Initiation à l'énergie solaire

Dans le cadre de cette formation, vous allez

  • Découvrir le potentiel de l'énergie solaire dans l'approvisionnement mondial en électricité

  • Apprendre sur les technologies photovoltaïques actuelles et celles en cours de développement

  • Concevoir un système photovoltaïque de base pour répondre à un besoin énergétique spécifique à un endroit précis

  • Découvrir si le photovoltaïque solaire est compétitif en termes de coût par rapport aux autres centrales électriques renouvelables et non renouvelables

Contenu

Dans le cadre de cette formation, nous aborderons les questions suivantes

  • Le rôle de l'énergie solaire PV

    Quel est le rôle actuel de l'énergie solaire PV dans l'approvisionnement mondial en électricité ? Quel sera son rôle à l'avenir ?

  • Le potential de l'énergie solaire PV

    Comment l'énergie solaire se compare-t-elle en ampleur à d'autres ressources d'énergie renouvelable et non renouvelable ?

  • Le principe d'opération

    Comment les cellules solaires produisent-elles de l'électricité ? Quel est l'effet photovoltaïque ? Comment une température ambiante élevée affecte-t-elle la puissance générée par un module solaire ?

  • Les types de cellules solaires et leurs efficiences

    Quels sont les différents types de cellules photovoltaïques qui existent aujourd'hui ? Quelles sont leurs efficiences ? Existe-t-il une limite théorique à l'efficience d'une cellule solaire ? Comment les scientifiques la surmontent-ils ?

  • Les calculs de base

    Combien de modules solaires sont nécessaires pour générer une quantité d'énergie donnée ?

  • Coût

    Quel est le coût moyen d'une centrale d'énergie solaire à travers le monde, le Canada et les États-Unis ?

Caractéristiques

  • Durée : 2 heures

    Cette formation permet aux participants de suivre 2 heures de perfectionnement professionnel.

  • Niveau: Débutant

    Cette formation est destinée aux débutants dans le domaine du photovoltaïque solaire. Les participants plus avancés bénéficieront de cet aperçu des statistiques mondiales sur l'énergie solaire, des technologies solaires photovoltaïques, des types de cellules solaires, des rendements des cellules solaires et des coûts des centrales solaires à travers le monde.

  • Clientèle visée

    Ingénieurs • Les passionnés du solaire • Toute personne souhaitant s'informer sur l'état actuel et le potentiel de l'énergie solaire photovoltaïque

  • Prérequis

    Aucun

  • Format : 100% en ligne

    Commencez instantanément et apprenez à votre rythme • Leçons en format vidéo • Accéder à la formation pendant 2 ans à partir de votre ordinateur ou de votre appareil mobile

  • Certificat partageable : Oui

    Obtenez une attestation de formation indiquant que vous avez suivi 2 heures de perfectionnement professionnel

L'énergie solaire va transformer la production d'électricité dans les 10 à 20 prochaines années. Découvrez comment dans cette formation 


Selon le dictionnaire Larousse, la définition de l'énergie solaire est 


"Qui repose sur l'utilisation du rayonnement et de l'énergie du Soleil."


Étonnamment, ce simple concept a inspiré des dizaines d'innovations techniques, de la conception de bâtiments solaires passifs aux cellules solaires semi-transparentes en pérovskite. La raison en est l'abondance même de l'énergie que nous recevons du soleil.

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 Thomas Edison et l'énergie solaire


Dans cette formation, nous répondrons en détail aux questions suivantes.


1. Quelle est la quantité d'énergie que nous recevons du soleil ?


2. Comment une cellule solaire photovoltaïque produit-elle de l'électricité ?


3. Quels sont les différents types de cellules qui existent aujourd'hui ? Quelle est leur rendement ?


4. Quel est le coût de l'énergie solaire ?


5. Comment le coût des centrales solaires se compare-t-il à ceux des autres technologies de génération d'électricité ?


6. Quels sont les inconvénients de l'énergie solaire ?


Voici un résumé de quelques points clés.


