Catégorie : solaire

               Les grands de l’industrie photovoltaïque sont souvent japonais. Que ce soit dans la production de Silicium (Tokuyama, Mitsubishi materials), dans l’élaboration de wafers (les précédents, M.Setec, JFE Steel, Sumco, etc.) ou de cellules et de panneaux (Sharp, Kyocera, Mitsubishi Electric, Sanyo). De nouvelles technologies en couches minces permettent de s’affranchir de la contrainte d’approvisionnement en Silicium qui semble être encore le goulot d’étranglement de l’ensemble de la filière photovoltaïque. Sharp en particulier est très actif dans ce domaine des couches minces de Silicium en proposant des panneaux transparents qui peuvent devenir éclairants en l’absence de lumière, mais d’autres Sociétés japonaises sont déjà en production comme Kaneka, Fuji, MH1 ou Showa Shell. En décembre 2005 Honda avait annoncé son intention de construire une usine de production de cellules photovoltaïques en couches minces pour 2007, le voilà à pied d’oeuvre.

                   Honda a choisi la technologie CIGS (Cuivre-Indium-Gallium-Selenium) proche de la technologie Cd-Te (Cadmium-Tellure) mais exempte de Cadmium qui a mauvaise presse. Cette technologie qui s’affranchit du Silicium et du Cadmium est déjà largement développée dans le monde, avec Wurtz Solar et SulfurCell en Allemagne, Global Solar aux USA, Showa Shell au Japon. Honda s’est fixé pour objectif de produire 27MWc à l’horizon 2009.

                   Les technologies en couches minces sont en train de prendre le pas dans le monde sur les technologies plus classiques à base de wafers de Silicium. Les trois technologies en couche mince (Si, CdTe et CIGS) représentaient 44% de la production de cellules aux USA en 2006. Cette part devrait devenir rapidement supérieure à 50% en raison de l’avantage de coût de ces technologies. Il est donc inutile de se stresser en imaginant le monde manquant de Silicium, la technologie primitive et salissante de sciage des lingots de Silicium voit ses jours comptés, du moins pour les applications triviales de génération de puissance électrique au sol.

                 Sharp, le numéro un mondial des cellules solaires, dispose d’une petite capacité production (15 MW) de cellules photovoltaïques en couches minces dans son usine près de Nara. Il utilise une technologie de nouvelle génération dite "triple-junction structure" version améliorée de la technique dite de "tandem-junction" qui avait démarré dans cette usine dès Septembre 2005. Ces technologies mettent en oeuvre des films très minces de Silicium déposés sur un substrat de verre. Elles permettent de diviser la quantité de Silicium utilisée par cent, par rapport au procédé classique de sciage de lingots de Silicium. La durée du procédé de production est raccoucie et les coûts sont réduits.  De plus cette technologie permet de concevoir des panneaux lumineux au design assez innovant.

Le procédé utilise une jonction triple qui permet d’améliorer les rendements de conversion en cellule de 11% par le procédé tandem à 13% avec ce nouveau procédé. Les rendements en modules assemblés atteignent alors 10%. La nouvelle technologie utilise les moyens de production existants.

          Sharp a l’intention de porter sa capacité de production à 160MW pour Octobre 2008.

          L’application visée par cette technologie est la construction de panneaux de verre éclairés le jour et illuminés la nuit par des LEDs qui restituent l’énergie emmagasinée dans des batteries durant la journée (Lumiwall). La réalisation de plafonds ou de murs éclairants autonomes est alors rendue possible.

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                    Photovoltech, fabricant de cellules photovoltaïques européen, investit dans ses capacités de production dans son usine de Tienen en Belgique. Il vient d’ouvrir une deuxième ligne de production qui lui permet de passer sa capacité de 20MW crêtes à 80MWc, pour un investissement de 30 millions d’euros. Un nouvel investissement de 45 millons d’euros est prévu pour porter la capacité de production à 140 MWc en 2009. Le Chiffre d’Affaires 2006 de Photovoltech s’est élevé à 40 millions d’euros. Photovoltech aurait pour objectif de détenir 4% à 5% du marché mondial en 2015, mais ni la politique produit, ni l’approche marketing pour atteindre cet objectif ambitieux, n’ont été détaillées. La lutte en face de puissantes industries allemandes et japonaises sera rude.

                       Photovoltech est détenu par Total (47,8%), Suez (47,8%) et Imec (4,4%).

                   Mitsubishi Electric, un des grands avec Sharp et Kyocera, du photovoltaïque japonais a annoncé le lancement en production de cellules de 150X150mm présentant un rendement de conversion photovoltaïque de 18%, soit une puissance électrique crête de l’ordre de 1,8Wc par décimètre carré. Les améliorations techniques utilisées seront présentées au mois de Décembre, à Fukuoka, à l’occasion du 17ème congrès international des sciences et de l’engineering photovoltaïque. En Allemagne, SolarWorld Industries a annoncé des rendements de conversion de 18,8% et désirerait assurer une partie de ses productions (20%) avec cette nouvelle génération de produits.

