L'énergie photovoltaïque
L'énergie photovoltaïque désigne la transformation d'un rayonnement lumineux en électricité. Cette énergie d'origine solaire est une énergie renouvelable. Elle fut utilisée à l'origine pour alimenter en électricité les téléphones installés en zones isolées, mais elle se développera principalement grâce à l'industrie spatiale. L'énergie photovoltaïque s'est depuis largement démocratisée pour s'installer sur nos toits et devenir l'une des énergies alternatives de demain.
Sommaire
Histoire
L'histoire de l'énergie photovoltaïque commence au XIXe siècle, le siècle de la révolution électrique. Alessandro Volta crée la pile électrique (1800)[1], en 1827 le hongrois Ányos Jedlik réalise la première dynamo[2]. En 1879, Thomas Edison présente sa première ampoule électrique à incandescence[3] et construit le premier réseau électrique urbain en courant continu (1882)[4]. Voyant ici un marché porteur, l'industriel George Westinghouse avec l'aide de l'ingénieur Nikola Tesla, développe un autre réseau électrique en 1886, mais cette fois-ci en courant alternatif[5].
La révolution électrique se fait aussi par la découverte de l'énergie photovoltaïque. En 1839, Antoine César Becquerel (le grand-père d'Henri Becquerel), découvre le principe photovoltaïque. Le physicien allemand Heinrich Rudolf Hertz le comprit et présenta l'effet photovoltaïque en tant que tel en 1887. Mais c'est Albert Einstein qui, le premier, a pu expliquer le principe photovoltaïque, avec à la clef, le prix Nobel de physique en 1921[6].
Malgré les nombreux avantages de cette énergie propre, le XXe siècle fait place à l'énergie thermique tirée du pétrole. Le pétrole est abondant, très bon marché, il est considéré comme une matière première stratégique, à l'origine de la géopolitique du pétrole. Ainsi, le solaire ne séduit plus, les projets et les découvertes se font plus rares.
La technologie photovoltaïque se développe à petits pas. En 1954, des chercheurs américains (Chapin, Fuller, Pearson et Prince) travaillant pour les laboratoires Bell Telephone développent une cellule photovoltaïque à haut rendement de 6 % dans le but d'alimenter les téléphones situés dans des zones isolées. Cependant la technologie coûte encore trop chère pour se généraliser[7].
Malgré son coût, la recherche spatiale dope la recherche dans le domaine photovoltaïque. Une cellule avec un rendement de 9% est mise au point 4 années plus tard et le premier satellite doté de cellules solaires, Vanguard 1 est envoyé dans l'espace le 17 mars 1958[8].
Il faut attendre 1973 et le premier choc pétrolier pour que les gouvernements décident de varier leurs sources d'énergie. On accentue la recherche dans les énergies alternatives. Dans la même année, la première maison avec une installation photovoltaïque voit le jour à l'université de Delaware aux États-Unis.
En 1983, l'australien Hans Tholstrup parcourt 4 000 km avec "Quiet Achiever", la première voiture solaire. Il fonde en 1987 le "World Solar Challenge", la première course de voitures solaires. Suite aux prises de conscience écologique et au renchérissement des énergies fossiles du XXIe siècle, les politiques en faveur des énergies renouvelables se sont accentuées sur les 5 continents.
Principe
L'énergie photovoltaïque est obtenue à l'aide d'un capteur appelé cellule solaire ou photopile . Ces capteurs sont composés de matériaux semi-conducteurs qui ont la particularité de libérer des électrons sous un apport d'énergie. Dans le cas de l'énergie photovoltaïque, ce sont les photons (particules de lumières) qui apportent cette énergie nécessaire aux électrons pour se libérer et se déplacer dans la matière, il y a donc création d'un courant électrique. Ce phénomène est appelé la photoconductivité.
Le semi-conducteur utilisé pour les cellules solaires est principalement du silicium, le même matériau utilisé pour les circuits intégrés. Le principal avantage est qu'il est disponible en quantité quasi-illimitée, puisqu'il est présent dans le sable sous forme de silice et de silicates. On estime que près de 26% de la masse de la croûte terrestre est constituée de silice[9].
Tous les types de cellules solaires possèdent une architecture commune. Elle est constituée d'une tranche de matériau semi-conducteur coincée entre deux électrodes métalliques (+) et (-) pour collecter le courant produit par la libération des électrons. Ces électrons circulent de l'électrode (-) vers l'électrode (+) grâce à une différence de potentiel entre ses bornes: la dissymétrie électrique. La différence de potentiel est obtenue par le dopage des parties avant et arrière de la tranche du matériau semi-conducteur:
- sur la première face, un dopage de type p (positif), par l'association d'atomes de bore (B), contenant moins d'électrons périphériques par atome que le silicium;
- sur l'autre face, un dopage de type n (négatif), par l'association d'atomes de phosphore (P), contenant plus d'électrons périphériques par atome que le silicium.
