Solární panel

Solární panel je zařízení, které převádí část slunečního záření na tepelnou nebo elektrickou energii , za použití tepelných nebo fotovoltaických solárních kolektorů , resp.

Typy solárních panelů

Existují tři typy solárních panelů:

Ve všech třech případech jsou panely obvykle ploché, s plochou omezenou na přibližně 1  m 2, aby se usnadnila a optimalizovala instalace. Solární panely jsou základní součástí většiny instalací solární energie .

Ziskovost a výkon

Výnosnost z investice závisí na několika parametrech.

Tyto teplotní senzory jsou efektivní z hlediska nákladů ve velmi slunných oblastech, a to i ve vysokých zeměpisných šířkách (severní Francie, Belgie, Kanady,  atd. ) .

Tyto solární panely jsou výhodnější ve velmi slunných oblastech, i když teplo nepříznivě ovlivnit výkonnost senzorů. To vysvětluje nadšení zemí jižní Evropy (Itálie, Portugalska  atd. ), Jak velkých odběratelů, tak velkých potenciálních výrobců, pro instalaci velkých elektráren .

Účinnost fotovoltaických solárních panelů je definována jako část slunečního záření přeměněná na elektřinu. Pohybuje se od 6 do 8% u amorfních křemíkových panelů a dosahuje 46% u nejúčinnějších článků získaných v laboratoři. Průměr v současnosti činí 14,5%.

Potenciál sluneční energie je takový, že energie vyzařovaná sluncem a přijímaná Zemí za přibližně hodinu by, pokud by byla plně obnovena, uspokojovala energetické potřeby lidstva po dobu jednoho roku. Teoreticky by čtverec solárních panelů se stranou 344  km (120 000  km 2 ) mohl pokrýt všechny světové potřeby elektřiny, přičemž účinnost fotovoltaického zařízení se odhaduje na 15 až 17% (v roce 2007 v Evropě) , tj. 160  kWh / rok / m 2 (nebo 160  GWh / rok / km 2 ) s globální potřebou odhadovanou na 19 000  TWh v roce 2006). V případě Evropy dvaceti sedmi , která spotřebuje 3 000  TWh ročně, by byla nutná plocha 137  km na stranu (tj. 19 000  km 2 ), zatímco v případě Francie (500  TWh ) by by měl dosáhnout 56  km do strany (3 100  km 2 ).

Solární panely lze naklonit až o 60 stupňů, aby mohl sníh sklouznout. Kromě toho je horký povrch solárního kolektoru dostatečný k roztavení hromádek, které by mohly zůstat přilnout k panelu.

Úhel dopadu slunce

Z časové rovnice, dne v roce a zeměpisné šířky umístění solárního kolektoru je možné vypočítat elevaci a azimut slunce pomocí sférické trigonometrie . Jakmile je známa nadmořská výška a azimut, je možné vypočítat úhel dopadu slunce na plochém kolektoru.

Jsou:

a azimut slunce a sběratel a výška slunce a sběratel.

On přichází :

kde je úhel dopadu.

Tepelné solární panely

Existují dva hlavní typy tepelných solárních panelů: „vodní kolektory“ a aerotermální systémy („vzduchové kolektory“ a více či méně pasivní parietodynamické systémy ).

Tepelné senzory „vody“ Voda nebo častěji chladicí kapalina s přísadami cirkuluje v uzavřeném okruhu v trubkách. Matný povrch zvaný absorbér , někdy jednoduše natřený na černo, se zahřívá slunečním zářením a přenáší teplo na chladicí kapalinu. Pro dosažení lepšího výkonu mohou být trubky ve vakuu, to znamená, že mají dvě vrstvy, mezi nimiž je vytvořeno vakuum, což umožňuje dosáhnout skleníkového efektu . Solární termální panely lze také zredukovat na jednoduchý prosklený povrch, pod kterým cirkuluje kapalina pro přenos tepla. Solární kolektory vody se obvykle používají k výrobě teplé vody v samostatném solárním ohřívači vody (CESI). V současné době se jedná o nejjednodušší a nejziskovější řešení pro využití sluneční energie . Kombinované solární systémy (SSC) přidávají předchozí systém k vytápění budovy nebo přímo dodávají vyhřívanou podlahu . Solární topné systémy se začínají rozvíjet . Tyto systémy umožňují úspory kolem 350  kWh za rok a na m 2 kolektorů. „Vzduchové“ tepelné senzory Místo vody cirkuluje vzduch a ohřívá se při kontaktu s absorbéry nebo ve skleníkovém efektu . Takto ohřátý vzduch je poté v stanovištích ventilován, obvykle pro vytápění a někdy pro průmyslové nebo zemědělské účely (sušení produktů).

