Solaire photovoltaïque : quelles sont les technologies les plus propres?

[invite34cfab42]

Bonjour à tous
Je voudrais dimensionner et réaliser un système autonome utilisant les technologies les plus propres et plus efficaces possible.
Pourriez-vous m'aider sur les orientations à prendre? J'aimerais connaitre vos avis concernant l'évolution du solaire photovoltaIque, sur les capteurs et les batteries.


- Capteurs : Peut-on dire que la technologie à concentration (type les panneaux sol3g M40 HCPV) prendra le dessus sur le polycristallin? Que pensez-vous de l'avenir des couches minces (Type Shell série ST)? Et les panneaux mixte amorphe/cristallin?
Dans quels types d'applications chaque technologie peut-elle se justifier?
Sur les aspects environnementaux, existe t-il des analyses de cycle de vie pour évaluer l'impact de chacunes de technologies (et donc comparer)?


- Stockage : Peut-on dire que les batteries Li-ions sont les plus adaptées au PV?
Idem, suivant les technologies, peut-on connaître l'impact environnemental des types de batteries (Plomb, Lithium, Nickel...)?

Merci d'avance pour votre aide.
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[Cécile]

Bonjour,

- Pour ma part, je suis sceptique sur les technologies à concentration : chères, avec des pièces mobiles (donc fragilité), peu esthétiques, ... Or, le problème du PV n'est pas tant le rendement que le coût du kWh produit. Pour l'instant, le silicium polycristallin me semble le mieux dans ce domaine, et ce n'est pas une technologie "sale" (excepté qu'elle demande pas mal d'énergie). Les autres techno que tu cites sont prometteuses, mais sont-elles aussi fiables pour une utilisation actuelle ?
- les batteries au plomb sont les moins chères, mais on ne peut pas dire qu'elles soient propres. Les autres batteries sont plus propres, mais plus chères, mais je ne sais pas les comparer.

[Alex66]

Alors mon point de vue,

Au niveau des technologies à concentration, je suis convaincu que c'est intéressant (les coûts d'installation sont du même ordre de grandeur que ceux du PV plan conventionnel pour une puissance mondiale installée considérablement moindre (quelques MW contre 2 GW environ de PV plan). C'est une technologie qui sera probablement significativement moins chère que le PV plan dans quelques années (tout en étant fiable).
En revanche, ça n'est pas du tout adapté pour une utilisation chez des particuliers, et ça ne fonctionnera pas du feu de dieu sous nos lattitudes (ça nécessite quand même un ensoleillement direct important).
-Les couches minces: ça peut être intéressant, mais il est trop tôt pour se prononcer (c'est une technologie qui n'a pas encore réellement percé...)

Au niveau environnemental: ce qu'on sait aujourd'hui, c'est qu'il faut de 2 à 4 ans pour amortir "énergétiquement" la fabrication des modules PV silicium. Cette valeur sera plus faible pour des modules en couche mince (parceque moins de materiau nécessaire pour produire de l'électricité) et encore plus faible pour les technologies à concentration.

[Tilleul]

La batterie n'est un problème pour l'environnement que si on la jette dans la nature... Ce qui est rarement le cas pour les batteries au plomb des applications solaires puisque le fabriquant à tout intérêt à la récupérer pour la recycler. Comme il s'agit du point le plus essentiel d'une installation autonome je ne prendrais pas de risque et resterait sur une batterie gel plomb "solaire" (c'est à dire enrichi en antimoine).

Personnellement s'il y a le choix, ça ne me parait pas une mauvaise idée d'utiliser des panneaux CIS plutot que les panneaux silicium cristallin, la technologie est maintenant au stade industriel, elle est moins cher (à cause de la pénurie de silicium) et légérement plus efficace (meilleure efficacité sous ensoleillement diffus et moins sensible à l'ombrage d'une partie du panneau).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Cécile]

Le recyclage des batteries au plomb n'est pas non plus sans pollution. Rappelez-vous Metalleurop !