Les différentes technologies:
L'énergie photovoltaïque est obtenue à l'aide de capteurs appelés cellules solaires ou photopiles. Il existe plusieurs technologies de cellules solaires, mais toutes sont composées de matériaux semi-conducteurs. Le principal matériau semi-conducteur utilisé est le silicium. Trois technologies utilisent ce matériau:
- la cellule au silicium amorphe;
- la cellule au silicium monocristallin;
- la cellule au silicium polycristallin.
De façon plus marginale, certaines cellules sont composées d'un autre matériau semi-conducteur comme le tellurure de cadmium (Cd Te) ou le diséléniure de cuivre et d'indium (CIS).
La cellule au silicium amorphe
La cellule au silicium amorphe est constituée d'un silicium ayant une structure atomique désordonnée, c'est à dire non-cristallisé. Ce matériau absorbe la lumière beaucoup plus qu'un silicium cristallin. Il fait partit de la technologie "couche mince" qui consistent à déposer sous vide sur un substrat (verre, métal, plastique, …) une fine couche uniforme composée d’un et plus souvent de plusieurs matériaux réduits en poudre. Les cellules sont gris foncé.
Avantages:
- peut être appliquée sur une surface importante (4 voire 6 m2), et peut être ensuite découpés;
- peut être utilisée sur des modules courbes ou souples;
- peu sensible à l'échauffement autour de 60°C;
- fonctionne à un très faible niveau de luminosité (à partir de 20 lux);
- fabrication en principe moins onéreuse.
Inconvénients:
- rendement bien inférieur à celui du silicium cristallin (< 8% dans le commerce);
- industrialisation encore peu développée par rapport aux technologies cristallines;
- baisse de rendement dès les premières semaines d'exposition.
La cellule au silicium monocristallin
La cellule au silicium monocristallin est constituée d'un silicium formé d'un seul cristal ordonné. Ce matériau est obtenu directement d'un germe ou recristallisé à haute température sous forme d'un lingot. Il est ensuite découpé en fines tranches qui donneront les cellules. Ces cellules sont en général d'un bleu uniforme.
Avantages:
- son rendement est très bon (15 à 18%);
- bon ratio Wc/m2 (~150 Wc/m2) ce qui permet un gain de place si nécessaire;
- nombre de fabricants élevé.
Inconvénients:
- fabrication plus délicate et donc plus coûteuse;
- rendement faible sous un faible éclairement (plage d'utilisation: 100 à 1000 W/m2);
- sensible à l'échauffement, forte baisse de rendement autour de 60°C.
La cellule au silicium multicristallin
La cellule au silicium multicristallin (ou polycristallin) est constituée de cristaux de 1mm à environ 2cm assemblés, appelé "grains". La multitude de cristaux se forme pendant le refroidissement du silicium dans la lingotière. La cellule photovoltaïque est d'aspect bleuté, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux.
Avantages:
- les cellules peuvent être de forme carrée (à coins arrondis pour le monocristallin) permettant un meilleur foisonnement dans un module;
- bon rendement de conversion (12-14%);
- lingot moins cher à produire que le monocristallin.
- nombre de fabricants élevé.
Inconvénients:
- rendement faible sous un faible éclairement (plage d'utilisation: 200 à 1000 W/m2);
- sensible à l'échauffement, forte baisse de rendement autour de 60°C.
Les autres technologies
Les cellules sont faites aussi avec d'autres matériaux comme l'arséniure de gallium (Ga As), le tellurure de cadmium (Cd Te) ou le diséléniure de cuivre et d'indium (CIS) qui ont l'avantage d'absorber fortement la lumière, mais leur manipulation et difficile et certains matériaux comme le cadmium pose des problèmes de toxicité.
Arséniure de gallium
Ce matériau possède un très haut rendement, mais reste très onéreux du fait des éléments utilisés. Il est utilisé dans le domaine spatial ou sur des systèmes à concentration.
Avantages:
- très haut rendement (20-25%)
Inconvénients:
- prix très élevé
Tellurure de cadmium
Ce matériau absorbe très bien la lumière et peut être déposé en couches minces. Cependant son rendement reste encore assez faible et la toxicité du cadmium pose un problème une fois la cellule en fin de vie.
