[Solaire] photovoltaique sans Silicium

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energy_isere
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[Solaire] photovoltaique sans Silicium

Message par energy_isere » 31 déc. 2005, 13:16

Une technologie différente du Silicium pour faire du photovoltaique semble démarer INDUSTRIELLEMENT.
Honda Entering Solar Cell Market for Homes and Vehicles

18 December 2005
Honda Motor is entering the market for solar cells designed for use in households and also plans to promote their use in vehicles, according to a report in the Nihon Keizai Shimbun.

Honda is building a ¥10-billion (US$86.5-million) factory to begin mass production in fiscal 2007 of solar cells made an inexpensive thin-membrane non-silicon metal compound developed by Honda engineering. The Honda solar panels, first announced in 2002, feature a light-absorbing layer formed by a compound made of copper, indium, gallium and diselenium (CIGS).

Thin-film solar cells based on CIGS (Cu(In,Ga)Se2) absorbers are among the leading devices which are expected to lower the costs for photovoltaic energy conversion. Other companies working with CIGS cells include Shell Solar and Würth.

Early Honda CIGS module prototypes had a maximum output of 112 W at dimensions of 1,367 × 802 × 46 mm. Honda is working to improve the efficiency.

Honda’s solar cells will likely sell for some 1.5 million yen each, 20%-30% less than silicon-made cells, according to the report.

The new plant will initially have an annual capacity to produce about 30 megawatts worth of solar cells, enough for 10,000 households a year. Initially, the company aims to market them only in Japan. But it will later sell them in overseas markets, eyeing mainly North America and Europe, where demand is expected to surge in the future.

Honda is also considering a scheme that would use solar cells to power a home electrolysis unit for the production of hydrogen for vehicle refueling. Honda’s current prototype home hydrogen energy systems rely on natural gas reforming
Honda combined its CIGS solar cells with a Honda-developed compact electrolysis unit that uses a new Ruthenium-based catalyst in a prototype at its Torrance, California facility.

The prototype solar-powered electrolysis unit produces hydrogen at a rate of 2 normal cubic meters per hour (Nm3/hr).
l'article original : http://www.greencarcongress.com/2005/12 ... ring_.html

th
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Message par th » 01 janv. 2006, 21:10

energy_isere a écrit :... a compound made of copper, indium, gallium and diselenium (CIGS).

Thin-film solar cells based on CIGS (Cu(In,Ga)Se2) absorbers are among the leading devices which are expected to lower the costs for photovoltaic energy conversion.
Des materiaux pas tres abondants, non :
Cuive: on a a deja parlé


Gallium :
(source : wikipedia)
"Gallium does not exist in pure form in nature, nor are gallium compounds a primary source of extraction. It is rather found and extracted as a trace component in bauxite, coal, diaspore, germanite, and sphalerite. The USGS estimates gallium reserves based on 50 ppm by weight concentration in known reserves of bauxite and zinc ores. Some flue dusts from burning coal have been shown to contain as much 1.5 percent gallium."

Indium: "about as abundant as silver. "

Selenium :Semble repandu

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Message par YahourtNature » 03 janv. 2006, 00:18

th: peut-être que le gallium n'est nécessaire qu'en infime quantité ?

En tout cas il est temps de chercher d'autres matériaux que le silicium, car même en augmentant l'efficacité avec ses cristaux, je ne vois pas comment on pourrait un jour faire de la production d'énergie en masse avec un matériau assez peu répandu et surtout nécessitant énormément d'énergie pour le purifier, entraînant un bilan énergétique faible...
En fait je me demande si le projet européen de couvrir les toitures avec du photovoltaique n'est pas une erreur...
En l'état actuel, il reste plus intéressant pour des lieux isolés et loin du réseau (montagnes, brousse...)

Je reste quand même assez optimiste avec cette techno qui pourrait bien y gagner avec les nano-technos (qui donnent déja des résultats impressionant avec les accumulateurs, voir Toshiba)

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Message par energy_isere » 03 janv. 2006, 00:33

YahourtNature,
tu fais une grave erreur en disant que le Silicium est un élement peu répandu.
Le Silicium est TRES répendu dans la croute terrestre sous forme de Si02.
Le sable de la forét de Fontainebleau est constitué de plus de 50% de Silicium dans SiO2.
Le probléme du SiO2 est d'en séparer l' Oxygéne.
C'est aussi couteux en energie que la méme opération sur l' Alumine Al2O3 pour récuperer l' Al (Aluminium).

Ensuite il faut purifier le Si à une pureté de 99,99999% pour que ca soit utilisable en tant que capteur solaire (pour faire des jonction PN semiconductrices). Et c'est la que l'opération est extrémement couteuse en énergie.