[wizz]

Bonjour.

Avant d'aller plus loin, as tu déjà quantifié tes besoins?

[beaufanamus]

Personnellement s'il y a le choix, ça ne me parait pas une mauvaise idée d'utiliser des panneaux CIS plutot que les panneaux silicium cristallin, la technologie est maintenant au stade industriel, elle est moins cher (à cause de la pénurie de silicium) et légérement plus efficace (meilleure efficacité sous ensoleillement diffus et moins sensible à l'ombrage d'une partie du panneau).

Le silicium est un des éléments les plus abondant sur terre. Le problème "n'est que" d'ordre industriel.

CIS signifie Cuivre Indium Sélénium. Je n'ai rien contre cette techno, on en parle beaucoup en ce moment, reste à savoir s'il est possible d'avoir une montée en charge industrielle.

[invite34cfab42]

En terme de besoin, je pense nécessiter entre 13 et 15 W, pendant 8 h par jour, et avec une autonomie de 5 jours. Mon but est d'être le plus environnemental possible...

Par rapport à vos remarques :
- Je croyais que les CIS n'avait pas un très bon rendement (8%) et qu'il y avait quelques problèmes de toxicité. Est-ce vrai et pourquoi?
- Pourquoi les panneaux à concentration ne fonctionneraient pas pour des applications particulières?
- Est-ce qu'on peut ajouter une lentille sur n'importe quel panneau pour améliorer le rendement?
- Alex66, as-tu les sources pour montrer le temps d'amortissement "energétiques" des PV?

[Alex66]

- Je croyais que les CIS n'avait pas un très bon rendement (8%) et qu'il y avait quelques problèmes de toxicité. Est-ce vrai et pourquoi?

Le rendement des modules CIS est effectivement légèrement moins bon que celui des modules Silicium. Mais entre 8% (CIS) et 10% (Si), c'est pas non plus une différence énorme.
Sans compter que le rendement c'est une chose, mais le paramètre le plus important reste le cout du kWh fourni. Si ton module CIS à 8% de rendement coute 2 fois moins cher que ton module Si à 10%, il est évidemment plus rentable d'acheter un module CIS.
De mémoire il me semble que le sélénium est un peu toxique mais je ne pense pas que ça soit aussi problématique que pour les cellules CdTe par exemple (pour lesquelles la toxicité du cadmium constitue un réel frein au développement de la technologie).

- - Pourquoi les panneaux à concentration ne fonctionneraient pas pour des applications particulières?

Ca fonctionnerait très bien, mais c'est quand même beaucoup plus volumineux qu'un module PV plan (dans la mesure où il faut suivre le soleil, ce qui nécessite un tracker et...de la place). Au final, ça n'est pas adapté pour une utilisation chez des particuliers.
Mais il y a quand même une alternative, c'est les concentrateurs "fixes": dans ce cas là, pas de suivi du soleil, pas de tracker nécessaire mais la contrepartie, c'est que les facteurs de concentrations atteints sont beaucoup plus faibles (<10)

- Est-ce qu'on peut ajouter une lentille sur n'importe quel panneau pour améliorer le rendement?

Non, il faut utiliser des cellules spécifiquements conçues pour ça (avec des résistances internes très faibles, un dissipateur de chaleur...).

- Alex66, as-tu les sources pour montrer le temps d'amortissement "energétiques" des PV?

Non désolé. La seule chose que je peux te dire, c'est que c'est un chiffre qui revient très souvent dans la communauté PV (de même que la production électrique d'un module PV qui est de l'ordre de 8 à 12 fois celle qui a été nécessaire pour sa mise en oeuvre).

[Tilleul]

Pour les études estimant le temps de retour enérgétique voir la bibliographie de la PV faq du NREL...

http://www.nrel.gov/docs/fy04osti/35489.pdf

[invite8a64f8f1]

Le recyclage des batteries au plomb n'est pas non plus sans pollution. Rappelez-vous Metalleurop !