Avantages:
- peu couteuse (0,98 $/W)
- bonne performance en cas de faible luminosité
- moins sensible à la chaleur que le silicium
Inconvénients:
- toxicité du cadmium
Diséléniure de cuivre et d'indium
Ce matériau est déposé sur la cellule en couche mince par des méthodes chimiques ou par un dépôt sous vide, sur une couche de sulfure de cadmium (Cd S). Cependant la toxicité du cadmium pose un problème une fois la cellule en fin de vie.
Avantages:
- bonne résistance dans le temps
Inconvénients:
- toxicité du cadmium
- peu de ressources d'indium sur terre
Les applications
Les centrales photovoltaïques
De nos jours l'électricité est produite en masse par des centrales thermiques ou nucléaires. En vue du développement durable, il est très intéressant d'envisager une installation photovoltaïque sous les tropiques. Notamment pour les Antilles, la Réunion et toute autre région très dépendante du pétrole, ou d'autres formes d'énergies fossiles, pour son alimentation en électricité. Cependant de telles installations nécessitent un amortissement sur le long terme (au-delà de 15 ans), mais les aides mises en place par les États européens pour subventionner les installations et le tarif d'achat de l'électricité « verte » permettent à un système photovoltaïque raccordé au réseau d'être amorti en moins de 10 ans et permettront à la recherche et à l'industrie de développer des modules photovoltaïques moins chers et avec un meilleur rendement.
Une centrale solaire photovoltaïque est constituée d'un ensemble de modules solaires photovoltaïques reliés en série ou en parallèle et branchés sur un ou plusieurs onduleur(s). Les centrales solaires sont de grand puissance et installées sur des zones dédiées, à l'opposé des systèmes solaires photovoltaïques autonomes (alimentation des habitations isolés, des refuges..) ou des systèmes solaires décentralisé raccordé au réseau (installé sur des bâtiments à des puissances généralement inférieur à 1MWc). Ce système produit de l'électricité qui est envoyée sur le réseau.
Les centrales solaires photovoltaïques ont l'avantage de pouvoir être construite n'importe tant qu'il y a un réseau électrique à proximité. Ainsi elles peuvent être construite sur des zones non habitables, comme les zones désertiques, et posséder par exemple de dispositifs suntrackers pour suivre la course du Soleil. Ces dispositifs facilitent également la combinaison de systèmes à concentration et optimisent ainsi l'utilisation par exemple de panneaux solaires à base d'arséniure de gallium. La puissance des centrales varie en général de 1MWc à plusieurs dizaines de MWc.
La liste suivante montre les plus grandes centrales photovoltaïques au monde. La liste complète des centrales solaires photovoltaïques est tenue à jour régulièrement sur le site pvresources.com.
| Puissance (MW crête) | Localisation | Description | Production (MWh/an) |
|---|---|---|---|
| 60 MW | Olmedilla, Espagne | 160 000 modules | 85 GWh, mis en service en septembre 2008 |
| 54 MW | Straßkirchen, Allemagne | 225 000 modules | Service en décembre 2009 |
| 53 MW | Turnow-Preilack, Allemagne | 700 000 modules sur 162 hectares | mis en service en septembre 2009 |
Aujourd'hui, les centrales solaires photovoltaïque se comptent par centaines, malgré cela les projets en cours se multiplient.
Loin des centrales de quelques dizaines de MW, le leader américains de panneaux solaires First Solar, spécialisé dans la technologie des panneaux à base de tellure de cadmium (CdT) envisage de construire deux centrales d'une puissance totale de 550 MW[10]. La compagnie d’énergie californienne Southern California Edison sera chargée de son exploitation. La première baptisée Desert Sunlight sera construite à partir de 2012 près de Deser Center (Riversy County) et aura une puissance de 250 MW. La deuxième baptisée Stateline d'une puissance de 300MW sera construite l'année d'après au nord de San Bernardino County. Les deux centrales devraient être achevées pour 2015.
Encore plus ambitieux, un projet de production électrique d'origine solaire d'une puissance de 2 000 mégawatts, représentant un investissement de 9 milliards de dollars, a été présenté en novembre 2009 par le roi Mohammed VI[11]. Le projet se décompose en cinq sites, qui devraient être opérationnels en 2020 : Ouarzazate, Laâyoune, Boujdour, Tarfaya et Ain Beni Mahtar. Chaque site devrait accueillir une puissance allant de 100 à 500 MW. L'ensemble représenterait une superficie de 10.000 hectares et une puissance installée de 2000 MW. A titre de comparaison, la puissance d'un réacteur EPR est estimée à approximativement 1500 MW.