Ve Francii „Plan Soleil“, který v roce 2000 zahájila Agentura pro životní prostředí a energetiku (ADEME) na podporu solárních ohřívačů vody a výroby tepla, povzbuzuje jednotlivce k vybavení solární energií díky pobídkové pomoci od státu, regionů oddělení a určité městské skupiny.

Fotovoltaické solární panely

Fotovoltaické solární panely seskupují fotovoltaické články zapojené do série a paralelně.

Mohou být instalovány na pevné podpěry na zemi nebo na mobilní systémy pro sledování slunce zvané trackery . V druhém případě se výroba elektřiny zvyšuje přibližně o 30% ve srovnání s pevným zařízením. Kromě solárních elektráren jsou v současné době pevné instalace spíše na střechách domů nebo budov, buď integrovaných do střechy, nebo umístěných nad nimi. V některých případech jsou vertikální panely instalovány na fasádě budovy. Tento sklon není optimální pro výrobu elektřiny; ve Francii je optimální pevnou polohou sklon 30 ° od vodorovné roviny, nebo 60 °, pokud je cílem maximalizovat výrobu elektřiny v zimě. Jelikož však tyto panely nahrazují fasádní obklad, úspory provedené na obkladu alespoň částečně kompenzují nižší produkci.

Koexistují různé fotovoltaické technologie:

Světová produkce

Globální výroba panelů se dělí hlavně na Čínu (Čínská lidová republika a Tchaj-wan), Německo, Japonsko a USA. Jedná se hlavně o montáž (zapouzdření, elektronické ovládání, instalace rámu, ochranné pouzdro ...), protože v roce 2010 pochází přibližně 50% světové produkce fotovoltaických článků z Číny a 80% z Asie. Dnes Nechávají velké mezinárodní značky své moduly vyrábět v Asii a někdy provádějí krok transformace produktu, zatímco jiné velké společnosti jednoduše vyrábějí subdodávky .

Dopad solárních panelů na bázi křemíku na životní prostředí

Po výrobě a nasazení fotovoltaické články sestavené do modulů nevyzařují oxid uhličitý (CO 2) nebo jiné skleníkové plyny . Jejich výroba však spotřebovává zabudovanou energii ve formě elektřiny a jejich konec životnosti produkuje odpad.

V roce 2003 analýza životního cyklu oxidu uhličitého ukázala, že po dobu dvaceti let emise CO 2na elektrickou kilowatthodinu vyrobenou fotovoltaickým panelem představuje v závislosti na uvažovaném typu 7 až 37% emisí na kilowatthodinu vyrobených konvenční tepelnou elektrárnou . V roce 2004 americké ministerstvo energetiky odhadlo, že panelu trvá čtyři roky, než vyprodukuje množství energie, které odpovídá množství spotřebovanému při jeho výrobě.

Výroba: spotřeba elektřiny

Modul se skládá z jedné nebo více mono / polykrystalických buněk obalených na obou stranách tenkými vrstvami ethylenvinylacetátu (EVA). Celá spočívá na plastovém podkladu (v polyvinylfluoridu , PVF) nebo v polyethylenu , PET). Níže hliníkové rámy s měděným spojem elektricky spojují články. Nahoře chrání buňky vrstva skla.

V modulu tvoří 74% hmoty sklo, hliník 10% a různé polymery 6,5%. Lze nalézt i jiné materiály, jako je zinek, olovo nebo měď, jejich množství však zůstává nízké (méně než 1% hmotnosti modulu). Samotný fotovoltaický článek (mono nebo polykrystalický) představuje pouze 3% z celkové hmotnosti modulu.

