L'énergie solaire
Doljenko E.G., Rudenko U.I.
Фотоелемент – це пряме перетворення соняшного світла в електрику, він є найбільш елегантною моделлю створення електрики, бо цей процес здійснюється безшумно, без механічних частин та без виділення токсичних речовин. Соняшна енергія може надавати широке коло послуг (освітлення, телефонний звязок, насосні та ірригаційні станції, тощо)La physique des cellules photovoltaїques
La photovoltaïque c'est la conversion directe de lumiere solaire en électricité. Le mot "photo" vient du grec qui veut dire lumiere et "voltaïque" vient du nom d'un physicien Italien Alessandro Volta qui a beaucoup contribué a la découverte de l'électricité et d'apres qui on a aussi nommé l'unité de tension électrique le "volt".La photovoltaïque c'est la maniere la plus élégante de produire de l'électricité. Elle se produit sans bruit, sans parties mécaniques et sans que des produits toxiques soient libérés.
L'énergie solaire peut servir pour beaucoup de choses :- l'éclairage (autoroutes, arrets d'autobus,...);
- les communications (stations de relais de téléphone, bornes d'appel d'urgences sur autoroutes, téléphones mobiles,...);
- la fourniture d'électricité pour des sites éloigné du réseau normal (forets, montagnes,...);
- les capteurs isolés (infos méteorologique, traffic routier, enregistrements sismiques, recherche scientifique,...);
- pour de petites stations de pompage ou d'irrigation...;
- le chargement des batteries de voitures (les batteries normales ou de voitures électriques...);
- le protection contre la corrosion (car les pipes-lines et autres tuyaux enfouis sous terre ou dans l'eau perdent des ions et rouillent - il perdent des ions - on peut les protéger en appliquant une différence de potentiel, donc un courant électrique).
Evidemment l'utilisation de cellules photovoltaïques est plus efficace dans les régions trés ensoleillée tel que les Etats-Unis, ou les pays du sud en général, mais cela ne veut pas dire qu'on ne peut pas les utiliser dans le reste du monde.
Beau temps pour les cellules solaires
La production et le développement des cellules photovoltaïques tirent profit des technologies du silicium développées par l'industrie microélectronique.Avec les technologies courantes et six heures d'ensoleillement par jour, la satisfaction des besoins quotidiens en électricité d'un pays comme les Etats-Unis nécessiterait un carré de 160 km de coté de cellules photovoltaïques. Si une telle perspective semble encore tres lointaine, l'industrie photovoltaïque a néanmoins augmenté son marché de 38 % en 1997, bénéficiant ainsi des différents programmes lancés successivement au Japon (80.000 toits solaires en 2000), aux Etats-Unis (1 million en 2010), et par l'Union Européenne (500.000 en Europe et autant dans les pays en voie de développement, en 2010).
La capacité de production doit tripler d'ici l'an 2000, avec une étonnante variété de technologies. La plus répandue utilise des procédés de l'industrie microélectronique, essentiellement la fabrication des cellules de silicium sur des galettes de monocristaux par lithographie traditionnelle, une technologie concurrencée depuis peu par la gravure au laser. La production d'autres semi-conducteurs en couches minces, tellure de cadmium (CdTe) et disélénure d'indium et de cuivre (CIS), est également en bonne voie. Le silicium est aussi utilisé sous d'autres états: silicium amorphe en couches minces, de faible rendement mais moins cher et largement utilisé depuis vingt ans; silicium polycristallin qui, malgré ses faibles propriétés d'absorption, peut etre également utilisé en films minces.
En effet, ces systemes piegent la lumiere a l'intérieur de la cellule, rendent aléatoire sa direction de propagation et multiplient ainsi par cinquante l'épaisseur optique apparente. Grace aux économies d'échelle, chacune de ces technologies peut théoriquement garantir des couts voisins de un dollar par watt, contre quatre a six actuellement. A l'instar de la production, la recherche est en plein développement. Particulierement prometteuse, une triple jonction a base de silicium amorphe a été développée au National Renewable Energy Laboratory (NREL) au Colorado, en association avec United Solar Systems Corp. (Michigan).