Dans le même ordre, et au même moment (novembre 2009), First Solar a signé lors du sommet présidentiel Chine-Etats-Unis un accord de coopération avec le gouvernement chinois pour la réalisation d'une centrale de 2 gigawatts (GW) à la ville d'Ordos, en Mongolie Intérieure[12]. La centrale devrait être construite en plusieurs phases à commencer par les 30MW de la Phase 1. Les phases 2, 3 et 4 devraient compter respectivement 100MW, 870MW, et 1,000MW. Les phases 2 et 3 devraient être achevées en 2014 et la Phase 4 en 2019.
Les appareils portables
L'avantage de l'énergie photovoltaïque est le fait de produire de l'électricité n'importe où sur Terre tant qu'il y a du soleil. Elle devient ainsi l'une des sources d'énergie les plus commodes à transporter. Les appareils portables solaires doivent fonctionner même s'il n'y a pas de soleil. La plupart du temps, les cellules photovoltaïques ne fournissent pas directement l'électricité à l'appareil, mais chargent des batteries qui alimentent l'appareil par la suite.
Ainsi un appareil portable est généralement constitué:
- d'une ou plusieurs cellules
- d'un système de régulation de charge/décharge (selon la qualité du produit)
- d'une batterie
Les technologies utilisées pour les cellules solaires sont en général celles en "couche mince" (Silicium amorphe, tellurure de cadmium,...) puisqu'elle doit résister à n'importe quelle manipulation, à l'inverse des cellules à base de silicium cristallin qui sont très cassantes. Parmi les appareils portables, nous avons ceux où les cellules sont directement intégrées au système et les autres qui deviennent des appareils solaires par l'ajout d'un chargeur doté de cellules photovoltaïques.
Parmi ces appareils portables solaires, nous trouvons:
- la calculatrice solaire;
- la montre solaire;
- la radio solaire;
- le netbook solaire (Gyy);
- les jouets ou gadgets solaires;
- les chargeurs solaires.
Les structures ou habitats isolés
Certaines structures où habitats sont difficiles d'accès et donc onéreux à raccorder au réseau électrique; ce qui est le cas en montagne ou dans les îles. Dans ces cas-là, il est plus avantageux d'opter pour une installation solaire autonome, dite Stand-Alone System.
L'utilisation d'une installation solaire autonome consiste à utiliser l'électricité produite directement ou en la stockant dans des batteries.
Cette installation est constituée des éléments suivants:
- un ou plusieurs panneau(x) photovoltaïque(s);
- un régulateur solaire;
- une ou plusieurs batteries d'accumulation;
- un onduleur (seulement pour obtenir du courant alternatif).
Le principal avantage de ce système est qu'il est dans certains cas moins onéreux qu'un raccordement électrique, mais l'électricité photovoltaïque permet aussi de disposer d'une source d'énergie fiable sans maintenance. Plusieurs structures ont profité de ce système:
- les relais de communications;
- la signalisation routière, ferroviaire, maritime et aérienne;
- la téléphonie de secours;
- les petites stations météorologiques;
- la sécurité de zones isolées;
- les stations de pompage (pays en développement, agriculture...);
- les systèmes de purification d'eau;
- les équipements urbains (éclairage, horodateurs...).
Les structures ou habitats raccordés au réseau
Lorsque cela est possible, les panneaux photovoltaïques peuvent être raccordés au réseau électrique. Ce système permet de produire une énergie qui sera entièrement récupérée, puisque le réseau se comporte comme un stockage illimité.
L'utilisation d'une installation solaire raccordée au réseau consiste à l'utilisation de deux compteurs électriques: un pour l'énergie sortante (produite par les panneaux photovoltaïques), un autre pour l'énergie entrante (celle du réseau). Le courant produit n'est pas directement consommé mais est en général entièrement injecté sur le réseau au travers d'un onduleur.
Cette installation est composée des éléments suivants:
- un ou plusieurs panneau(x) photovoltaïque(s);
- un onduleur;
- un compteur électrique pour l'énergie sortante;
- un compteur électrique pour l'énergie entrante.