Jedná se o energeticky nejnáročnější články, které se vyrábějí, a většina fotovoltaických výrobců obvykle vyrábí pouze ty druhé. Zbytek komponentů se poté subdodává jiným výrobcům, například pro ochranné sklo, hliníkový rám, jehož výrobní procesy jsou starší, rozvinutější a proto lépe optimalizované než současné výrobní procesy.

Výroba článků vyžaduje velmi čistý křemík po prvním čištění pomocí elektrické obloukové pece (EAF). Křemík je pak čistý 98-99,5% (metalurgický křemík nebo metalurgický křemík ). Samotný tento proces spotřebuje přibližně 150  kWh / kg křemíku.

K získání takzvaného „solárního“ křemíku (nebo vylepšeného metalurgického křemíku s úrovní čistoty 99,999 3  % nebo takzvaného elektronického křemíku (EGS, s čistotou 99,999 999 99  % ) je nutné druhé čištění . Druhou fází čištění je výroba silanu , po které následuje frakční destilace a nakonec separace. Spotřeba elektrické energie je 115–120  kWh / kg pro solární křemík a 350  kWh / kg pro elektronický křemík.

Součet požadované energie, od čištění křemíku po jeho nařezání na destičky,  je tedy 1000  kWh / kg křemíku pro monokrystalické články a 700  kWh / kg křemíku pro polykrystalické články. Monokrystalické články jsou účinnější, ale při výrobě vyžadují více energie ( krystalizace v monokrystalické struktuře je složitější než v polykrystalické struktuře ).

Výroba buněk je proto energeticky náročná. Uhlíkové stopy této produkce je závislá na povaze zdroje nebo elektrického Multifunkční. V současné době převážně asijský by se tak mohl uchýlit k vodní energii nebo evropským směsím , a to o 40% .

Podle Agentury pro životní prostředí a správu energie (ADEME) je výroba fotovoltaického panelu instalovaného ve Francii doprovázena emisemi v průměru 56 gramů CO 2na výrobu jedné kilowatthodiny (s 30% nejistotou). Tato hodnota závisí na místě, kde je panel nainstalován; pohybuje se od 35 do 85  g CO 2za kilowatthodinu z jihu na sever země a v závislosti na použité technologii. Emise CO 2solární fotovoltaické články jsou lepší než většina ostatních nízkouhlíkových zdrojů energie; například pobřežní větrné turbíny emitují 10  g CO 2na vyrobenou kilowatthodinu a francouzská jaderná energie 6  g . Na druhou stranu jsou mnohem nižší než hodnoty spojené s používáním fosilních paliv; ve skutečnosti zemní plyn emituje asi 443  g CO 2na vyrobenou kilowatthodinu a uhlí mezi 960 a 1050  g .

Sekundární emise, například emise způsobené přepravou materiálů na velké vzdálenosti, představují pouze 0,1 až 1% celkových emisí.

Výroba: odpad a toxicita

Dopad výroby solárních panelů na životní prostředí nepochází pouze ze ztělesněné energie nezbytné pro jejich výrobu, ale také z odpadu způsobeného množstvím materiálů použitých při jejich chemických úpravách: probíhá rafinace oxidu křemičitého . potenciálně nebezpečné chemikálie, jako je silan, a doping křemíku se provádí s plyny obsahujícími malé množství zředěného diboranu a fosfinu . Tyto plyny jsou vysoce hořlavé. Pokud v běžných dobách nepředstavují nebezpečí, mohou v případě nehody nebo úniku vážně poškodit zdraví pracovníků továrny. Křemičitý a silanový prach může navíc způsobit inhalační onemocnění, jako je silikóza

Výzkum si v současné době klade za cíl snížit nebo znovu použít tyto materiály, což podporuje Agentura pro životní prostředí a energetiku  : „Krok čištění křemíku, prováděný převážně chemickými prostředky, zahrnuje zejména předmět výzkumu, který jej nahradí fyzikálními procesy s nízkým dopadem na životní prostředí. . Další opatření mají za cíl znovu získat křemík přítomný v řezném kalu po výrobě oplatky nebo dokonce recyklovat chemické lázně používané v určitých tenkovrstvých technologiích. "

Recyklace

Většinu součástí solárního modulu (až 95% některých polovodičových materiálů), celé sklo a velké množství železných a neželezných kovů lze regenerovat a recyklovat.