                Ces progrès technologiques constituent une voie pour réduire les coûts et pour accroître les puissances surfaciques des modules industriels.

                Comment sont obtenues ces performances améliorées?

                    Mitsubishi explique les divers paramètres sur lesquels des progrès ont été réalisés:

• une meilleure absorption de la lumière grâce à une méthode de "Reactive Ion Etching" qui diminue la réflectivité de la surface des cellules,
• une réduction de la durée de métallisation, préservant les performances du réseau cristallin,
• une réduction (40%) de la surface cachée par la grille de collection de courant,
• la supression du plomb de soudure améliorant à 90% le taux de réflexion de la lumière par la face arrière,
• l’amélioration du champ de surface arrière, réduisant les recombinaisons de trous d’électrons,
• divers progrès de connectage des cellules et de construction des modules.

                   Cette démarche industrielle, d’amélioration permanente, fait de l’industrie japonaise la plus performante au monde. Les progrès obtenus dans ce domaine, permettront de réduire la consommation de Silicium par Watt crête installé et d’accroître la puissance des panneaux solaires à encombrement constant. N’en doutons pas, Mitsubishi et SolarWorld seront suivis par leurs concurrents japonais, sinon dépassés.

                     Le Japon, après l’Allemagne, est un leader mondial de production d’énergie électrique d’origine photovoltaïque avec plus de 1700 MW de puissance installée à fin 2006, dont 1620 MW connectés au réseau (source: IEA). Ceci représente, par rapport à 2005, une croissance annuelle de 20% (286 MW) de la puissance installée. On peut mesurer ainsi tout le dynamisme de cette filière industrielle japonaise, en symbiose avec tous les développements technologiques de l’industrie électronique.

                    Quels sont les grands acteurs japonais de ce secteur, quels sont les grands axes de développement et de progrès?

                  La génération délectricité d’origine solaire repose, aujourd’hui, sur la production de Silicium polycristallin. Il existe deux grands acteurs Japonais: Tokuyama et Mitsubishi Materials. Le premier produit 1000 tonnes par an de lingots, le second 200 tonnes. Les fabricants de wafers (disques minces de silicium) sont plus nombreux, ils comprennent les deux premiers mais aussi M.Setec, JFE Steel, SUMCO, etc. qui travaillent à partir de lingots achetés sur le marché. La demande est très forte, elle crée donc une offre très diversifiée et très innovante. Tokuyama travaille sur un procédé VLD (vapor to liquid deposition), Chisso travaille sur un nouveau procédé de réduction au Zinc et voudrait installer une usine pilote de production en 2008.

               Pour réduire les coûts la première démarche est de réduire la consommation en Silicium en réduisant l’épaisseur des wafers. Les bons sont à 200 microns d’épaisseur et les meilleurs à 150 microns.

                 Viennent ensuite les fabricants de cellules élémentaires, qui génèrent une tension de 0,45V environ, et de modules qui comprennent plusieurs cellules assemblées en série pour atteindre la tension spécifiée. Les grands acteurs japonais (et leur production 2006 en Mega Watt crête) sont dans ce domaine: Sharp (198 MWc), Kyocera (72 MWc), Mitsubishi Electric (50 MWc) et Sanyo (35 MWc). Cette industrie, d’une très grande complexité, comprend à la fois les multiples traitements de surfaces du Silicium et de la formation de couches qui vont réfléchir la lumière sur la face arrière, la laisser passer dans un sens sur la face avant, en évitant les réfléchissements et qui vont collecter le courant sur les deux faces. Elle comprend aussi tout le système de collection du courant, la mise en série des cellules et l’assemblage physique des modules prêts à être installés dans la nature.

                    Les points clés de cette industrie sont la maîtrise des procédés pour réduire les dispersions (les meilleurs sont à + ou – 3%) et pour réduire les déchets de production. L’amélioration permanente des technologies a permis d’accroître le rendement de conversion photovoltaïque des cellules et la puissance surfacique des modules. Un rendement de conversion qui se situe vers les 10 à 12% ( 1 à 1,2 Wc par dm2) pour les productions courantes et de 18% pour les productions annoncées en 2008 et au delà.

                     La démarche industrielle japonaise, faite d’améliorations permanentes, est parfaitement adaptée aux problématiques de cette industrie qui doit économiser le Silicium, réduires les déchets et les dispersions, améliorer les rendements de conversion, accroître la durée de vie et la fiabilité des systèmes. L’aide de l’Etat a permis une formidable expansion de cette industrie au Japon.