Le probléme du manque de Silicium pour faire des cellules au Si, est l'insufisance d'usine de de purification de ce Silicium ultra pur. Pas de trouver le matériau de base.

Par ailleurs le Silicium est largement aussi utilisé dans les alliages d' Aluminium.


Pour le Gallium, la je ne m'y connais pas.

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Message par th » 03 janv. 2006, 09:04

YahourtNature a écrit :th: peut-être que le gallium n'est nécessaire qu'en infime quantité ?
Je ne pense pas. C'est le composé CuInGaSe2 qui est semiconducteur, tout comme d'autres conbinaison Ga + In + quelquechose.
Donc il en faut beaucoup pour faire des m2 de PV...

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Message par energy_isere » 03 janv. 2006, 13:03

Poursuite du sujet sur les cellules solaires au CIGS
th a écrit :
YahourtNature a écrit :th: peut-être que le gallium n'est nécessaire qu'en infime quantité ?
Je ne pense pas. C'est le composé CuInGaSe2 qui est semiconducteur, tout comme d'autres conbinaison Ga + In + quelquechose.
Donc il en faut beaucoup pour faire des m2 de PV...
C'est YaourtNature qui est dans le vrai.

Les quantités mises en jeu sont faible.

Car c'est un procédé "thin film". En Anglais "thin film" veut dire en couche mince. C'est à dire qu'on évapore sous vide des couches actives (semiconductrice) de seulement quelques microns.

Alors pour s'en persuader vraiment, (ne comptons pas sur la presse pour ca), une thése Américaine sur le sujet (Colorado State University): http://www.physics.colostate.edu/groups ... Thesis.pdf (attention 2.7 MégaOctets)
et la je trouve ce que je cherchais (en page 21) :


Image

La couche active contenant le Gallium fait 2.5 µm d'épaisseur.
Mais comme le Gallium n'est qu'un constituant, prenons l'équivalent de 1 µm pour le Gallium dans cette couche.

Il faut un volume de 10000cm2*0.0001cm = 1 cm3 de Gallium par metre carré de capteur,
Avec une densité de 5.9 pour le Gallium, il faut donc prés de 6 grammes de Gallium par metre carré de capteur ce qui est assez faible.

Pour mémoire, les cellules solaire au Silicium font 400 microns d'épaisseur, il en faut donc 400 fois plus en volume, et 200 fois plus si on parle en masse (densité de 2.34 seulement)

Dans la cellule au CIGS le "support" est du verre.
En labo un support en verre de 1.0 mm suffit, mais pour une installation à mettre dehors pour 20 ans, il faut un support en verre de 3.0 mm d'épaisseur.

Bon, maintenant il faudrait trouver le prix du Gallium sur le marché et connaitre la production mondiale et peut etre aussi les réserves prouvées.

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Message par th » 03 janv. 2006, 13:45

energy_isere a écrit : Bon, maintenant il faudrait trouver le prix du Gallium sur le marché et connaitre la production mondiale et peut etre aussi les réserves prouvées.
Je reprend la main....
Il semble que personne ne sache les reserves: voir http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/ ... 460397.pdf
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/ ... 460798.pdf

Le même doc donne le prix : $500 le Kg

il faut 6 g pour 1 m2 de capteur=> $3 par m2.

C'est aussi le chiffre que donne :
http://www.nrel.gov/ncpv/documents/25249.html
ou ils prennent $5 /m2 pour la matiere premiere.

Donc effectivement je me suis trompé :oops: . Vive le CIGS !

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Message par energy_isere » 03 janv. 2006, 16:11

Le communiqué de presse original de Honda concernant la technologie de cellule solaire au CIGS est celui ci ( 19 Dec 2005) :
http://world.honda.com/news/2005/c051219.html


Il y a un autre communiqué beaucoup plus ancien daté de Avril 2002 :
http://www.hondanews.jp/PDF/news/2002/c020411eng.pdf

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Message par energy_isere » 03 janv. 2006, 16:42

th a écrit : Je reprend la main....

http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/ ... 460798.pdf

Le même doc donne le prix : $500 le Kg
j'avais un doute, et en vérifiant dans ta source les $500 le Kg concerne le materiau Gallium purifié à 99,9999 %. Heureusement qu'il s'agit pas du Gallium brut.

ton document http://www.nrel.gov/ncpv/documents/25249.html est trés interessant aussi, dommage qu'il date de 1999. J'aimerais bien revoir ca actualisé en 2005.

