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L'énergie solaire photovoltaïque

by Daniel Suchet (author), Erik Johnson (author)
june 2023
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16 x 24 format 154 pages In stock
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Presentation

À chaque instant, la puissance solaire qui arrive sur la Terre représente plusieurs milliers de fois la consommation énergétique de l’humanité. L’effet photovoltaïque, qui convertit la lumière en électricité, permet de tirer parti de cette manne énergétique – un enjeu particulièrement important alors que nous touchons aux limites du système des énergies fossiles hérité des révolutions industrielles. En quelques années, les panneaux solaires ont connu une progression spectaculaire.Bien que l’énergie photovoltaïque soit décarbonée, son développement soulève cependant de nombreuses questions, sur le fonctionnement et la fabrication des dispositifs comme sur leur installation et leur utilisation.Ce livre propose un tour d’horizon de l’énergie solaire photovoltaïque, de son histoire, de sa dynamique et de ses perspectives. En s’appuyant sur des considérations physiques fondamentales, il établit les principaux ordres de grandeur et les principes de fonctionnement communs à toutes les cellules solaires. Il expose ensuite les différentes technologies actuellement disponibles sur le marché. Il aborde enfin les coûts, économiques et écologiques, du photovoltaïque.Ce livre s’adresse à un large public désireux de se faire une idée précise et documentée sur un volet essentiel de notre réponse aux défis climatiques et énergétiques du XXIe siècle.

Resume

Preface III

Introduction 1

1 Une histoire technique du photovoltaïque 5

1.1 Les trois naissances de l’effet photovoltaïque . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Le photovoltaïque prend son envol . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3 Le silicium explose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.4 Le photovoltaïque dans le monde aujourd’hui . . . . . . . . . . . 15

Partie 1 De la lumière à la cellule solaire 21

2 La ressource solaire 23

2.1 Le rayonnement du corps noir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2 Le rayonnement solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.3 Du sommet de l’atmosphère à la surface terrestre . . . . . . . . . . 26

2.4 Ordres de grandeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3 Limites thermodynamiques de la conversion photovoltaïque 35

3.1 Transformer la chaleur solaire en électricité : la machine de Müzer et ses limites . .. .. . . 36

3.2 La voie du solaire thermodynamique : concentrer la lumière . . . 38

3.3 La voie du photovoltaïque : introduire un gap . . . . . . . . . . . 39

4 Des concepts aux dispositifs : comment réaliser les fonctions nécessaires à la conversion photovoltaïque 53

4.1 Absorption optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.2 Durée de vie des porteurs de charge . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.3 Transport des porteurs de charge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.4 Extraction sélective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Partie 2 Du matériau au dispositif 63

5 Bon transport électronique et coût raisonnable, mais faible absorption

optique : les cellules en silicium cristallin 67

5.1 De la silice au polysilicium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5.2 Du polysilicium au lingot de silicium . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

5.3 Du lingot au wafer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

5.4 Du wafer à la jonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

5.5 De la jonction à la cellule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

5.6 De la cellule au module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

6 Bonne absorptivité, mauvais transport, faible coût : les cellules en

couches minces, organiques, amorphes, pérovskites 83

6.1 Fabrication des couches minces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

6.2 Architecture d’une cellule en couche mince . . . . . . . . . . . . . 87

7 Excellente absorption optique, excellent transport électronique, coût

élevé : les cellules épitaxiées 93

7.1 L’épitaxie et les techniques de croissance épitaxiale . . . . . . . . . 95

7.2 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

Partie 3 Du laboratoire à l’industrie 101

8 La vie d’un panneau photovoltaïque 103

8.1 Production en conditions réelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

8.2 Dégradation d’un panneau photovoltaïque . . . . . . . . . . . . . 106

8.3 Fin devie et recyclage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

9 Coûts économiques et écologiques du photovoltaïque 117

9.1 Coûts économiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

9.2 Coût énergétique et coût carbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

9.3 Coûts en matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

10 Défis et perspectives 131

10.1 Développer une industrie solaire à l’échelle du terawatt . . . . . . 131

10.2 Augmenter l’efficacité de conversion au-delà de la limite de Shockley-Queisser . . . . . . . . . . . 133

10.3 Imaginer denouvelles applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

10.4 Intégrer la production au réseau électrique . . . . . . . . . . . . . 142

Conclusion 147

Index 150

Sponsors 153

Press reviews

  • L'énergie solaire photovoltaïque

    Afis 15 september 2023

  • L'énergie solaire photovoltaïque

    La Jaune et la Rouge 9 september 2023

    PDF (430 ko)

  • L'énergie solaire photovoltaïque

    énergie plus 15 july 2023

    PDF (470 ko)

  • Tour d'horizon de l'énergie photovoltaïque

    Terres et territoires 14 july 2023

    PDF (480 ko)

Characteristics

Language(s): French

Audience(s): Students, General pubic, Professionals

Publisher: EDP Sciences

Collection: Une Introduction à ...

Published: 22 june 2023

Reference eBook [PDF]: L29248

EAN13 Paper book: 9782759829231

EAN13 eBook [PDF]: 9782759829248

Interior: Colour

Format (in mm) Paper book: 16 x 24

Pages count Paper book: 154

Pages count eBook [PDF]: 154

Size: 99 Mo (PDF)

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