[News] Record d’efficacité pour une cellule photovoltaïque: 36.9%

[Adrien]

L'entreprise japonaise d'électronique Sharp Corporation a développé une cellule photovoltaïque possédant une efficacité de conversion de 36,9%, ce qui constitue un record mondial pour des cellules fonctionnant sans concentrateur de lumière. Cette avancée est possible grâce à la structure en trois couches de la cellule photovoltaïque. Ce type de cellules photovoltaïques multijonction utilise différentes couches de photoabsorption : une première couche d'arséniure d'indium-gallium...

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[virtual_spirit]

Une petite question pour les plus scientifiques :

Est-ce qu'on peut espérer arriver à moyen terme (50/100ans) à des taux d'efficacité > 70/80% où est-ce que physiquement quelque chose nous en empêche ?

[luneart]

en théorie c'est possible, puisque la photosynthèse des plantes atteint des taux supérieurs.
donc ma réponse à ta question est double: non avec la technologie actuelle et dans l'état de connaissance de la physique quantique actuelle (enfin surtout les processus quantique qui sous-tendent la photosynthèse quoi); et oui si une percée est faite dans ce domaine.
sur la periode de temps envisagée, je dirais donc oui!

[virtual_spirit]

Merci, c'est exactement ce que je voulais savoir

[kaliscot]

Carrément intéressant !!
Mais est-ce que dans leur recherches la rareté des matériaux utilisés ainsi que la pollution qu'il peuvent créer est pris en compte dans la perspective d'une production en très grande série ?

[xarcux]

Que fait le modérateur ?
Il y a quelques mois j'ai été censuré honteusement et maintenant des messages de pub passent allègrement la barrière !

[buck]

il erradique mais celui la est pire qu'un morbac

[Adrien]

C'est éradiqué. N'hésitez pas à rapporter ce type de message (quelqu'un l'avait fait pour celui ci), ça nous permet d'agir plus vite.

[kaliscot]

Il s'est passé un truc marrant que j'aurai loupé ??

[yarma22]

Mais est-ce que dans leur recherches la rareté des matériaux utilisés ainsi que la pollution qu'il peuvent créer est pris en compte dans la perspective d'une production en très grande série ?

Tout à fait. Il existe des cellules photovoltaïques organiques mais pour l'instant leur taux de conversion est très en deçà des cellules à base de silicium.

[cisou9]

Je pense qu'il sera quasi impossible d'atteindre 80% car dans tout semi conducteur il y a la tension directe qui ne sera jamais nulle, je pense que l'on peut descendre à 300 mV mais en dessous ce serra très difficile.

[gzav]

Il n'y a pas que le taux de conversion, il faudrait aussi considérer le prix ( et le coût environnemental) et surtout la durée de vie.

[hubble]

le prix des nouvelles technologies est toujours élevé au début puis diminue avec le temps comme pour les ordinateurs, camescopes, écrans plats, smartphones, ...
la durée de vie est la même que tous ce genre de composants, probablement entre 20 et 30 ans.
L'impact sur l'environnement est négligeable contrairement aux énergies d'origine fossile. Evidemment on ne les construit pas à l'air libre mais dans un milieu confiné et à la fin de leur vie, on peut les recycler pour en constuire de nouveaux.
Contrairement à l'uranium, perdu pour l'éternité, la matière première des panneaux photovoltaiques est réutilisable, donc 1 kg de silicium ou autre semi-conducteur produit plus d'électricité qu'un kg d'uranium !

[TotOOntHeMooN]

Qu'ils vendent déjà leurs cellules de "35%" de 2009, plutôt que continuer à refourguer du 15%...
Autant profiter aujourd'hui des +20%.

[tokamac]

Contrairement à l'uranium, perdu pour l'éternité, la matière première des panneaux photovoltaiques est réutilisable, donc 1 kg de silicium ou autre semi-conducteur produit plus d'électricité qu'un kg d'uranium !

Intéressante remarque à la base sur le caractère "renouvelable" de cette énergie. Mais incorrecte.