Některé soukromé firmy a neziskové organizace, jako je PV CYCLE  (ů) v Evropské unii, jsou nastaveny sběr a recyklaci systémy s ukončenou životností fotovoltaických panelů . Od roku 2010 se na výroční konferenci setkávají výrobci, recyklátoři a výzkumní pracovníci, aby zkoumali budoucnost recyklace fotovoltaických panelů.

Ve Francii od konce srpna 2014, v rámci rozšířené odpovědnosti výrobce jsou výrobci, dovozci a prodejci povinni zpětně převzít kromě běžného odpadu z domácností (WEEE) také použité fotovoltaické panely, bezplatně a bez povinnosti nákupu. Tyto společnosti mají povinnost financovat a sbírat zpracování tohoto nového odpadu bez přechodného období, což má za následek ekologickou účast na každém novém prodaném fotovoltaickém kolektoru. V letech 2010–2014 však několik průzkumů a Evropská unie odhadovaly, že dvě třetiny odpadu tohoto druhu se nikdy nedostanou do schválených přepracovatelských center, ale skončí na skládce nebo v zahraničí. Nové cíle v oblasti sběru jsou od roku 2016 45% hmotnosti zařízení prodaného v předchozích třech letech (tato sazba se v roce 2019 zvýší na 65%). Tento text je také přísnější, pokud jde o přepravu OEEZ do zahraničí.

Dvě z nejběžnějších řešení recyklace jsou:

Moduly na bázi křemíku Hliníkové rámy a spojovací skříňky se na začátku procesu ručně demontují. Modul je poté rozdrcen. Různé frakce vzniklé tímto postupem jsou železné a neželezné kovy, sklo a plasty s průměrnou recyklační kvótou blízkou 80% (vstupní hmotnost). Například sklo z fotovoltaických panelů je smícháno se standardním sklem, aby bylo znovu zavedeno do sektoru skleněných vláken nebo izolace. Tento proces lze provádět recyklátory plochého skla, protože morfologie a složení FV modulu je podobné jako u plochého skla používaného ve stavebnictví a automobilovém průmyslu. Fotovoltaické panely bez obsahu křemíku Byly vyvinuty technologie specifické pro recyklaci fotovoltaických panelů bez obsahu křemíku. Někteří používají chemickou lázeň k delaminaci a oddělení různých složek fotovoltaických panelů. U panelů z teluridu kadmia začíná proces recyklace drcením panelu, což má za následek následné oddělení různých frakcí. Tento proces umožňuje získat až 90% skla a 95% polovodičových materiálů. V roce 2010 byla soukromými společnostmi vytvořena několik recyklačních zařízení .

Baterie musí být také recyklovány: ačkoli mnoho fotovoltaických zařízení je připojeno k elektrické síti , některé fungují samostatně. Energie vyrobená během dne se ukládá ve speciálních bateriích (které se vybíjí postupně a lépe odolávají častým mělkým výbojům, s regulátorem instalovaným mezi baterií a modulem) a někdy i v bateriích podobných bateriím pro automobily. Životnost baterie je čtyři až pět let ( u některých nedávných modelů sedm až patnáct let ) a obsahuje drahé a / nebo toxické kovy a produkty (obvykle olovo a kyselina). U fotovoltaického panelu, který může vydržet 25 let, bude nutné recyklovat dvakrát až šestkrát baterie (se současnými technologiemi ).

Estetický

Díky technickému pokroku jsou solární panely nové generace estetičtější. To je způsobeno zlepšením tepelného managementu modulů a pokrokem v monokrystalických článcích , které umožňují výrobu hladkých panelů v tmavě tmavě modré barvě, které dobře ladí se střechami. Nové technologie bez obsahu křemíku, jako jsou solární dlaždice, brzy umožní transparentní solární panely.