Quelle est la quantité d'énergie que nous recevons du soleil ?


La Terre reçoit 174 pétajoules d'énergie du soleil chaque seconde. Sur une période d'un an, il tombe sur la surface de la Terre suffisamment d'énergie solaire pour remplacer toute la production énergétique mondiale actuelle. Son potentiel dépasse de loin la production énergétique combinée du charbon, du pétrole, du gaz naturel, de l'hydroélectricité, du nucléaire et des biocarburants. Les systèmes photovoltaïques nous permettent d'exploiter cette ressource abondante en convertissant l'énergie solaire en électricité. En 2018, les systèmes photovoltaïques solaires ont produit 2,4 % de l'approvisionnement mondial en électricité, générant 505 GW et ce chiffre ne cesse de croître.


Production mondiale d'électricité solaire photovoltaïque par pays

 Solar PV in World

 Source: RENEWABLES 2019 GLOBAL STATUS REPORT 


Selon Eicke Weber, directeur de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires,


Entre 2030 et 2050, nous verrons 10 à 30 % de la demande énergétique mondiale satisfaite par le solaire photovoltaïque (PV). Nous sommes actuellement dans un état embryonnaire par rapport à la situation dans laquelle nous nous trouverons dans quelques décennies.


Dans cette formation, nous vous présenterons un aperçu de l'utilisation de l'énergie solaire pour la génération d'électricité, en particulier avec les technologies solaires photovoltaïques (également connues sous le nom de PV solaire).


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Comment une cellule solaire photovoltaïque produit-elle de l'électricité ?

La cellule solaire est constituée d'un semi-conducteur, généralement du silicium qui a été "dopé" avec un agent qui a la propension de gagner ou de perdre des électrons. Le phosphore et le bore sont des exemples d'agents dopants.


Le silicium dopé au phosphore peut perdre des électrons et est est appelé "semi-conducteur de type N." Comme un semi-conducteur de type N veut perdre des électrons, il acquiert une charge positive.


D'autre part, le silicium dopé au bore manque d'électrons, c'est-à-dire qu'il possède une abondance de "trous". Il est connu comme un semi-conducteur de type P. Comme le silicium de type P veut perdre des trous et gagner des électrons, il acquiert une charge négative.


La fusion de ces deux types de silicium forme une jonction PN, soit la base de la cellule solaire.


La jonction PN d'une cellule solaire

La junction PN

Source: Physics Stack exchange 


Un champ électrique interne (E) se forme à la jonction. La force du champ électrique empêche les charges libres présentes dans le silicium de type P et de type N de se recombiner.


Lorsqu'un photon heurte la cellule solaire, il transmet son énergie à un électron dans le réseau cristallin. Cette énergie excite un électron du silicium de type P et le "pousse" dans la bande de conduction, où il est libre de se déplacer dans le semi-conducteur. La différence d'énergie entre la bande de valence et la bande de conduction est appelée la "bande interdite.


Lorsque l'électron quitte le silicium de type P, il laisse sa place vide, créant ainsi un "trou". Un électron d'un atome voisin se déplace dans le "trou", laissant un autre trou derrière lui.


De cette façon, les trous se propagent à travers le réseau cristallin. À ce moment-là, l'électricité commence à circuler dans le circuit. Ce phénomène est appelé "effet photovoltaïque".


Idéalement, un photon ayant une énergie égale à celle de la bande interdite frappe la cellule solaire et excite un électron de la bande de valence à la bande de conduction.


Notez que les différents matériaux ont des énergies de bande interdite différentes, comme le montre ce tableau.