Ça c'est clair ! En plus c'est vrai qu'on intérêt à recycler, mais il y a toujours des comportements imprévus, par exemple il y a une tempête qui casse toute l'installation, et les gens chargés de déblayer jettent les débris chargés de plomb "à la poubelle", autrement dit le plomb on le retrouve dans le fond de la rivière et dans la chair des poissons qu'on mange.

[wizz]

En terme de besoin, je pense nécessiter entre 13 et 15 W, pendant 8 h par jour, et avec une autonomie de 5 jours. Mon but est d'être le plus environnemental possible...

Bonsoir.

Pourrais tu nous le refaire stp?
Je crois qu'il y a un petit oubli quelque part....

Si tu nous décris tout ce que le systeme PV doit alimenter:
-...
-...
-...
-...

[Cécile]

Vu les quantités d'indium disponibles sur Terre (et vu leur utilisation actuelle dans les écrans plats), la technologie CIS n'a aucun avenir industriel de masse. Autrement dit, il n'y aura jamais assez d'indium pour construire de grandes quantités de panneaux PV CIS.

[invite34cfab42]

En terme de besoins, je veux juste alimenter des Leds la nuit, donc emmagasiner le jour et restituer la nuit pour l'éclairage.
Si vous avez des exemples de systèmes existants, cela m'intéresse.

Ok j'oublie le CIS pour aujourd'hui et pour l'avenir.
Pour la concentration, si on peut installer un système fixe et peu encombrant et avoir un facteur 10, pourquoi ne le fait-on pas systématiquement, ça a l'air intéressant?
Merci pour le doc du NREL, c'est un bon indicateur. Quelqu'un a déjà cherché à approfondir ces questions?

[Tilleul]

la technologie CIS n'a aucun avenir industriel de masse.

Euh... c'est bête parce qu'ils sont déjà dans un processus industriel de masse (Würth Solar par exemple)...

Faut pas exagérer la question de l'indium, il n'en faut que de très petites quantités et il y a sur terre 3 fois plus d'indium que d'argent... A ce que je sache on a jamais craint pour l'avenir de la photographie par manque d'argent...

[remyb]

Mais il y a quand même une alternative, c'est les concentrateurs "fixes": dans ce cas là, pas de suivi du soleil, pas de tracker nécessaire mais la contrepartie, c'est que les facteurs de concentrations atteints sont beaucoup plus faibles (<10)

Est-ce que tu as plus d'info sur ces concentrateurs fixes ?

[Alex66]

Est-ce que tu as plus d'info sur ces concentrateurs fixes ?

Quelques infos complémentaires ici: http://www.solarforecast.com/Article...?articleID=327

[Cécile]

Euh... c'est bête parce qu'ils sont déjà dans un processus industriel de masse (Würth Solar par exemple)...

De mémoire, le silicium cristallin truste 90 % du marché, une bonne partie du reste est prise par le silicium amorphe... Le CIS est certes industriel, mais pas de masse.

Faut pas exagérer la question de l'indium, il n'en faut que de très petites quantités et il y a sur terre 3 fois plus d'indium que d'argent

D'après un article que j'ai lu récemment (mais que je ne retrouve pas), le prix de l'indium a été multiplié par 10 ces dernières années, à cause des écrans plats, et on prévoit une pénurie dans pas très longtemps si ça continue à ce rythme.

[Tilleul]

Aux Etats-Unis il y a eu des investissements massif dans les capacités de production, en 2008/2009 près de 10% des panneaux solaires qui sortent devraient être CIS, on va donc dire qu'on est au début de l'industrialisation...

L'année dernière j'avais discuté avec un producteur à la Hanover Messe qui me disait qu'ils avaient suffisamment de stock pour couvrir leurs besoins de production... mais je suis d'accord que vu que les constructeurs d'écran de télévision veulent faire le forcing sur la HD l'année prochaine ça risque d'être chaud d'ici 2 ans... Mais comme à ce moment là les nouvelles unités de production de silicium devraient être opérationnelles, who cares ?