EDF et des régies locales (ELD) ont l'obligation de racheter l'électricité produite à un prix plus élevé que le tarif EDF de base (10,78 à 11,25 c€/kWh selon la puissance souscrite[13]):
| Tarifs d'achat en vigueur du 01/07/2012 au 30/09/2012[14] | |||
|---|---|---|---|
| Type d'installation | Tarif d'achat | ||
| Résidentiel | Intégration au bâti | [0-9kWc] | 35,39 c€/kWh |
| [9-36kWc] | 30,96 c€/kWh | ||
| Intégration simplifiée au bâti | [0-36kWc] | 18,42 c€/kWh | |
| [36-100kWc] | 17,50 c€/kWh | ||
| Enseignement ou santé | Intégration au bâti | [0-9kWc] | 24,64 c€/kWh |
| [9-36kWc] | 24,64 c€/kWh | ||
| Intégration simplifiée au bâti | [0-36kWc] | 18,42 c€/kWh | |
| [36-100kWc] | 17,50 c€/kWh | ||
| Autres bâtiments | Intégration au bâti | [0-9kWc] | 21,36 c€/kWh |
| Intégration simplifiée au bâti | [0-36kWc] | 18,42 c€/kWh | |
| [36-100kWc] | 17,50 c€/kWh | ||
| Tout type d'installation | [0-12 MW] | 10,51 c€/kWh | |
Le domaine spatial
Le développement actuel de la technologie photovoltaïque n'aurait jamais pu été aussi conséquent sans l'aide de l'industrie spatiale. Lorsque les premières cellules photovoltaïques ont été créées, personne n'en voulait car elles étaient trop chères. Cependant le domaine spatial a vu au contraire dans ces cellules le moyen le mieux adapté pour alimenter ses satellites et a ainsi contribué à la recherche et à l'émergence de cette technologie.
Hors de l'atmosphère, le rayonnement solaire est en moyenne 45% plus important qu'à la surface de la Terre. Il correspond à celui de la constante solaire qui est d'environ 1367 W/m2. En réalité la puissance varie continuellement compte tenu de la légère excentricité de l'orbite terrestre[15].
Le premier satellite envoyé dans l'espace doté de panneaux solaires est Vanguard 1. Il a été mis en orbite le Le 17 mars 1958. Vanguard 1 est composé de 6 cellules photovoltaïques qui permettent d'alimenter un émetteur de 5 mW. Le satellite a arrêté d'émettre en mai 1964; il est actuellement suivi par les radars du NORAD[16] ou, à l'occasion, grâce à des moyens optiques depuis la Terre.
De nos jours, la puissance des satellites a été largement augmentée pour atteindre des puissances du kilowatt à la dizaine de kilowatts selon leur mission. Les satellites de communications ayant besoin de plus d'énergie que les satellites de type télescope qui sont dotés d'instruments passifs[17].
Cependant, les panneaux photovoltaïques n'assurent pas une vie illimitée à leur satellite. Les satellites en orbite basse (250km à 2000km) passent dans l'ombre de la terre près de 5000 fois par an ce qui use très rapidement les batteries nécessaires au fonctionnement en continu du satellite. Ce phénomène limite la durée de vie de ce type de satellite à 5 ans environ.
On retrouve le même phénomène pour les satellites géostationnaires qui sont situés en eux en orbite haute (36 000km). Cependant, ils passent dans l'ombre de la Terre seulement deux fois par an lors des équinoxes. Les cycles de charges et décharges des batteries sont donc négligeables et ne réduisent donc pas l'allongement de la durée de vie qui est typiquement de 10 à 15 ans[18].
La recherche
La technologie photovoltaïque est encore à ses débuts et les politiques environnementales favorisent la recherche dans ce domaine. Les efforts de recherche sont généralement concentrés dans la baisse de prix de revient de l'électricité. La première piste vise à utiliser des matériaux alternatifs au silicium, la deuxième réside dans l'invention de nouveaux procédés de fabrication. Une dernière piste de recherche tend à baisser les coûts du système par l'amélioration des onduleurs, du stockage d'énergie et par le développement de produits adaptés à l'intégration au bâti.
Les matériaux de demain
L'utilisation du silicium a vite atteint ses limites en termes de performance. Malgré cela, les sociétés de fabrication annoncent périodiquement de meilleurs rendements grâce à l'utilisation de nouveaux matériaux ou concept; tour d'horizon:
| Technologie | Matériaux utilisés | Principe | Rendements |
|---|---|---|---|
| Les cellules polymères organiques et inorganiques | Polythiophène, Fullerène, Polyfluorène,... | Les cellules polymères font intervenir les différentes orbitales moléculaires, certaines jouant le rôle de bande de valence, d'autres de bande de conduction, entre deux espèces moléculaires distinctes, l'une servant de donneur d'électrons et l'autre d'accepteur. | 6%[19] |
| Les cellules Grätzel | Oxyde d'étain dopé au fluor SnO2•F, oxyde de titane TiO2 imprégnée de polypyridine au ruthénium, électrolyte iodure/triiodure (I–/I3–) | Il s’agit d’un système photoélectrochimique inspiré de la photosynthèse végétale constitué d’un électrolyte donneur d’électron (analogue à l’eau dans la photosynthèse) sous l’effet d’un pigment excité par le rayonnement solaire (analogue à la chlorophylle) | 11% en laboratoire[20], 3% à 5% commercialement |
| Les cellules transparentes | Oxyde d'étain à l'indium, phosphore,oxyde de zinc, nitrogène[21] | Les cellules transparentes fonctionnent de la même manière que les cellules silicium à la différence que les couches donneur et accepteur d'électrons sont réalisés à l'aide de matériaux transparents. | non connu |
Les nouveaux procédés
- Des cellules CGIS seront produites industriellement et en continu par « NanoSolar » via une technique d'imprimerie. Rendement de 16% commercialement, 20% en laboratoire[22].