En pratique (selon Wikipedia) 1 kg d'uranium naturel permet (avant d'être usé) une production d'énergie d'environ 500 000 MJ (140 000 kWh).

Que permet de produire 1 kg de silicium ?

Déjà, à peine plus d'1 kg de silicium représente environ un panneau photovoltaïque d'1 m2. Facile à retenir donc. Mais ce panneau est aussi composé de 10 à 15 kg d'autres matières premières... dont on ne va pas calculer le coût de transformation ici, pour simplifier les choses. De toute façon c'est le silicium qui est le plus coûteux à transformer en "silicium solaire" : il faut dépenser 1000 MJ (environ 300 kWh) pour en fabriquer 1 kg exploitable. Mais en vérifiant je viens de lire que certains procédés modernes à base de creuset froid ne nécessitent plus que 10 kWh/kg, 30 fois moins.

Quoi qu'il en soit, en rapport à ce coût énergétique de production, avec l'irradiation solaire moyenne en France et les techniques actuelles, il faut en moyenne 3 ans pour rentabiliser énergiquement un panneau photovoltaïque (pas vis-à-vis du coût à l'achat et des économies d'utilisation, on parle de "retour énergétique" qui est la durée nécessaire au système photovoltaïque pour produire autant d’énergie qu’il en a fallu pour le construire). Trois ans, c'est relativement peu vis-à-vis de la durée d'utilisation du panneau avant recyclage (20 à 25 ans avec plus de 90 % de la puissance d'origine).

Prenons la limite basse, 20 ans d'utilisation. Ça permet d'inclure le retour énergétique.

Le rendement photovoltaïque est en moyenne (chiffres de 2007) de 160 kWh/an/m² sous nos latitudes.

Un module photovoltaïque d'un mètre carré produit donc une énergie d'environ 3000 kWh sur sa durée de vie.

Il n'atteindra donc la capacité énergétique de l'uranium qu'en étant intégralement recyclé (ce qui est physiquement impossible)... 47 fois ! Soit au bout de pratiquement... 1000 ans

Et outre le fait que le recyclage ne permet pas de conserver l'intégralité du silicium de départ, je n'ai pas inclus... le coût énergétique de ce(s) recyclage(s), qui repousse dans un futur encore plus lointain l'équilibre espéré.

L'avantage du photovoltaïque n'est donc pas à rechercher dans ce domaine, mais d'autres : quand une tempête, un tsunami, un attentat ou un simple incident majeur surviennent... détruisant une centrale solaire, et bien on la reconstruit. La région continue d'être habitable, la nourriture et l'air ne sont pas contaminés et les gens ne meurent pas atrocement de cancers. Là est la vraie motivation dans l'arrêt du nucléaire et de la politique à venir du "tout-MOX" encore pire qu'aujourd'hui.

[buck]

Qu'ils vendent déjà leurs cellules de "35%" de 2009, plutôt que continuer à refourguer du 15%...
Autant profiter aujourd'hui des +20%.

a des prix or de prix, tout ce qui touche au gallium coute la peau des fesses, emem en production indistrielle

[buck]

+1 tokamac

[luneart]

en théorie c'est possible, puisque la photosynthèse des plantes atteint des taux supérieurs.
donc ma réponse à ta question est double: non avec la technologie actuelle et dans l'état de connaissance de la physique quantique actuelle (enfin surtout les processus quantique qui sous-tendent la photosynthèse quoi); et oui si une percée est faite dans ce domaine.
sur la periode de temps envisagée, je dirais donc oui!

précision: je ne suis pas du tout un expert du domaine (je suis plutot dans la mécanique...) mais je base ma réponse sur un article de TS lu il y a quelque temps: http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=3963
en particulier: "photosynthèse d'avoir un rendement de 95% ou plus"

J'ai cherché sur google le rendement énergétique de la photosynthèse pour retrouver cet article, mais la quasi totalité des sources font état de rendements plutot autour de 10-30%...

Quelqu'un pourrait m'expliquer pourquoi une telle différence?

