CHAPITRE I : ETAT DE L'ART
I.1. Introduction
Ce chapitre a pour objectif de situer le contexte
général de l'étude. Il abordera dans un premier temps, les
généralités sur les technologies des modules PV et des
batteries au plomb-acide. Par la suite, il abordera les caractéristiques
de chaque technologie et enfin terminer par la synthèse de la revue de
littérature des Déchets d'équipements électriques
et électroniques (DEEE).
I.2. Généralités sur les modules PV
I.2.1. Définitions
Un module photovoltaïque est un
générateur électrique qui transforme l'énergie
issue des photons de la lumière en électricité. Il est
constitué d'un ensemble des cellules photovoltaïques
interconnectés[1].
Le panneau photovoltaïque est un
assemblage en série des cellules permettant d'obtenir une tension de 12
Volts. La puissance d'un panneau solaire est fonction de sa surface,
c'est-à-dire du nombre de cellules photovoltaïques. Les figures 1.1
et 1.2 ci-dessous présentent respectivement le module PV, composants
d'un panneau solaire et panneau solaire laminé et fixé sur un
montant :
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Figure 1.1: Module PV fixé sur montant[33] Figure 1.2 :
Panneau photovoltaïque laminé et fixé sur montant[34]
I.2.2. Composition des panneaux photovoltaïques
Les panneaux photovoltaïques, toutes technologies
confondues sont principalement composés de verre et d'aluminium.
Cependant, les panneaux photovoltaïques sont dans certains cas
composés de composants stratégiques, toxiques ou à haute
valeur ajoutée. Afin de comprendre les enjeux du recyclage des PV, il
est donc nécessaire d'étudier la composition type d'un panneau PV
par type de technologie. La figure 1.3 ci-dessous présente les
éléments constitutifs d'un panneau PV :
Figure 1.3: Composants d'un Panneau solaire[1]
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I.2.3. Les différentes technologies
Il existe trois technologies principales suivant le mode de
production, parmi lesquels les panneaux au silicium cristallin, aux couches
minces et aux cellules organiques. [2]. La figure 1.4 ci-dessous
présente les différentes technologies des panneaux solaires :
Figure 1.4: Classes de technologies PV [3]
I.2.3.1. Les panneaux de 1ère
génération : cellules cristallines
Les différences dans le procédé de
fabrication peuvent apparaître à plusieurs étapes de la
conception donnant lieu à plusieurs technologies de cellules.
Ainsi, la première différence peut intervenir
dans la cristallisation du silicium. On distingue ainsi le
monocristallin et le polycristallin. Le monocristallin donne
généralement de meilleurs rendements de cellule mais son
procédé est aussi plus coûteux. Réalisé
à partir de silicium de qualité microélectronique 9N, sa
fabrication suit la méthode de Jan Czochralski qui consiste à
tirer un cristal parfaitement cristallin à partir d'un germe
plongé dans un bac de silicium fondu. Cette méthode
nécessite des temps de réaction élevés et une
consommation énergétique très importante. Dans le cas du
polycristallin, on part d'un silicium moins pur issu des déchets de
silicium électronique ou silicium métallurgique que l'on fond
dans un creuset en quartz. Ce procédé de coulage des lingots en
blocs est beaucoup plus rapide et moins coûteux en énergie[4].
Les cellules polycristallines représentent 65 % du
marché (de la filière silicium) en 2015 (AEPI, 2010) mais le
monocristallin augmente graduellement ses parts de marché. Avec un prix
du wafer (est un terme désignant une fine tranche d'un
matériau semi-conducteur comme le silicium) monocristallin entre 2
% et 28 % plus cher que le polycristallin en 2015 selon
PV-Insights3, il permet un gain de rendement de plus de 1 %.
Si la technologie a connu cours de ces trente ans de
production, des améliorations conduisant à la baisse de ses
coûts ainsi qu'à l'augmentation de son rendement, le marché
s'oriente aujourd'hui vers une architecture à plus fort potentiel de
haut rendement : le PERC (passivated emitter and rear cell). Son
procédé de fabrication se compose d'étapes
supplémentaires par rapport à l'Al-BSF mais il partage un socle
commun facilitant ainsi la conversion des usines de cellules Al-BSF en PERC.
Cette technologie domine aujourd'hui les investissements
industriels.
3 PV Insights, une société internationale de
recherche sur le solaire photovoltaïque de premier plan, aide les
principales entreprises solaires photovoltaïques et les professionnels de
la finance à prendre des décisions en temps réel sur la
stratégie commerciale, les achats de composants et les investissements
grâce à des rapports perspicaces, un service de conseil et des
rapports de prix efficaces.
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Derrière le sigle PERC se trouvent les technologies de
cellules appelées PERL, PERT, PERF. Il existe également d'autres
technologies siliciums aux meilleures performances techniques comme IBC
(interdigitated back contact) et SHJ (silicium hétérojonction)
mais aux prix de vente trop élevés pour pouvoir accéder au
marché des centrales au sol.
Le tableau 1.1 ci-dessous présente les
caractéristiques commerciales et techniques des technologies à
silicium :
Tableau 1.1 : Caractéristiques commerciales et
techniques des technologies à silicium
|
Architecture cellule
|
Al-BSF Aluminum Back Surface Field
|
PERC - PERT Passivated Emitter
& Rear Cell
|
IBC
Interdigitated back Contact
|
SHJ
Silicium
Hétérojonction
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rendement
record module
commercial
|
17,9 %
Mono-p Al-BSF Yingli
|
19,1 % mono-p PERC (TS) 19,5 % mono-n PERT (LG)
|
22,2 % mono-n
IBC (SP)
|
20,0 % mono-n SHJ (NSP)
|
|
Principaux fabricants
|
Trina Solar, ...
|
Trina Solar,
LG, ...
|
Sun Power
|
Panasonic (Sanyo), NSP, Kaneka
|
|
Caractéristiques technologiques
|
Typiquement avec un émetteur sélective n-type et
une région p++ (Al dopant) à l'arrière (le back-surface
field) qui forme une barrière pour des porteurs minoritaires
|
PERC : couche diélectrique de passivation qui agit
comme réflecteur et augmente l'absorption tout en
réduisant la recombinaison PERT : couche p+ qui recrée le
back surface
field homogène
|
Les 2 contacts en face arrière et pas de
métallisation en
face avant pour
maximiser l'absorption.
Contact épais
réduisant la résistance et
couche de passivation pour diminuer la recombinaison
|
L'hétérojonction a-Si : H / c-Si augmente la
tension de
la cellule et réduit la
recombinaison
|
|
Avantages concurrentiels
|
Rendement important pour un coût de
|
Capacité d'augmenter
le rendement
sans trop
modifier le procédé de
production de
l'Al-BSF
|
Rendement élevé et performance supérieure
aux hautes températures et faible irradiance Rendement
élevé et performance supérieure aux hautes
températures
|
Rendement élevé et
performance supérieure
aux hautes températures
et
faible irradiance et
|
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|
production réduit
|
|
et faible irradiance et compatible
|
compatible avec module
bifacial
|
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Points faibles
|
Limitation dans la
progression du
rendement
|
Les effets LID
souvent plus
prononcés
|
Procédé complexe et coûteux
|
Procédé complexe et
coûteux
|
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Marché visé
|
Résidentiel et grandes centrales
|
Positionnée sur le marché résidentiel
|
| 