[invite34cfab42]

Bonjour,
Et pourquoi le CIS et pas le Silicium amorphe? Meilleurs rendements, meilleurs coûts de production?
En essayant de comparer le silicium amorphe et polycristallin, j'ai lu que pour une luminosité inférieure à 200 W/m², le rendement de l'amorphe est meilleur.
Aves-vous d'autres données? Où peut-on trouver les courbes de luminosité par heure?

[invite29a9c993]

Bonjour à tous
J'aimerais connaitre vos avis concernant l'évolution du solaire photovoltaIque, sur les capteurs et les batteries.
- Capteurs : Peut-on dire que la technologie à concentration (type les panneaux sol3g M40 HCPV) prendra le dessus sur le polycristallin?

Je rejoins ici complètement l'analyse d'Alex66, message #3.

Quelques donnés (émissions de CO2, kgCO2/MWhe) :

Charbon : 900
Gaz naturel : 400
Photovoltaïque "classique" : 100
Solaire à concentration : inférieur à 25

Source : CNRS

[Cécile]

Les deux sont utiles, mais pas aux mêmes endroits.
Le solaire à concentration ne marche que par ciel totalement dégagé. Donc OK dans les endroits semi-désertiques, mais en France, même dans le Sud, c'est bof. En revanche, là où c'est possible, c'est vrai que les rendements sont meilleurs, et les coûts au kWh moindres.
Le solaire photovoltaïque est possible même dans les pays comme la France, l'Allemagne, le Japon... Autre avantage, c'est un mode de production délocalisé : chacun peut le faire installer sur son toit. D'où de nombreux avantages : gigantesque surface disponible (si l'on prend en compte tous les toits au sud), production au plus près de la demande (donc peu de pertes en réseau), responsabilisation du citoyen (quand on produit soi-même, on gâche moins), etc.
N'opposons pas les deux, au contraire, développons les tous les deux.

[Alex66]

N'opposons pas les deux, au contraire, développons les tous les deux.

Entièrement d'accord avec toi Cécile!!

[invite29a9c993]

N'opposons pas les deux, au contraire, développons les tous les deux.

Oui, ils sont complémentaires : il n'y a pas une solution mais un cocktail de solutions. Developpons toutes les solutions intéressantes.

Ceci n'empêche pas de comparer les bilans CO2.

[chris111]

Euh, c'est quoi le solaire à concentration?
Du photovoltaïque classique avec une lentille convergente au dessus ou des mirroirs qui renvoient les rayons sur la source chaude d'un moteur Stirling?

[Alex66]

Euh, c'est quoi le solaire à concentration?
Du photovoltaïque classique avec une lentille convergente au dessus ou des mirroirs qui renvoient les rayons sur la source chaude d'un moteur Stirling?

Les deux mon capitaine!
Enfin pour préciser un peu:
-Le photovoltaïque sous concentration: la cellule photovoltaïque est placée au foyer d'un système optique de concentration (généralement lentille de fresnel ou miroir parabolique). L'intérêt, c'est de remplacer quelquechose qui coute cher (une cellule PV) par quelquechose qui coute beaucoup moins cher (une optique de concentration).
-Le solaire thermodynamique: Les dish stirling sont une des technologies de la filière "solaire concentré thermodynamique ", mais il y en a bien d'autres (centrales a tours (PS10, Pégase...), systèmes cylindro-paraboliques...)

[Cécile]

Dans le solaire thermodynamique, on concentre le rayonnement lumineux sur un point, et ça chauffe de l'eau jusqu'à près de 1000°C. Avec cette vapeur, on fait tourner une turbine. Voir notamment www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=12900

[invite29a9c993]

Euh, c'est quoi le solaire à concentration?