[cisou9]

Car elle ne produit pas d'électricité, tu ne branche pas des fils sur une plante pour l'utiliser comme une pile, son rendement est chimique.

[Adruna]

Contrairement à l'uranium, perdu pour l'éternité, la matière première des panneaux photovoltaiques est réutilisable, donc 1 kg de silicium ou autre semi-conducteur produit plus d'électricité qu'un kg d'uranium !

Intéressante remarque à la base sur le caractère "renouvelable" de cette énergie. Mais incorrecte.

En pratique (selon Wikipedia) 1 kg d'uranium naturel permet (avant d'être usé) une production d'énergie d'environ 500 000 MJ (140 000 kWh).

Que permet de produire 1 kg de silicium ?

Déjà, à peine plus d'1 kg de silicium représente environ un panneau photovoltaïque d'1 m2. Facile à retenir donc. Mais ce panneau est aussi composé de 10 à 15 kg d'autres matières premières... dont on ne va pas calculer le coût de transformation ici, pour simplifier les choses. De toute façon c'est le silicium qui est le plus coûteux à transformer en "silicium solaire" : il faut dépenser 1000 MJ (environ 300 kWh) pour en fabriquer 1 kg exploitable. Mais en vérifiant je viens de lire que certains procédés modernes à base de creuset froid ne nécessitent plus que 10 kWh/kg, 30 fois moins.

Quoi qu'il en soit, en rapport à ce coût énergétique de production, avec l'irradiation solaire moyenne en France et les techniques actuelles, il faut en moyenne 3 ans pour rentabiliser énergiquement un panneau photovoltaïque (pas vis-à-vis du coût à l'achat et des économies d'utilisation, on parle de "retour énergétique" qui est la durée nécessaire au système photovoltaïque pour produire autant d’énergie qu’il en a fallu pour le construire). Trois ans, c'est relativement peu vis-à-vis de la durée d'utilisation du panneau avant recyclage (20 à 25 ans avec plus de 90 % de la puissance d'origine).

Prenons la limite basse, 20 ans d'utilisation. Ça permet d'inclure le retour énergétique.

Le rendement photovoltaïque est en moyenne (chiffres de 2007) de 160 kWh/an/m² sous nos latitudes.

Un module photovoltaïque d'un mètre carré produit donc une énergie d'environ 3000 kWh sur sa durée de vie.

Il n'atteindra donc la capacité énergétique de l'uranium qu'en étant intégralement recyclé (ce qui est physiquement impossible)... 47 fois ! Soit au bout de pratiquement... 1000 ans

Et outre le fait que le recyclage ne permet pas de conserver l'intégralité du silicium de départ, je n'ai pas inclus... le coût énergétique de ce(s) recyclage(s), qui repousse dans un futur encore plus lointain l'équilibre espéré.

L'avantage du photovoltaïque n'est donc pas à rechercher dans ce domaine, mais d'autres : quand une tempête, un tsunami, un attentat ou un simple incident majeur surviennent... détruisant une centrale solaire, et bien on la reconstruit. La région continue d'être habitable, la nourriture et l'air ne sont pas contaminés et les gens ne meurent pas atrocement de cancers. Là est la vraie motivation dans l'arrêt du nucléaire et de la politique à venir du "tout-MOX" encore pire qu'aujourd'hui.

C'est très instructif, mais si on applique le même calcul à l'uranium? La quantité de 500 000 MJ que tu cites inclut-elle aussi les coûts en énergie que tu as imputé au silicium? Car l'uranium aussi a besoin d'autres matériaux pour être exploitable. Coût en énergie de l'extraction, du transport, du raffinement, de la construction d'une centrale (sans parler de la maintenance) puis du "recyclage" (et démantelage de la centrale) en fin de vie. Le bilan est-il énergétiquement toujours aussi favorablement absolu pour le nucléaire?