Les énergies de la bande interdite de divers semi-conducteurs  Bande interdite

 

Aujourd'hui, la plupart des panneaux solaires sont constitués de cellules solaires en silicium. Cependant, la plupart des photons qui frappent la Terre ont une énergie supérieure à la bande interdite du silicium. La cellule solaire absorbe toujours ces photons à haute énergie, mais leur "énergie supplémentaire" est convertie en chaleur plutôt qu'en électricité. Lorsque cela se produit, l'efficacité de la cellule solaire diminue.


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Quels sont les différents types de cellules qui existent aujourd'hui ? 

Les cellules solaires sont-elles suffisamment efficaces pour transformer l'énergie solaire en électricité ?

Les chercheurs travaillent de manière continue pour améliorer l'efficacité des cellules solaires. Chaque nouvelle vague de cellules solaires donne naissance à une nouvelle génération de dispositifs photovoltaïques.


Aujourd'hui, il existe trois générations soient,

  1. le silicium cristallin (cellules solaires monocristallines et multicristallines)
  2. les couches minces
  3. les PV émergents


Les cellules solaires en silicium mono et multicristallin commerciales ont un rendement d'environ 18-23%.


Les cellules solaires de deuxième génération, également appelé les cellules solaires à couches minces, comprennent les cellules solaires amorphes, les cellules solaires au tellurure de cadmium (CdTe), les cellules solaires au diséléniure de cuivre (CdS), et les cellules solaires au CIGS (Cuivre - Indium - Gallium - Selenium). En laboratoire, celles en CIGS et en CdTe ont atteint un rendement de 18 % alors que le rendement de celles en  silicium amorphe n'est que de 13 %.


La troisième génération de cellules solaires comprend plusieurs technologies à couche mince dites "photovoltaïques émergentes". La plupart des cellules solaires de troisième génération n'a pas encore été commercialisé et est encore en phase de recherche et développement. Aujourd'hui, le rendement de ce type de cellule solaire est d'environ 10 %.


Rendements des cellules solaires

Rendements des cellules solaires

Source: IRENA Letting in the Light 


La cellule solaire Perovskite est un exemple de photovoltaïque émergent. Elle est basée sur des matériaux peu coûteux et s'avère très prometteuse en termes d'efficience et de coût.


Le rendement des cellules solaires pérovskites en laboratoire s'est considérablement amélioré, passant de 14 à 22 % ces dernières années.


Voici une photo d'un module solaire pérovskite imprimée par jet d'encre sur un substrat flexible. Une DEL externe montre que le module peut produire de l'énergie sous des conditions de lumière diffuse.


Module solaire Pérovskite

Module PerovskiteSource: Saule Technologies 

 

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Quel est le coût de l'énergie solaire ?

Lorsqu'ils analysent le coût d'une centrale électrique, les investisseurs se penchent sur le "coût actualisé de l'énergie". Il s'agit du rapport entre le coût total de la centrale d'énergie sur toute sa durée de vie et sa production électrique. En bref, c'est le prix que le projet doit gagner par mégawatt-heure pour atteindre le seuil de rentabilité. Ce ratio est connu sous l'acronyme anglais LCOE qui signifie "Levelized Cost of Energy".


Cette figure montre la plage de LCOE pour des projets PV réalisé entre 2010 et 2017, en tenant compte des capacités électriques des projets individuels. Entre 2010 et 2017, le LCOE du photovoltaïque solaire a chuté de 72 %, passant de 0,36 USD/kWh à 0,10 USD/kWh (360 USD/MWh à 100 USD/MWh).


Le coût du photovoltaïque solaire a chuté de 72 % entre 2010 et 2017

Solar Power Plant Costs

Source: IRENA Renewable Power Generation Costs 

 

La réduction prévue des coûts d'installation pourrait se traduire par une diminution moyenne de 59 % du LCOE des projets PV à l'échelle commerciale entre 2015 et 2025. D'ici 2025, la moyenne pondérée mondiale des coûts d'exploitation pourrait atteindre 0,03 USD/kWh (30 USD/MWh).