- Une autre alternative au sciage développée par « Evergreen Solar » est le procédé String-Ribbon. Il consiste à faire passer de longs fils dans du silicium fondu de manière à obtenir un long ruban de silicium[23].
L'amélioration des systèmes
- Amélioration du rendement énergétique pour les onduleurs photovoltaïques. Le record actuel est détenu par les chercheurs de l'Institut Fraunhofer des systèmes énergétiques solaires ISE en atteignant un rendement de 99%[24].
- Intégration de micro-onduleur au module photovoltaïque[25].
États des lieux
En France
La part de l'électricité d'origine photovoltaïque produite en France reste encore très marginale malgré sa forte progression.
La puissance raccordée au réseau électrique est au 3ème trimestre 2009 de 174 MW, soit une progression de 112% par rapport au début de l'année.
La France possède ainsi 32 176 installations d'une puissance moyenne de 5,4 kW.
Les technologies utilisées sont encore majoritairement à base de silicium cristallin. Toutefois, la technologie couche fine fait son apparition depuis peu sur le marché.
En 2009, le nombre d'emplois directs est estimé à 8500, soit une progression de 88% par rapport à 2008. Le marché intérieur est quant à lui estimé à 1,6 Mrds d'euros (+ 100% par rapport à 2008).
La puissance photovoltaïque installée en France est encore très faible par rapport à ses ambitions. En effet, le comité opérationnel de Grenelle sur le plan de développement des énergies renouvelables a fixé un objectif de 1100 MW installé en 2012. Malgré cet objectif ambitieux, les perspectives tracées par l'EPIA (European Photovoltaic Industry Association) pour la France sont de 2,2 GW en l'absence de nouvelles mesures gouvernementales et même de 2,9 GW si d'autres mesures incitatives sont mises en place.
À l'étranger
La puissance totale installée fin 2008 sur la planète est proche de 15 GW. Ce chiffre peut paraître impressionnant, mais il est tout relatif par rapport à la puissance électrique totale installée toute source d'énergie confondue: 4 428 GW (en 2007) [26]
L'Europe possède le plus grand parc photovoltaïque soit 65%, loin devant le Japon (15%) et les États-Unis (8%).
On remarque tout de même que le marché mondial est en forte augmentation avec un marché annuel en progression de 132% par rapport à 2007 et même de 1900% par rapport à l'année 2000!
Tout comme en France, les technologies à base de silicium cristallin dominent le marché mondial avec 82% de la production contre 18% pour la technologie couche fine. Cette dernière a un avenir très prometteur.
La puissance photovoltaïque installée sur notre planète est en constante progression; son évolution est même exponentielle. Le marché mondial annuel est évalué entre 12 GW et 22 GW en 2013, soit une progression de 120% à 300% par rapport à 2008.
Les entreprises
Les producteurs de silicium
Ce n'est pas la silice qui manque! Près de 26% de la masse de la croûte terrestre en est composée. Cette matière première est utilisée pour obtenir le silicium nécessaire à la fabrication de la plupart des panneaux photovoltaïques. Les producteurs de silicium transforment la silice en lingots puis en plaquettes (wafers) au terme d'un processus pas toujours très vert... A ce jour, 40 000 tonnes[27] de silicium de qualité solaire sortent chaque année des usines de productions.
