Un panneau photovoltaïque a un rendement qui fluctue en fonction de ses caractéristiques techniques et selon les conditions météorologiques.
Le rendement correspond à la quantité d’électricité produite par le panneau par rapport à l’énergie solaire reçue :
Rendement PV = (quantité d’électricité produite / quantité d’énergie solaire reçues)*100
Il existe aujourd’hui 4 grandes familles de panneaux photovoltaïques :
Cellules solaires à jonctions multiples :
Les cellules à jonctions multiples sont des cellules solaires à jonctions dites « p » ou « n » constituées de différents matériaux semi-conducteurs. L’utilisation de plusieurs matériaux semi-conducteurs permet l’absorbance d’une plus large gamme de longueurs d’onde, améliorant l’efficacité de conversion de la lumière du soleil de la cellule en énergie électrique.
Cellules solaires en silicium de cristallin :
La forme cristalline de silicium contient soit du silicium polycristallin (poly-Si, constitué de petits cristaux), soit en silicium monocristallin (mono-Si, un cristal continu). Le silicium cristallin est le matériau semi-conducteur dominant utilisé dans la technologie photovoltaïque pour la production de cellules solaires.
Cellules solaires à couches minces :
Il s’agit de cellules solaires de deuxième génération qui sont fabriquées en déposant une ou plusieurs couches minces, ou film mince (TF) de matériau photovoltaïque, sur un substrat, tel que du verre, du plastique ou du métal. Les technologies à couches minces réduisent la quantité de matière dans une cellule. Les panneaux sont deux fois plus lourds que les panneaux en silicium cristallin, bien qu’ils aient un impact écologique moindre.
Cellules solaires des technologies émergentes :
Appelées aussi cellules photovoltaïques de troisième génération. Cette génération se compose de :
- Cellule solaire en cuivre-zinc-sulfure d’étain (CZTS) et dérivés CZTSe et CZTSSe,
- Cellule solaire à colorant, également appelée « cellule Grätzel »,
- Cellule solaire organique,
- Cellule solaire pérovskite,
- Cellule solaire à points quantiques.
Ces différents facteurs agissent directement sur le bon fonctionnement du panneau tout au long de sa durée de vie et donc de votre générateur.
Quel est le rendement d’un module photovoltaïque ?
À savoir, des scientifiques de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont développé une cellule solaire tandem capable de fournir une efficacité certifiée de 29,2 %.
Ce résultat a été obtenu en associant une cellule solaire en pérovskite à une cellule solaire en silicium texturé.
Chaque panneau agit donc différemment au contact du soleil, cependant son efficacité sur le long terme peut dépendre d’autres facteurs directement liés à sa production d’énergie.
En 2019, le Laboratoire National EnR Golden Colorado a enregistré le record mondial de la plus haute efficacité de conversion solaire à 47.1 %, mesurée sous un éclairage concentré.
Un groupe de scientifiques dirigé par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) a établi un nouveau record mondial de 39,5 % de rendement pour une cellule solaire à éclairage normal sans dispositif de concentration.
À savoir, la tendance actuelle est la cellule N-Type à 21,5 % de rendement.
De quoi dépend l’efficacité d’un panneau photovoltaïque ?
L’efficacité des panneaux dépend tout d’abord de l’irradiation.
En effet, chaque panneau peut produire un rendement différent en fonction de son environnement proche ou lointain.
Ce qui agit sur la performance des panneaux :
- L’encrassement, voile de poussière impacte directement le rayonnement solaire
- L’ensoleillement, qui varie tout au long de l’année et en fonction des heures de la journée et des régions
- La présence d’éléments, qui bloque le passage de la lumière : arbres, bâtiments, montagnes, collines…
- L’orientation du bâtiment, une orientation sud ou sud ouest est toujours plus favorable pour obtenir une performance du panneau élevée en France
- L’inclinaison des panneaux (azimut) pour avoir un angle des rayons solaires favorable : le plus pertinent est que les rayons arrivent perpendiculairement au panneau (l’idéal en France est à 35°)
- La température : il s’agit d’un facteur important qui influence la performance du panneau photovoltaïque. Plus la température est importante, plus la tension est basse. Le rendement est donc affecté. L’intensité quant-a-elle n’est que très peu impactée par la température.
Tous ces facteurs influent directement dans la performance constante du panneau installé.
