1905 : Albert Einstein fut le premier à en proposer une explication, en utilisant le concept des « photons ».
1955 : BELL Téléphone (Etats-Unis) annonce la mise au point d’une cellule dont le rendement atteint 6 %, marquant ainsi la naissance des premières applications PV.
Premières applications (uniquement des sites « PV isolés ») :
1958 : Une cellule avec un rendement de 9 % est mise au point. Les premiers satellites alimentés par des cellules PV sont envoyés dans l’espace.
1973 : La première maison alimentée par des cellules PV est construite à l’Université de Delaware.
1983 : La première voiture alimentée par énergie PV parcourt une distance de 4 000 km en Australie.
Développement des installations raccordées au réseau :
1990 : Premiers systèmes « PV connectés au réseau », en Europe, Japon et Etats-Unis. 2000 : Début des tarifs d’obligation d’achat qui lancent la production électrique de masse avec le PV (Allemagne).
L'effetphotovoltaïque
Sources : CNRS – J. Flémal – Architecture et Climat – UCL
Processdefabricationdescellules
Sources : CNRS – Woodhouse, Smith et al. 2049
Qu’est-cequ’unpanneauphotovoltaïque?
Pour faire simple :
Un panneau (ou module) PV permet de transformer le rayonnement solaire en électricité. Il est généralement formé de cellules en silicium, protégées par du verre dans un cadre en aluminium. Son rendement de conversion est de l’ordre de 20 %. Au soleil, une puissance nominale de 1 kW est obtenue avec une surface de 5 m², soit 3 panneaux.
Pour aller plus loin :
Un panneau photovoltaïque exploite une source d’énergie quasi-infinie (le soleil). Il peut être installé en toiture, en façade des bâtiments, au sol ou comme ombrière de parking. Il peut être connecté au réseau électrique public ou faire partie d’un système autonome. En France, en 2022, les panneaux commerciaux sont généralement formés de silicium (95 % du marché mondial en 2022). Ils ont un rendement d’environ 20 %, avec une puissance nominale de 350 W pour une surface de 1 m x 1.7 m.
Un panneau photovoltaïque contient des matériaux photosensibles (majoritairement des semiconducteurs) capables d’utiliser les photons du rayonnement solaire pour exciter des électrons qui alimentent des appareils électriques. Son rendement est défini par le rapport entre l’énergie électrique produite et l’énergie solaire reçue sous forme de lumière. Il peut donc varier en fonction de la technologie utilisée et de l’état du panneau. La technologie la plus répandue actuellement est à base de silicium monocristallin, avec des rendements atteignant 24 % pour les modules records, et autour de 20 % pour des modules commerciaux bon marché. Cependant, plusieurs facteurs peuvent influencer le rendement d’un panneau photovoltaïque comme le niveau d’ensoleillement, l’ombrage, la température extérieure, l’orientation et l’inclinaison du panneau, etc.
Comme l’énergie fournie par le soleil dépend entre autres des conditions météorologiques et de la position du soleil dans le ciel, la puissance fournie par un panneau photovoltaïque ne sera pas toujours égale à sa puissance nominale. Il est important de ne pas confondre un panneau solaire photovoltaïque avec un panneau solaire thermique, qui permet de transférer l’énergie solaire à un fluide caloporteur sous forme de chaleur, pour ensuite être utilisée pour le chauffage de bâtiments, la production d’eau chaude sanitaire, ou encore dans divers procédés industriels.
Rapport IEA-PVPS Trends in Photovoltaic Applications 2022, https://iea-pvps.org/trends_reports/trends-2022/
La durée de vie d’une installation est estimée à 30 ans, avec une perte d’efficacité de l’ordre de 0,5 % par an. Les fabricants de panneaux photovoltaïques garantissent une durée de vie de 25 à 30 ans, pendant laquelle la puissance reste au moins égale à 80 % de la valeur nominale. La dégradation peut varier selon le type de module et l’environnement.
Pour aller plus loin :
Selon l’Agence Internationale de l’Energie (IEA), la durée de vie d’un panneau photovoltaïque correspond au temps au bout duquel son rendement a été réduit de 20 %. La perte de performance d’un module photovoltaïque au cours du temps est un phénomène connu lié à la dégradation d’un ou plusieurs composants du module : la cellule, le verre, les interconnexions métalliques entre cellules, le polymère encapsulant (EVA), le film polymère de protection (Tedlar) ou la colle assurant l’adhérence entre ces différents composants. Les principales sources de dégradation des modules photovoltaïque sont la délamination entre l’EVA et les cellules ou entre les cellules et le verre avant, la décoloration de l’EVA, les bris de verre et fissures, les points chauds, la corrosion des connexions métalliques et le PID (“potential-induced degradation”, dégradation induite par le potentiel).
La durée de vie réelle des panneaux photovoltaïques peut dépasser largement celle garantie par les fabricants, annoncée à 25 ou 30 ans. Des études ont montré que les panneaux se dégradent moins vite que prévu : 60 % des modules ont une efficacité supérieure à 80 % de leur efficacité initiale après 35 ans d’exploitation (climat tempéré, 288 modules testés, installation en 1982). Environ 10 % des panneaux testés présentent même une dégradation particulièrement faible, de 0,2 % par an. L’IEA a aussi modélisé la dégradation des panneaux photovoltaïques et arrive à la même conclusion.
Dans une installation photovoltaïque, d’autres composants ont une durée de vie limitée, en particulier les onduleurs, généralement garantis 5 ans et dont la durée de vie moyenne est estimée à 15 ans.