Merci pour ta recherche. :)

J'ajoute que la boite Francaise RHODIA produisait du Gallium jusqu'en 1999, et ensuite ca a été cédé à une boite US qui s'appelle Geo Specialty chemicals

http://www.geosc.com/mainpage.cfm?category_level_id=34

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Message par YahourtNature » 04 janv. 2006, 10:27

(Merci de me reprendre, energy_isere, j'oublie le silicium sous sa forme oxydée)

De plus en plus intéressant ce CIGS...
J'en retiens surtout qu'à la fabrication, on arrive à -50% d'énergie nécessaire (et donc -50% de CO2) par rapport à une base Silicium. C'est assez énorme! Mais est-ce pour une même efficacité des cellules ?

Je me demande si la production d'énergie à grande échelle pourrait devenir rentable avec cette techno...

Mais le silicium peut encore avoir de belles années devant lui, si on arrive à l'utiliser sous une forme moins purifiée et donc moins cher..

Sinon l'autre techno à suivre vraiment sont les cellules nanocristallines, ou cellules Graetzel, du nom du chercheur de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne.
En plus de la promesse de faibles coûts (peut-être divisés par 5), elles ont de gros avantages sur le silicium : un rendement qui n'est pas affecté par les hausses de t° et qui reste intéressant en lumière diffuse, ainsi que la possibilité d'avoir des cellules transparentes. C'est-à-dire qu'en plus de la surface de la toiture, on pourrait recouvrir les façades des bâtiments et remplacer fenêtres et baies vitrées par des cellules! Imaginez une véranda climatisée uniquement grâce à ses baies photovoltaiques... :-P
Une PME, STMicroelectronics, est très intéressé.
Dernière modification par YahourtNature le 04 janv. 2006, 10:42, modifié 1 fois.

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Message par greenchris » 04 janv. 2006, 10:40

L'énergie utilisée peut-être renouvelable (hydraulique grande ou petite, biomasse, éolienne, vagues) puis photovoltaïques avec les premiers panneaux fabriqués.
Le charbon et le gaz prendront sa place (temporairement).
Dans l'ordre, Sobriété, Efficacité et enfin Renouvelables (negawatt).
Attention aux utopies techniques (Global Chance)

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Message par mahiahi » 04 janv. 2006, 10:44

greenchris a écrit :L'énergie utilisée peut-être renouvelable (hydraulique grande ou petite, biomasse, éolienne, vagues) puis photovoltaïques avec les premiers panneaux fabriqués.
Un problème qui pourrait mériter un fil dédié : les dispositifs de production d'énergie renouvelables doivent-ils être fabriqués avec de l'énergie elle-même renouvelable (pour abaisser encore l'empreinte écologique) ou avec les énergies fossiles (pour maximiser leur nombre et donc la production d'énergie "finale")?
Ne sois pas charlot!

Dieu se rit des hommes qui déplorent les effets dont ils chérissent les causes (Bossuet)

Ce que nous n'avions pas anticipé, c'est que cette crise allait durer plus longtemps que prévu (François Hollande)

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Message par th » 04 janv. 2006, 10:45

energy_isere a écrit : ton document http://www.nrel.gov/ncpv/documents/25249.html est trés interessant aussi, dommage qu'il date de 1999. J'aimerais bien revoir ca actualisé en 2005.

il y a pas mal d'info sur ce site.
Par exemple, http://www.nrel.gov/ncpv/pvmenu.cgi?sit ... fores.html

Il y a même des article sur notre sujet:
http://www.nrel.gov/ncpv/enough_material.html
http://www.nrel.gov/ncpv/enough_pv.html

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Message par energy_isere » 04 janv. 2006, 12:03

YahourtNature a écrit :(Sinon l'autre techno à suivre vraiment sont les cellules nanocristallines, ou cellules Graetzel, du nom du chercheur de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne.
En plus de la promesse de faibles coûts (peut-être divisés par 5), elles ont de gros avantages sur le silicium : un rendement qui n'est pas affecté par les hausses de t° et qui reste intéressant en lumière diffuse, ainsi que la possibilité d'avoir des cellules transparentes. C'est-à-dire qu'en plus de la surface de la toiture, on pourrait recouvrir les façades des bâtiments et remplacer fenêtres et baies vitrées par des cellules! Imaginez une véranda climatisée uniquement grâce à ses baies photovoltaiques... :-P
Une PME, STMicroelectronics, est très intéressé.
YaourtNature, une légére correction, STMicroelectronics et plus qu'une PME !
C'est une grosse boite multinationale de plus de 10000 employés !

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Message par energy_isere » 04 janv. 2006, 12:45

th a écrit : il y a pas mal d'info sur ce site.
Par exemple, http://www.nrel.gov/ncpv/pvmenu.cgi?sit ... fores.html
Il y a même des article sur notre sujet:
http://www.nrel.gov/ncpv/enough_material.html
http://www.nrel.gov/ncpv/enough_pv.html
Merci beaucoup, j'ai fait un word avec les deux derniers document que tu as donné.
Vais étudier ces deux papiers a à la maison. 8-)

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