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Comment le coût des centrales solaires se compare-t-il à ceux des autres technologies de production d'électricité ?

Selon le rapport d'IRENA publié en 2018 intitulé "Renewable Power Generation Costs in 2017", les coûts des installations photovoltaïques solaires à l'échelle des services publics sont comparables à ceux des autres sources d'énergie renouvelables et même à ceux des installations alimentées par des combustibles fossiles.


Ce graphique montre la moyenne pondérée mondiale du LCOE de chaque technologie, à l'exclusion de toute subvention.


Le LCOE moyen du photovoltaïque solaire est comparable à celui des centrales électriques à combustibles fossiles

LCOE PV

Source: IRENA Renewable Power Generation Costs

 


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Quels sont les inconvénients de l'énergie solaire ?

Les différentes sources d'électricité ont également des coûts environnementaux différents. Aujourd'hui, nous nous concentrons sur les émissions de carbone et de gaz à effet de serre (GES). Les centrales solaires produisent peu d'émissions, alors que d'autres types de centrales peuvent en produire beaucoup plus.


Cependant, la fiabilité est une préoccupation importante. Les sources d'énergie intermittentes, telles que l'éolien et le solaire, doivent être complétées par d'autres sources de production. Ce qui nous amène au sujet d'une formation à venir : le stockage de l'énergie. Mais tout d'abord, nous vous invitons à visionner la première vidéo de cette formation ci-dessous.

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Exemple d'une leçon vidéo

Watch Intro Video

Vidéo

Le rôle de l’énergie solaire dans l’approvisionnement mondial en électricité

Témoignages

Que pensent les ingénieurs de cette formation ?

Très bien vulgarisé - je suis ingénieur mécanique et ce cours était très bien adapté. Merci

- OPSJ, Québec

Bonne vulgarisation et bonne revue générale de la technologie solaire.

- SR, Québec

Cours super intéressant et d'actualité. Merci pour cette formation très enrichissante.

- SG, Québec

Contenu et la couverture du cours sont très bien.

- PM, Québec

Le cours est bien fait, félicitation.

- SG, Québec

cours bien structuré, documenté et représenté de façon variée

LMW, Québec

une formation très intéressante

-KH, Québec

les cours sont tres expliqué et tres clair

- ED, France

Information pertinente. Vidéos sur les technologie utilisées dans le monde intéressants

- LL, Québec

Tres bien fait

-EG, Québec

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Formatrice

Ingénieure chimiste

Marianne Salama, ing., MBA

Madame Salama est présidente et fondatrice d'iPolytek, une entreprise dont la mission est d'offrir des formations sur les dernières avancées en ingénierie et de relier ces innovations aux enjeux les plus pressants de notre temps: le changement climatique, la qualité de l'eau et de l'air, et le développement durable.

Madame Salama est ingénieure chimiste avec plus de 18 années d'expérience dans le domaine du traitement de l'eau et de l'air à l'ozone. Elle a travaillé pour des entreprises de haute technologie, notamment Ozomax, CAE et IBM. Elle est diplômée de l'Université McGill (B. Ing.) et titulaire d’une maîtrise en administration des affaires (MBA) de John Molson School of Business. Membre de l’Ordre des ingénieurs du Québec (OIQ) et l'International Society of Sustainability Professionals, Madame Salama écrit sur divers sujets, incluant les technologies environnementales, les ressources renouvelables et la transition énergétique.

« Pour moi, l’ingénierie consiste à rendre le monde meilleur — une idée, une conception, un projet à la fois. »

Foire aux questions

  • Est-ce que vos cours ont été approuvés par l'Ordre des ingénieurs du Québec (OIQ)?

    L’Ordre ne procède à aucune reconnaissance ou accréditation d'activités de formation, de formateurs et de fournisseurs d'activités de formation.

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Pour plus de renseignements, consultez ce document publié par l'OIQ: Tableau synthèse des activités de formation continue.

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