECTS

Denis Mencaraglia (Gif)

Alors que le Soleil envoie chaque jour sur la Terre plus d'énergie que les 6 milliards d'habitants de la planète n'en consomment en 25 ans, la capacité des installations solaires photovoltaïques mondiales atteint seulement 532 MW à la fin de l'année 2000. Ainsi, bien que l'utilisation de cette énergie soit largement développée dans les applications spatiales pour l'alimentation des satellites, la contribution de cette filière énergétique pour les applications terrestres restait encore marginale à la fin du 20ème siècle. Ceci était lié à la seule prise en compte de contraintes économiques face auxquelles la filière photovoltaïque n'était compétitive qu'en des sites isolés, éloignés du réseau de distribution électrique. Aujourd'hui, la prise en compte de l'impact environnemental, de la disponibilité à long terme des ressources fossiles (ces ressources intervenant pour plus de 60 % dans la production mondiale d'électricité) et de la demande énergétique croissante des pays en développement, a amené les gouvernements des pays industrialisés à envisager de nouvelles stratégies pour la gestion des ressources énergétiques à l'échelle mondiale.
C'est dans ce contexte et grâce aux progrès techniques réalisés sur les panneaux photovoltaïques que les programmes de soutien au photovoltaïques connecté au réseau se sont multipliés avec succès depuis quelques années dans la plupart des pays industrialisés. Ceci va entraîner un développement très significatif de ce secteur, programmé à plus de 5GW à l'horizon 2010.

Ainsi l'industrie photovoltaïque est sur le point de connaître son véritable lancement commercial à grande échelle. Le marché global a dépassé le satge du milliard de dollars en 1999 et, comme le souligne un rapport de Allied Business Intelligence, "il devrait être 10 fois plus important en 2010", relevant que le 21ème siècle sera connu sous le nom de "siècle solaire".

Dans ce contexte en plein développement et à fort potentiel d'innovation, l'esprit de ce cours est de donner aux futurs ingénieurs une vue d'ensemble de la problématique concernant la production d'électricité à partir de la conversion photovoltaïque de l'énergie solaire. Son déroulement se fera selon les axes suivants :

'Introduction

Aspects économiques et environnementaux, Évolution des capacités de production à l'échelle mondiale

Domaines d'application

Spatial, terrestre (systèmes sous concentration, systèmes raccordés au réseau, systèmes intégrés aux bâtiments, sites isolés)

Les différentes filières

Composés III-V, silicium massif (cristallin, polycristallin), silicium en couche mince, autres couches minces - minérales et organiques ; état de l'art pour leurs rendements actuels

Structure type d'une cellule solaire

Jonction PN, calcul de la photoréponse spectrale et discussion de son rendement de collecte

Les panneaux photovoltaïques

Interconnexions des cellules et fabrication d'un module photovoltaïque ; Aspects systèmes

Dispositifs avancés

Autres types de dispositifs photovoltaïques (hétérojonctions, cellules multispectrales) ; Aspects thermodynamiques et rendements limites : nouveaux concepts pour les cellules photovoltaïques du futur

Bibliographie

Photopiles solaires : de la physique de la conversion voltaïque aux filières, matériaux et procédés, A. Ricaud, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes Coll. Cahiers de chimie, 1997.
Solar cells and their applications, edited by L. D. Partain, Wiley-Interscience 1995.
Solar Electricity, edited by T. Markvart, John Wiley & Sons Ltd 1994.
Crystalline Silicon Solar Cells, A. Goetzberger, J. Knobloch, B. Voss, John Wiley & Sons Ltd 1998.