Geopolitické problémy

Od roku 2012 do roku 2018 se Čína stala světovým lídrem. V roce 2018 tam bylo vyrobeno 70% fotovoltaických modulů , někdy podle Enerplan (zastupujících francouzské solární společnosti) až o 25% levnější než ve Francii. Od roku 2012 je také předním světovým investorem do obnovitelných energií , ale stále nemá dostatečnou infrastrukturu pro připojení všech plánovaných solárních parků, což přimělo čínské výrobce prodat více panelů do zahraničí. V reakci na to začátkem roku 2018 zavedly Spojené státy zvýšení cel na čínských panelech.

V Evropské unii dosáhla v roce 2017 solární energie 3% celkové spotřeby elektřiny, ale tváří v tvář čínské konkurenci Evropa riskovala ztrátu asi 30 000 pracovních míst, což ji přimělo k uplatnění antidumpingového opatření ve výši 11,8% v měsícičerven 2013, o 47,6% o dva měsíce později, na panelech dovezených z Číny. Evropa obviňuje Čínu zejména z nadměrného dotování společností vyrábějících solární panely, což jí umožňuje prodávat solární panely v Evropě za cenu nižší, než jsou jejich výrobní náklady, a prodloužila tato opatření až do srpna 2018, aby chránila svůj solární průmysl. V roce 2017 zahájila Evropská komise postupné snižování těchto opatření v průběhu osmnácti měsíců, a to navzdory protestům federace výrobců „EU Prosun“, podle níž stovka výrobců zkrachovala tváří v tvář čínské konkurenci, která se navíc přizpůsobila budováním továren v Turecku nebo v České republice a nákupem evropských společností, například nákupem holandské Solland Power v roce 2016 čínskou Trina Solar (světová jednička). Podle evropské federace SolarPower, která zastupuje fotovoltaické parky, se tyto parky v Evropě budou i nadále rozvíjet.

Legislativa a vládní podpora

Poznámky a odkazy

Poznámky

  1. U tepelných aplikací je oficiálním schváleným termínem „solární kolektor“ a používání termínu „solární panel“ se nedoporučuje. Toto doporučení normy ISO 9488 Solární energie - slovník , které bylo přijato Evropským výborem pro normalizaci pod označením EN ISO 9488, má zabránit jakékoli záměně s fotovoltaickými aplikacemi. Fráze „solární tepelný kolektor“ je tedy pleonasmus. Fráze „solární kolektor“ je sám o sobě anglicismus nebo germánství, které udržuje zmatek s kolektorem, trubkou, která v mnoha solárních kolektorech shromažďuje ohřátou tekutinu na výstupu z žeber absorbéru namontovaného hydraulicky paralelně.
  2. Buď průměrně 18  MW , Ve srovnání s typickou jadernou elektrárnou, která nepřetržitě dodává 1000  MW a jejíž ekvivalent by vyžadoval 55  km 2  ; flotila odpovídající 50 elektrárnám by vyžadovala 2 750  km 2 .