De plus, l’efficacité des panneaux peut évoluer en fonction de la qualité des matériaux utilisés qui entrent dans la production du module, mais également le type de cellule solaire utilisé dans processus de fabrication.
L’évolution sur 10 ans de la technologie photovoltaïque :
Les panneaux photovoltaïques d’aujourd’hui ont évolué tant sur le prix que sur leur performance par rapport à ceux d’il y a quelques années.
Suivant le principe économique de la loi de Swanson ( ancien gérant de Sunpower ) : l’observation que le prix des modules solaires photovoltaïques a tendance à baisser de 20 % pour chaque doublement du volume cumulé expédié. Aux taux actuels, les coûts baissent de 75 % environ tous les 10 ans.
Selon l’Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA) : Le coût de l’électricité d’origine renouvelable est désormais moins élevé dans le monde que celui du courant produit à partir des énergies fossiles. En effet, selon les derniers chiffres, la baisse atteint 85 % depuis 2010 pour le photovoltaïque.
Cette baisse considérable des prix provient principalement de :
- La forte demande à l’échelle mondiale a boosté la concurrence et donc la R&D
- L’utilisation de matières premières moins couteuses dans le processus de fabrication des panneaux et du développement de structures plus faciles à monter sur les toits
- La durabilité : une installation avait une durée de vie de 20 ans auparavant, aujourd’hui elle est entre 30 et 40 ans (exemple Maxeon de Sunpower : qui propose une garantie de 40 ans, produit productible)
En plus de cette baisse des prix, des nouveaux panneaux ont vu le jour suivant l’évolution technologique actuelle.
Les nouvelles technologies des panneaux :
Les panneaux traditionnels sont équipés de cellules photovoltaïques sur leur face avant, leur face arrière est recouverte d’une couche de polymère. Il s’agit donc de panneaux mono faces.
À l’inverse, les panneaux solaires bifaciaux, fonctionnent comme des panneaux photovoltaïques classiques sur leur face avant, c’est leur face arrière qui va être différente.
- La face avant des panneaux solaires bifaciaux produit de l’électricité grâce aux cellules photovoltaïques qui transforme l’énergie solaire en électricité.
- La face arrière utilise les rayons du soleil de manière indirecte, grâce à l’albédo (le réfléchissement du soleil sur le sol ou tout élément de l’environnement).
Leur structure est composée de deux faces vitrées capables de transformer l’énergie solaire en électricité.
A savoir : il existe deux technologies qui présentent des coefficients de bifacialité différents :
- La technologie monocristalline PERC (Passivated Emitter and Rear Contact), actuellement la plus utilisée et offre 70 % à 90 % de bifacialité
- La technologie polycristalline PERT (Passivated Emitted Rear Totally diffused) ou solaire à hétérojonction (HJT)
De nouvelles technologies photovoltaïques prennent place sur le marché :
- La cellule solaire de type « p » est construite sur une base de silicium chargée positivement. En effet, la plaquette est dopée au bore, qui possède un électron de moins que le silicium. Le dessus de la plaquette est alors dopé négativement (type « n ») avec du phosphore, qui a un électron de plus que le silicium. Cela aide à former la jonction « p-n » qui permettra le flux d’électricité dans la cellule.
- La cellule solaire de type « n » est construite dans l’autre sens, le côté dopé de type « n » servant de base à la cellule solaire. La principale raison de leur efficacité supérieure est la durée de vie plus longue des transporteurs.
La technologie n’est pas sujette au défaut bore-oxygène. De plus, les cellules solaires de type « n » sont moins sujettes aux impuretés métalliques du silicium, elles sont immunisées contre le LID: la dégradation des cellules solaires photovoltaïques induite par une exposition prolongée à des radiations solaires importantes.
Enfin, les mentalités ont également évolué depuis ces dernières années, le soucie de mieux consommer, le respect de l’environnement et l’augmentation du coût de l’électricité occupent une place majeure dans l’esprit de chaque consommateur.
Par conséquent, de nombreuses entreprises ont fait appel à nos services afin de se tourner vers le photovoltaïque pour devenir acteur de la transition énergétique tout en se positionnant face à leurs concurrents.
Conclusion
Les performances des panneaux photovoltaïques dépendent de leur technologie photovoltaïque associée à l’environnement dans lequel ils évoluent. Les nouvelles technologies en matière photovoltaïque sont en constante évolution, ce qui permet aux centrales photovoltaïques d’être de plus en plus performantes.