[tokamac]

C'est très instructif, mais si on applique le même calcul à l'uranium? La quantité de 500 000 MJ que tu cites inclut-elle aussi les coûts en énergie que tu as imputé au silicium? Car l'uranium aussi a besoin d'autres matériaux pour être exploitable. Coût en énergie de l'extraction, du transport, du raffinement, de la construction d'une centrale (sans parler de la maintenance) puis du "recyclage" (et démantelage de la centrale) en fin de vie. Le bilan est-il énergétiquement toujours aussi favorablement absolu pour le nucléaire?

Non, c'est l'énergie dégagée par 1 kg d'uranium (en théorie c'est beaucoup plus : 80 TJ, mais seuls 1 % de l'uranium subit la fission avant d'être remplacé).

Tu soulèves un problème intéressant qui montre l'opacité de la filière nucléaire. Autant c'est relativement facile à calculer pour le silicium (infos faciles à trouver), autant Areva & co nous cachent soigneusement tous les coûts réels de la filière nucléaire. Quand EDF nous vante le prix très bas de l'énergie nucléaire française par rapport à d'autres filières telles que l'éolien par exemple, ils omettent sciemment plein de choses, dont le coût d'enrichissement de l'uranium, de transport, stockage et "retraitement" ou enfouissement des déchets, ou encore le coût et le temps monumentaux des démantèlements (quasi impossibles) des centrales nucléaires qui arrivent en fin de vie. Le coût énergétique du nucléaire est sans doute bien plus élevé au final que ce que l'on veut nous faire croire.

Mais on touche là à une industrie bien ancrée dans notre système politico-financier, à l'influence extrêmement forte. Surtout en France. C'est la raison pour laquelle on fait l'inverse des italiens et des allemands qui ont déclaré vouloir arrêter le nucléaire après la catastrophe de Fukushima (et qui vont d'ailleurs se reposer sur nous).

[Khainyan]

Si tu inclus effectivement l'énergie dépensée pour l'extraction, le traitement et le recyclage (car oui il y en a...) de l'uranium...bref en incluant tout le rendement n'est alors de l'ordre que de quelques pour cents (13% de mémoire).
Le nucléaire n'est pas si intéressant que ça...

Quant à ton analyse sur l'utilité de photovoltaïque je ne la partage pas du tout. Au contraire son intérêt viens du fait que c'est une ressource disponible localement. Elle est tout à fait viable pour nous approvisionner en énergie, notamment pour les bâtiments.... c'est cette utilisation locale l'avenir, bien plus que la centralisation dans d'énorme complexes.

[tokamac]

Je n'ai absolument pas dit que j'étais contre le solaire... au contraire, je suis pour

Mais en dehors d'un simple complément à l'énergie électronucléaire, et dans une optique de se débarrasser au contraire de cette filière, je ne crois pas à la couverture locale des toits en photovoltaïque pour deux raisons principales :
- trop peu d'ensoleillement sur la plupart des pays industrialisés
- superficie par habitant nécessaire beaucoup trop grande. Nos toits ne sont pas gigantesques !

La solution réaliste, si l'on veut arrêter complètement le nucléaire (et le charbon), passera par la "centralisation dans d'énormes complexes" (pour reprendre ton terme) mêlant éolien et solaire photovoltaïque et thermique, directement là où se trouve l'énergie en abondance (le vent et le soleil), c'est-à-dire sur de larges plate-formes off-shore. Ces centrales amèneront l'électricité en HVDC sur les continents, donc avec très peu de perte malgré l'éloignement entre les points de production et de consommation.

En conséquence, se passer du nucléaire au profit du renouvelable demandera un effort financier important, mais qui est parfaitement possible. C'est un choix politique bien plus que technique.

À méditer : 1% de la surface du Sahara en centrale solaire serait suffisante pour répondre à la demande mondiale totale en électricité...

[Victor]

Le problème du Sahara c'est qu'il est loin des zones demandant de l'énergie, de plus il est politiquement peu sûr comme sources d'approvisionnement al-qaedaa et autres mouvements indépendants

[franckpiton]

de plus il est politiquement peu sûr comme sources d'approvisionnement al-qaedaa et autres mouvements indépendants

Tu parle des réserves d'uranium ?