Reference

  1. Hybridní solární panel: smíšený fotovoltaický / termální , na ecosources.info, přístup 9. září 2016.
  2. „  Jaká je účinnost fotovoltaických panelů?“  » , Na evasol.fr (konzultováno 23. ledna 2018 ) .
  3. "  46% světla přeměněného na elektřinu, světový rekord v solárním článku  " [ archiv z26. července 2015] ,5. prosince 2014(zpřístupněno 4. června 2015 ) .
  4. Klíčová světová energetická statistika , Mezinárodní energetická agentura (přístup k 30. červnu 2019).
  5. „  Tekutiny pro přenos tepla  “ , na lepanneausolaire.net (přístup 14. září 2019 ) .
  6. Futura , „  Co je to kombinovaná sluneční soustava?  » , Na Futuře (přístup 14. září 2019 ) .
  7. Kvalitativní a kvantitativní studie provozu kombinovaných solárních systémů v reálném provozu: Shrnutí monitorovacího programu na lokalitách , ADEME ,26. září 2006, 15  str. ( online prezentace , číst online [PDF] ).
  8. „  Solární energie je konjugována v množném čísle  “ [PDF] , Ademe & vy ,srpna 2014, str.  9.
  9. „  Základní principy pro orientaci fotovoltaických panelů  “ na LePanneauSolaire.net (přístup 7. ledna 2018 ) .
  10. „  Typy modulů  “ na fotovoltaique.info (přístup k 30. říjnu 2014 ) .
  11. (fr + en) Geografické rozložení výroby solárních článků [PDF] , Le Journal du photovoltaïque , n o  5 EurObserv'ER , duben 2011, str.  17 .
  12. Pépin Magloire Tchouate Heteu a Joseph Martin , "  Fotovoltaické solární sektor: potenciál pro snížení CO 2 emisíBelgie  “, Journal of Energy , n o  551,1 st 11. 2003, str.  648–656 ( ISSN  0303-240X , číst online , přístup 14. května 2020 ).
  13. (in) „  Jaká je energetická návratnost FV?  „ [PDF] , v National Renewable Energy Laboratory , United States Department of Energy ,ledna 2004.
  14. (en) Swapnil Dubey , Nilesh Y. Jadhav a Betka Zakirova , „  Socio-Economic and Environmental Impacts of Silicon Based Photovoltaic (PV) Technologies  “ , Energy Procedia , pV Asia Pacific Conference 2012, let.  33,1 st 01. 2013, str.  322–334 ( ISSN  1876-6102 , DOI  10.1016 / j.egypro.2013.05.073 , číst online , přistupováno 12. května 2020 ).
  15. „  Výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů  “ , Documentation de la Base Carbone , na bilans-ges.ademe.fr , ADEME (přístup 12. května 2020 ) .
  16. „  Výzvy zelených pracovních míst ve fotovoltaickém průmyslu v Quebecu  “ , na Robert-Sauvé Research Institute in Occupational Health and Safety (přístup 20. července 2020 ) .
  17. „  Stanovisko ADEME k fotovoltaické solární energii  “ , Agentura pro životní prostředí a správu energie (přístup 12. května 2020 ) .
  18. (in) Lisa Krueger, „  Přehled programu sběru a recyklace modulů First Solar  “ [PDF] , Brookhaven National Laboratory ,1999(přístup k srpnu 2012 ) ,s.  27.
  19. (in) Karsten Wambach, „  Režim dobrovolného zpětného odběru a průmyslová recyklace fotovoltaických modulů  “ [PDF] , Brookhaven National Laboratory ,1999(přístup k srpnu 2012 ) ,s.  37.
  20. (in) „První průlom v recyklaci solárních fotovoltaických modulů, říkejte odborníci“ na solarserver.com, 2011 (přístup 26. dubna 2013).
  21. (in) „  3. mezinárodní konference o recyklaci fotovoltaických modulů  “ ( Archiv • Wikiwix • Archive.is • Google • Co dělat? ) [PDF] na pvcycle.org , PV Cycle (přístup dne 4. června 2015 ) .
  22. „Sběr použitých fotovoltaických panelů, od nynějška povinný krok“ , BatiActu, 22. srpna 2014.
  23. Jaká je životnost autobaterie? , vivacar.fr, 2. listopadu 2016 (přístup 19. června 2019).
  24. (en-US) „  Průvodce stylem po esteticky příjemných solárních panelech  “ , na SunPower od Stellar Solar ,20. února 2018(zpřístupněno 9. září 2020 )
  25. „  Za estetickou solární střechu  “, Le Monde ,21. srpna 2007( číst online , konzultováno 9. září 2020 )
  26. Michel Berkowicz , „  Solární dlaždice Tesla přicházejí do Evropy  “ , na Futuře (přístup 9. září 2020 )
  27. „Evropa znovu otevírá své brány čínským solárním panelům“ , Znalosti energií a AFP,3. září 2018.
  28. Čínské solární panely zdaněny Bruselem ve Francii 24 ,4. června 2013.
  29. Stéphane Gaultier, čínské solární panely: Měla by Evropská unie skutečně učinit protiútok? , Le Blog Finance , 9. července 2013.

Dodatky

Související články