| Entreprises | Pays | Capacité annuelle | Production annuelle en 2008 |
|---|---|---|---|
| Renewable Energy Corporation (REC) | Norvège | ? | 6241 tonnes[28] |
| Wacker Chemie AG | Allemagne | 15 000 tonnes[29] | ? |
| Hemlock Semiconductor Corp. | États-Unis | ? | ? |
| PV Crystalox Solar | Grande Bretagne | équiv. 230 MW [30] | |
| Origin of Chemical Innovation (OCI) | Corée du Sud | 5000 tonnes [31] | ? |
| Hoku materials | États-Unis | 4000 tonnes[32] | ? |
| Sichuan Xinguang | Chine | ? | 1250 tonnes[33] |
| Timminco | Canada | ? | 1045 tonnes[34] |
| Emei - Semiconductor Material Factory & Institute | Chine | 1500 tonnes[35] | 500 tonnes[36] |
| Ferroatlantica | Espagne | ? | 206 tonnes[37] |
D'autres producteurs de silicium photovoltaïque (par région):
| Régions | Pays | Entreprises |
|---|---|---|
| Europe | Allemagne | Joint Solar Silicon GmbH, Deutsche Solar AG |
| Angleterre | PowerFilm Inc., ICP Solar Technologies UK Ltd. | |
| France | Technip | |
| Russie | Nitol Solar, UC Rusal | |
| Slovénie | Metallurgija | |
| Amériques | États-Unis | MEMC Electronic Materials |
| Asie | Chine | Asia Silicon Co., Aixin Silicon Sci-Tech Industrial Park, CSG Holding, Jaco Solarisi, Jiaozou Coal Industry Group, Jinyi Silicon, Luoyang Zhonggui, Na’Nan Sanjing Silicon, Ningxia Solar, NK Technology, Ningxia Sunshine Silicon Industry Company Ltd, Shangxin Silicon |
| Japon | JFE Steel, M. Setek, Mitsubishi Materials Corporation, Shin-Etsu Handotai, Sumco Corporation, Sumitomo Titanium Corporation, Tokuyama |
Les fabricants
A ce jour, il existe des centaines de fabricants de cellules et modules photovoltaïques. Cependant le marché est largement imposé par une poignée d'entreprises américaines et asiatiques. Seule Q-cells, le leader actuel mondial, représente l'Europe. En 2008, les 10 plus grands fabricants de cellules et modules photovoltaïques se partagent plus de 60% du marché mondial (3583 MW produits pour 5559 MW installés)
| Entreprises | Pays | Technologies | Puissance fabriquée en 2008(en MW) |
|---|---|---|---|
| Q-cells | Allemagne | Monocristallin, Polycristallin | 574,2[38] |
| First Solar | États-Unis | Couche mince | 504,0[39] |
| Suntech Power | Chine | Monocristallin, Polycristallin | 459,4[40] |
| Sharp | Japon | Monocristallin, Polycristallin, Couche mince | 473,0 |
| JA Solar | Chine | Monocristallin, Polycristallin | 277,0[41] |
| Kyocera | Japon | Polycristallin | 290,0[42] |
| Yingli | Chine | Polycristallin | 281,5[43] |
| Motech | Taiwan | Monocristallin, Polycristallin | 272,0[44] |
| SunPower | États-Unis | Monocristallin | 236,9[45] |
| Sanyo | Japon | Couche mince | 215,0 |
D'autres producteurs de panneaux photovoltaïques (par région):
| Régions | Pays | Entreprises |
|---|---|---|
| Europe | Allemagne | Aleo Solar, Centrosolar, Conergy, Deutsche Solar, Ersol, Heckert Solar, Scheuten Solar, Schott, Schüco, Solar Fabrik, Solarwatt, SolarWorld, Solon, Sunset Solar, Sunways, Systaic. |
| Angleterre | BP Solar | |
| Belgique | Issol, Photovoltec | |
| Espagne | Isofoton, Fire Energy, Siliken | |
| France | Photowatt, Solairedirect, Tenesol | |
| Norvège | Renewable Energy Corporation (REC) | |
| Pays-Bas | Shell SOlar, Solland | |
| République Tchèque | Solartec Sro | |
| Suisse | Solterra Fotovoltaico | |
| Amériques | États-Unis | Evergreen Solar, General Electric, Solterra, Sunpower |
| Asie | Chine | CEEG, CP Solar, Gesolar, Nanjing PV-tech, Ningbo Solar, Shanghai Solar, Shenzhen Topray, Trina Solar, Upsolar |
| Japon | Honda Soltec, Kaneka, KIS Co, Mitsubishi | |
| Taïwan | Delsolar, E-ton Dynamics |
Les installateurs
En France, les installateurs de panneaux photovoltaïques sont en général des entreprises de petites tailles. Début mai 2011, elles sont 13 384 à bénéficier de l'appellation QualiPV, garantissant la qualité des installations et le savoir faire de l'entreprise.
En 2009, le marché français de l'installation de panneaux photovoltaïques représentait 443 millions d'euros.
Le classement IMS Research consacré aux acteurs mondiaux des systèmes photovoltaïques, a mis en lumière un marché mondial du photovoltaïque fragmenté « alors que les 30 premiers fabricants ne représentent seulement qu'une part de marché agrégée de 22,1%, soit une baisse de deux points de pourcentage » en 2010 par rapport à 2009, selon Ash Sharma, Directeur d'études spécialiste de l'énergie photovoltaïque chez IMS Research.
