Révéler la puissance du photovoltaïque avancé : Technologies révolutionnaires et perspectives d'avenir
Une cellule photovoltaïque, également appelée cellule solaire, est un dispositif non mécanique capable de convertir directement la lumière du soleil en électricité. Les cellules photovoltaïques sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs. Les photons (lumière du soleil) qui frappent la surface du matériau semi-conducteur sont soit réfléchis, soit absorbés par le matériau semi-conducteur. Les photons absorbés (lumière du soleil) sont convertis en électricité.
L'efficacité de la conversion de la lumière du soleil en électricité a augmenté au fil des décennies. Par rapport à une efficacité de 10 % dans les années 1980, le taux de conversion approche les 20 % aujourd'hui avec les modules de pointe. Sur des marchés de niche, tels que les satellites spatiaux, les cellules PV ont atteint 50 % d'efficacité.
Actuellement, les cellules solaires fabriquées à partir de semi-conducteurs monocristallins III-V sont les plus efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité. Elles sont construites à partir d'éléments tels que le gallium et l'indium. Elles sont beaucoup plus chères que les autres technologies. À l'heure actuelle, les cellules photovoltaïques souffrent d'un coût de production élevé et d'une faible efficacité de conversion de l'électricité. Les organisations recherchent des moyens de réduire les coûts de production associés aux cellules photovoltaïques et des méthodes innovantes pour rendre la technologie plus pratique à utiliser, ce qui se traduit par le développement de solutions photovoltaïques avancées.
La pérovskite est le matériau solaire le plus récent dont la structure cristalline est idéale pour l'absorption solaire. Les cellules en pérovskite fonctionnent mieux que le silicium à des intensités lumineuses plus faibles, par temps nuageux, ce qui permet un taux de conversion plus élevé. Un autre avantage des cellules en pérovskite est qu'elles peuvent être produites dans des architectures de couches très minces avec un niveau de transparence élevé, ce qui offre d'énormes possibilités en ce qui concerne la création de conceptions de panneaux flexibles. Elles sont une option comparativement moins chère et abondamment disponible, ce qui permet de produire de l'énergie solaire à faible coût.
Part de marché par application : Le marché du photovoltaïque est divisé en segments Utilitaires, Résidentiel et Commercial. En 2020, le segment des utilitaires détenait la plus grande part de marché avec 38,2 %, et l'application résidentielle devrait connaître le taux de croissance le plus élevé au cours de la période prévisionnelle.
Par région géographique : La région Asie-Pacifique devrait être en tête du marché photovoltaïque de 2020 à 2025, l'adoption sur les marchés chinois, indien et japonais alimentant la croissance du marché. D'ici 2035, pour atteindre l'objectif de 20 % de l'énergie mondiale produite par l'énergie solaire, la nouvelle capacité de fabrication de modules PV doit croître d'au moins 5 à 10 fois.
Défis : Le manque de terres opérationnelles est un autre défi majeur pour la croissance du marché, outre le coût de production élevé et le faible taux d'absorption ou de conversion du rayonnement solaire. Les systèmes PV nécessitent de grandes surfaces de terrain, ce qui soulève des inquiétudes quant à la dégradation des terres et à la perte d'habitats.
Technologies photovoltaïques avancées
Verres à concentration solaire– Les concentrateurs solaires luminescents (CSL) sont des morceaux de plastique ou de verre transparents qui ont des caractéristiques particulières : ils peuvent capturer la lumière du soleil et la concentrer le long de leurs bords. Les CSL peuvent être utilisés pour créer des surfaces transparentes et dans les champs agricoles.
Panneaux solaires incurvés– Les panneaux solaires incurvés sont créés dans le but d'augmenter la quantité d'énergie solaire capturée et il a été démontré qu'ils captent la lumière du soleil plus efficacement que les panneaux conventionnels par temps nuageux.
Panneaux solaires antireflets– Ce sont des verres omnidirectionnels antireflets, facilitant la transmission sur tout le spectre sous tous les angles. Ils récupèrent l'énergie solaire autrement perdue en raison de la réflexion.
Application du photovoltaïque avancé
Agrivoltaïque– On dit qu'avec l'aide de l'agrivoltaïque, la productivité foncière mondiale pourrait augmenter de 35 à 73 %. Le concept derrière l'agrivoltaïque est que les panneaux solaires et les cultures vivrières sont combinés sur la même terre pour maximiser l'utilisation des terres. Selon les recherches menées, la productivité foncière est augmentée de 60 % avec l'utilisation d'un système agro photovoltaïque.
Floatovoltaïque– Également appelé PV flottant, il s'agit d'une nouvelle méthode d'installation de panneaux solaires dans l'eau. Ils pourraient être de nature modulaire au lieu d'être fixés au sol et peuvent former de grandes structures maintenant une configuration géométrique. L'efficacité s'avère être de 8 à 10 % supérieure à celle des panneaux solaires terrestres.
Suiveurs PV– Également appelés suiveurs solaires, ce sont des dispositifs qui suivent le soleil au fil de la journée. Avec l'aide des suiveurs PV, les panneaux solaires peuvent s'ajuster pour suivre la trajectoire du soleil, augmentant ainsi l'efficacité de l'absorption de la lumière du soleil.
Nécessité du photovoltaïque avancé
Des décennies d'études ont établi que les principales sources de production d'énergie ont un impact énorme sur l'environnement, étant un contributeur important au changement climatique. Cependant, la consommation d'énergie ne peut être réduite pour atténuer ces effets, au contraire, avec le monde en développement en pleine croissance, la consommation d'énergie ne fera qu'augmenter.
Chaque pays s'est fixé des obligations pour réduire sa dépendance au charbon afin de rendre la consommation d'énergie durable, les technologies photovoltaïques sont devenues très cruciales avec d'autres solutions d'énergie renouvelable. Cependant, à l'heure actuelle, l'adoption de ces technologies pose quelques défis, notamment le coût de production élevé, la faible efficacité de conversion et les énormes besoins en terres. Les entreprises développent des solutions innovantes pour résoudre ces problèmes et ont réussi à maintes reprises. Pourtant, il est nécessaire de faire des progrès continus dans les technologies photovoltaïques pour la mise en œuvre généralisée de ces technologies dans différents secteurs.
Auteur : Abhishek Saini
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