C'est une technologie très simple (on concentre la lumière solaire avec des miroirs, c'est le même principe que lorsque tu fais brûler un papier au soleil avec une loupe, et on utilise la chaleur obtenue pour produire de la vapeur qui entraine une turbine comme dans les centrales thermiques classiques) qui va permettre aux USA, à l'Australie et à de nombreux autres pays dans le monde (dont en Europe la Suisse, l'Allemagne, l'Espagne et la Grèce), de produire leur électricité proprement et de manière durable. Avantage énorme : la chaleur se stocke, et les centrales solaires fonctionnent donc la nuit, la production électrique est continue.

A l'occasion du sommet Clinton Global Initiative qui s'est tenu mercredi à New York (avec parmi les invités Al Gore), la société australo-américaine Ausra a gagné un contrat avec deux géants de l'énergie aux USA : 2,4 milliards de dollars de capitaux pour contruire plusieurs centrales solaires à concentration en Floride et dans le sud-ouest américain, pour une puissance totale de 1500 MWe. Et ce n'est que le début. Objectif pour Ausra : 5000 MWe d'ici 5 ans.

Ausra to create solar plants with FPL, Calif. firm - Along with the 300-megawatt solar plant, FPL may build an additional 200 megawatts of solar power elsewhere, spokesman Michael Williams said Thursday. (...) Separately, PG&E (NYSE: PCG, $48.27) said it would buy an additional 1,000 megawatts of solar-thermal power over the next five years. The company is negotiating with several vendors on these projects, PG&E President and Chief Executive Officer Peter Darbee said. (...)

http://www.palmbeachpost.com/busines...olar_0928.html

- Clinton, Crist Announce FPL Solar Power Plant
http://www.news4jax.com/news/14210917/detail.html#

La vague du solaire à concentration ne fait que commencer. Une fois passé en dessous de la ligne magique des 0,10 dollar le kWh (par effet d'échelle et d'aprentissage), cela sera véritablement l'avalanche. On en est actuellement à environ 0,14-0,15 dollars et ce prix suit aujourd'hui la même évolution que l'on a connu avec l'éolien il y a 15-20ans.

NB - La puissance installée du solaire concentré aux USA est aujourd'hui de 400 MW (centrales commerciales).

[invite29a9c993]

On peut aussi utiliser la chaleur obtenue pour mettre en marche un moteur Stirling (plutôt que de produire de la vapeur pour faire tourner une turbine).

Au niveau des systèmes de concentration, il existe plusieurs catégories :
- les concentrateurs paraboliques (Voir par exempleStirling Energy Systems)
- les concentrateurs linéaires (type centrales solaires commerciales ANDASOL 1, 2 et 3 (etc.) à Grenade en Espagne, Nevada Solar One, 64MWe aux USA etc.)
- les sytèmes avec tour centrale (type centrale solaire commerciale PS10 à Séville, 11MWe)
- les concentrateurs avec miroirs plans (Fresnel Based CSP, type Solar Millenium ou Ausra)
- les concentrateurs Extraplats (type SunAlpes)

[invite29a9c993]

Dans le solaire thermodynamique, on concentre le rayonnement lumineux sur un point, et ça chauffe de l'eau jusqu'à près de 1000°C. Avec cette vapeur, on fait tourner une turbine. Voir notamment http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseSh...=3&catid=12900

ADEME : "L'ensoleillement direct français n'est pas suffisant pour envisager des projets sur le territoire national."

L'information donnée par l'ADEME (lien de Cécile) est incorrecte et est d'ailleurs en contradiction avec la carte (Stine et Geyer, 2001) visible sur leur page.
L'ensolleillement est suffisant dans le sud de la France pour y construire des centrales CSP. Les Suisses vont d'ailleurs construire une centrale à concentration de 1,5 MWe dans les Alpes.

Mon avis : il vaut mieux se réfèrer aux infos des sites officiels américains, australiens, allemands, espagnols, suisses, belges ou israéliens : les infos sur les sites francais sont presque systématiquement biaisées et/ou obsolètes (du Sénat à l'ADEME).