Le classement met ainsi en évidence un bouleversement dans le rapport de force entre les installateurs et les fabricants au niveau de la puissance cumulée à l'échelle mondial. La compagnie allemande BELECTRIC, anciennement Beck Energy, prend ainsi de justesse la tête du classement en terme de puissance installée devant l'entreprise d'origine allemande Juwi. De plus elle se situe cinq places devant le leader du classement en 2009, Q-Cells International, qui a connu l'an dernier une croissance presque nulle de sa capacité photovoltaïque.
Ci-dessous les 15 premiers du classement IMS Research consacré aux acteurs mondiaux photovoltaïques en 2010 :
| Classement | Pays | Entreprises |
|---|---|---|
| 1 | Allemagne | BELECTRIC |
| 2 | Allemagne | Juwi |
| 3 | États-Unis | SunPower Corp. |
| 4 | France | EDF Energies Nouvelles |
| 5 | États-Unis | SunEdison |
| 6 | Allemagne | Q-Cells International |
| 7 | États-Unis | First Solar |
| 8 | Belgique | Enfinity |
| 9 | Allemagne | Phoenix Solar |
| 10 | Allemagne | Gehrlicher Solar |
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Notes et références
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- ↑ Made in Hungary: Hungarian contributions to universal culture - Andrew L. Simon:[2]
- ↑ Electric light - Thomas A. Edison:[3]
- ↑ newspaperarchive.com - The New-York Times, Tuesday, September 5, 1882:[4]
- ↑ The Day They Turned The Falls On: The Invention Of The Universal Electrical Power System:[5]
- ↑ The Nobel Prize in Physics 1921:[6]
- ↑ April 25, 1954: Bell Labs Demonstrates the First Practical Silicon Solar Cell:[7]
- ↑ U.S. Department of Energy - Solar History Timeline: 1900s:[8]
- ↑ WebElements - Silicon, the essentials:[9]
- ↑ First Solar, Southern California Edison Sign Contracts for 550 MW of Photovoltaic Solar Electricity: [10]
- ↑ Jeune Afrique - Maroc : cap sur l'énergie solaire: [11]
- ↑ First Solar : 2 gigawatts dans le désert de Chine: [12]
- ↑ EDF Bleu Ciel - les tarifs électricité (prix en vigueur du 10/03/2011 au 30/06/2011):[13]
- ↑ CRE - Tarifs d’achat de l’électricité produite à partir de l’énergie radiative du soleil (c€/kWh) : [www.cre.fr/documents/deliberations/communication/valeurs-des-coefficients-s5-et-v5/consulter-les-tarifs-d-achat-de-l-electricite-produite-a-partir-de-l-energie-radiative-du-soleil-c-kwh]
- ↑ Construction of a Composite Total Solar Irradiance (TSI) Time Series from 1978 to present: [14]
- ↑ Real time satellite tracking - Vanguard 1: [15]
- ↑ Philippe Couillard, Lanceurs et satellites, Cépaduès, Toulouse, 2004 ISBN:2-85428-662-6, p. 120
- ↑ Philippe Couillard, Lanceurs et satellites, Cépaduès, Toulouse, 2004 ISBN:2-85428-662-6, p. 122
- ↑ Maxisciences 19-06-09, Une cellule photovoltaïque polymère au rendement quasi parfait: [16]
- ↑ Enerzine - Des cellules photovoltaïques plus sensibles: [17]
- ↑ BE Allemagne 441 du 17/06/2009, Des cellules solaires transparentes: [18]
- ↑ Technology Review - Advanced Solar Panels Coming to Market: [19]
- ↑ La technologie String-Ribbon par Evergreen Solar: [20]
- ↑ BE Allemagne 448 du 26/08/2009, Un rendement pour les onduleurs photovoltaïques supérieur à 99% - un record encore battu par l'ISE: [21]
- ↑ Echodusolaire.fr du 09/12/2009, Micro-onduleurs : Mossadiq Umedaly devient président exécutif d'Enecsys: [22]
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- ↑ Hespul - Systèmes photovoltaïques: fabrication et impact environnemental:[24]
- ↑ REC Annual report 2008:[25]
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- ↑ Joint Research Center - PV status report 2008:[32]
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- ↑ Yingli annual report on Form 20-F:[40]
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- ↑ Blog Tecsol - BELECTRIC arrive en tête du classement mondial des acteurs de l'énergie solaire photovoltaïque, 24 mars 2011: [43]
