Fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques : la théorie
En bref, un panneau solaire photovoltaïque, aussi appelé module photovoltaïque, produit de l’électricité à partir du rayonnement solaire. L’électricité est produite sous la forme d’un courant continu, tel que celui qu’on stock dans les batteries. Il peut être stocké dans des batteries ou transformé en courant alternatif pour être par exemple injecté dans le réseau. La grande majorité des panneaux est aujourd’hui fabriqué à partir de cellules à base de silicium, c’est ce dont nous parlons ci-dessous.
Seule une partie de la lumière solaire est transformable en énergie électrique. Seuls les photons les plus énergétiques ont la capacité de faire passer certains électrons du silicium d’une partie à l’autre du panneau, créant ainsi de l’électricité solaire. Actuellement, on arrive à un rendement de 20% environ sur les cellules de silicium (avec d’autre matériaux, et d’autre technologies on a des rendements supérieurs, mais actuellement, le prix est très supérieur, il faut donc une bonne raison pour utiliser ces solutions). Pour faire simple, cela veut dire que seulement 20% de l’énergie solaire peut être transformée en courant.
Pour la théorie, si vous aimez lire, ne manquez pas wiki !
Pour ceux qui aiment la théorie en résumé et préfèrent la video, voici un cours qui vous présente rapidement le phénomène photovoltaïque au niveau atomique, on y parle de ‘cellule solaire’, avis aux amateurs !
Pour ceux qui aiment faire, pensez au laboratoire AIME de Toulouse, j’y suis passé personnellement pour suivre une formation sur la fabrication des composants semi-conducteurs, c’était super : on vous explique, et vous faites. J’ai vu que pour le photovoltaïque, ils avaient aussi une formation, dont voici le support : ‘Fascicule Lumelec 2012’. Sinon, les vidéos ci-dessous vous donneront un bon aperçu de la fabrication.
Fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques : la théorie
En bref, un panneau solaire photovoltaïque, aussi appelé module photovoltaïque, produit de l’électricité à partir du rayonnement solaire. L’électricité est produite sous la forme d’un courant continu, tel que celui qu’on stock dans les batteries. Il peut être stocké dans des batteries ou transformé en courant alternatif pour être par exemple injecté dans le réseau. La grande majorité des panneaux est aujourd’hui fabriqué à partir de cellules à base de silicium, c’est ce dont nous parlons ci-dessous.
Seule une partie de la lumière solaire est transformable en énergie électrique. Seuls les photons les plus énergétiques ont la capacité de faire passer certains électrons du silicium d’une partie à l’autre du panneau, créant ainsi de l’électricité solaire. Actuellement, on arrive à un rendement de 20% environ sur les cellules de silicium (avec d’autre matériaux, et d’autre technologies on a des rendements supérieurs, mais actuellement, le prix est très supérieur, il faut donc une bonne raison pour utiliser ces solutions). Pour faire simple, cela veut dire que seulement 20% de l’énergie solaire peut être transformée en courant.
Pour la théorie, si vous aimez lire, ne manquez pas wiki !
Pour ceux qui aiment la théorie en résumé et préfèrent la video, voici un cours qui vous présente rapidement le phénomène photovoltaïque au niveau atomique, on y parle de ‘cellule solaire’, avis aux amateurs !
Pour ceux qui aiment faire, pensez au laboratoire AIME de Toulouse, j’y suis passé personnellement pour suivre une formation sur la fabrication des composants semi-conducteurs, c’était super : on vous explique, et vous faites. J’ai vu que pour le photovoltaïque, ils avaient aussi une formation, dont voici le support : ‘Fascicule Lumelec 2012’. Sinon, les vidéos ci-dessous vous donneront un bon aperçu de la fabrication.
L’évolution de la technologies depuis l’an 2000
Qu’est-ce qui fait un bon panneau ? Quelles sont les clés de la fiabilité ?
Depuis le milieu des années 2000, le photovoltaïque a pris un essor important, grâce au développement des installations en ‘injection réseau’. Ce développement sans précédent a permis une baisse importante des prix des panneaux, divisé par environ 10, ce qui a accéléré la croissance de ce marché (avec le buzz, et les aides de l’état au début et jusqu’à encore très récemment).