De composition différente, les trois couches capturent différentes longueurs d'onde, ce qui double les rendements par rapport a la limite théorique des jonctions simples (12 %). Toujours au NREL, des chercheurs proposent une solution au probleme du stockage pour les besoins nocturnes: la conversion directe de l'énergie solaire en hydrogene. Leur systeme a une double fonction, photovoltaïque et électrolytique: la couche supérieure de phosphure d'indium et de gallium absorbe la lumiere visible et produit de l'hydrogene, tandis que la couche inférieure d'arséniure de gallium absorbe le proche infrarouge et produit de l'oxygene. Le rendement global affiché est de 12 %, contre 4 % ou 6 % pour les systemes traditionnels.
Le téléphone mobile solaire
L`Institut pour les systèmes d'énergie solaire Fraunhofer de Freiburg (Allemagne) - The Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) - a mis au point un chargeur à solaire pour un modèle de téléphone portable existant sur le marché. Les cellules photovoltaïque de cet engin ont un rendement de 20 %.Concentrateur solaire
Un projet Européen va permettre de fournir des solutions photovoltaïques à moindre prix. Le système consiste à utiliser une lentille qui va concentrer la lumière sur une très petite cellule photovoltaïque à haut rendement.Le projet de recherche Hercules a réunit des compétences de la Russie, de la Belgique, de l'Espagne et de l'Allemagne.
C'est à l'entreprise espagnole Isofoton qu'est revenu la tache de fabriquer les panneaux solaire issus de cette technologie.
Le facteur de concentration atteint est de 1000, et la lumière est envoyée sur une cellule d'1mm?. La technologie des DEL-LED a même été mise à contribution.
Augmenter la surface utile
Pour obtenir un meilleur rendement, les fabricants de cellules photovoltaïques essaient d'augmenter la surface utile d'absorption de la lumière, car sur la surface des capteurs on pose généralement les contacts électrique qui vont servir au flux des électrons.BP, par exemple, réduit la taille de ces contacts en gravant une tranchée au laser avant de poser les contacts, ce qui permet de diviser leur taille par 8. La méthode est plus radicale chez Sunpower Corp. qui met les contacts au dos des cellules, et ce grace à un procédé breveté.
Mini-capteur solaire
L'entreprise américaine Clare Inc. a annoncé au début d`octobre 2003 la commercialisation d'un nouveau produit à capteur solaire pouvant être intégré dans de nombreux appareils électroniques courants. Ce mini module solaire fournit 7,5V et peut servir pour des chargeurs des batteries, à fournir de l'énergie à une télécommande, équiper des détecteurs de lumières auto-alimentés, etc... Le prix pour les intégrateurs est de 1$ pièce.D'autres modèles sont déjà prévus, allant de 2V à 30V et dans plusieurs formes possibles, plates par exemple, pour utiliser dans des cartes à puce.
Cellules à spectre solaire
La lumière du soleil est composée de nombreuses longueurs d'ondes (que l'on retrouve dans les couleurs de l'arc-en-ciel ou à travers un prisme). La faible efficacité des cellules solaires actuelles vient du fait qu'elle ne captent qu'une faible partie des photons du spectre solaire.Un équipe du laboratoire de Berkeley - avec l'aide d'une autre université Japonaise - vient de trouver un moyen d'améliorer les alliages actuels en utilisant des composés qui capturent les photons dans tout le spectre solaire, atteignant une efficacité théorique de 50 %.
Jusqu'à maintenant, pour arriver à ce résultat, on empilait différentes couches de matériaux pour capturer les photons de différentes longueurs d'ondes, mais ces techniques étaient couteuses et très complexes.
Ces nouvelles découvertes sont très prometteuses, mais encore au stade expérimentales.. elles intéressent néanmoins les fabricants de satellites car ces cellules solaires sont résistantes aux radiations.
Зараз викопне паливо (нафта і вугілля) витрачається такими темпами, що його запаси вичерпаються десь у другій половині наступного століття. Атомні електростанції, що колись вважалися гарною альтернативою, виявилися небезпечними. З усіх альтернативних джерел енергія сонця є самої екологічно чистою і безпечною.
Сонце – лише одна з мільярдів зірок, але воно – джерело енергії для всього живого і для самої Землі. Його енергії, що надходить на планету за 40 хвилин, досить, щоб задовольнити енергетичні потреби всіх землян протягом року! Таким чином, сонячна енергія – це енергія майбутнього.