Ce développement a aussi permis de développer la technologie ou améliorer la performance des produits. Au début des années 2000, toute l’énergie produite par un panneau au cours de sa vie peinait à compenser l’énergie fossile dépensée pour sa fabrication !
Qu’est-ce qui a changé ?
La qualité du silicium
Le silicium utilisé pour la fabrication des panneaux solaires était le plus fréquemment du silicium polycristallin. Il était composé de nombreux petits grains. Entre ces grains, les électrons se recombinaient avec les matériaux ce qui réduisait le rendement de la cellule. La taille des grains a évolué jusqu’à couvrir pratiquement une cellule (procédé de silicium ‘quasi-mono’).
D’autre part, l’usage du silicium monocristallin s’est répandu, permettant de proposer un meilleur rendement, donc une installation plus compacte. Au début des années 2020, le prix de ces deux technologies a convergé.
Outre les joints de grains, la pureté du silicium utilisé s’est amélioré, augmenatnt aussi le rendement des cellules.
L’épaisseur de la plaquette de silicium
Moins la plaquette est épaisse, plus vite les électrons arrivent aux éléments conducteurs placés en face avant (la grille) et arrière de la cellule. Mais la fabrication de plaquettes de silicium très fine est compliquée. De même, les opérations d’implantation d’une cellule sur la plaquette et finalement l’encapsulation (phase d’assemblage du panneau) généraient beaucoup de casse et il a fallu améliorer ces procédés. L’épaisseur d’une cellule est ainsi passée d’environ 0.3 mm au début des années 2000 à moins de 0.2 mm vers 2010. Je me suis éloigné de ces technologies vers cette époque, il est probable que l’épaisseur a continué de baisser lentement depuis.
La finesse de la grille
La grille est le fin réseau de peinture conductrice en face avant permet aux électrons de rejoindre le réseau électrique pour circuler entre la face avant et la face arrière ede la cellule. La grille est devenue beaucoup plus fine (elle s’interpose moins entre le soleil et la cellule) et plus dense (les électrons l’atteignent plus vite,il y a moins de déperditions).
La qualité de l’encapsulation :
Pour avoir une longue durée de vie, et en particulier ne pas s’oxyder, une cellule doit être protégée de l’oxygène, donc de l’air. La phase de fabrication qui l’emprisonne sous vide d’air entre les deux faces du panneau, pressée entre de couches d’ EVA s’appelle l’encapsulation. La qualité du vide créé, ainsi que la qualité de l’EVA utilisé (il ne doit pas être porteux !) agissent sur la durée de vie du panneau.
La durée de vie des composants :
outre la qualité de l’encapsulation, l’étanchéité du panneau est importante. Entre un panneau biverre, un peu plus onéreux, et un panneaux classique dont la face arrière est en Tedlar, le biverre semble un choix judicieux : le tedlar, produit dérivé de l’industrie pétrolière, comme les plastiques, vieillit et devient poreux avec le temps, favorisant ainsi la détérioration des cellules. Il faudra beaucoup plus longtemps pour que le verre qui protège aussi la face arrière des panneaux biverre devienne poreux à l’oxygène !
Néanmoins, cet avantage n’est pas tout à fait reflété par les garanties fabricant, et la production du panneau biverre génère plus de CO2 qu’un panneau classique (il faut fabriquer une vitre en plus).
Comme ce n’est pas forcément le seul paramètre qui fait vieillir le panneau, la question reste ouverte.
Le Quiz
Alors si vous avez bien suivi , vous êtes mûrs pour notre questionnaire, il comporte une seule question :
- qu’est-ce qui ressemble le plus à un bon panneau ?
Réponse : un mauvais panneau…
Alors que choisir ?
Pour les panneaux injection réseau, nous avons choisi un fournisseur de proximité (plus cher, mais il cotise aux mêmes caisses que nous !), et en premier prix une marque réputée.
Et pour les panneaux de plus petite puissance, nous travaillons avec un partenaire français qui les importe.