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Photovoltaïque injection réseau, autoconsommation, en site isolé : passer directement aux applications

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Fonctionnement du panneau photovoltaïque : la théorie 

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.

La fabrication des plaquettes de silicium :

C'est sur ces plaquettes qu'on fabrique les cellules: voyez cette vidéo sur youtube, la partie fabrication des plaquettes de silicium est intéressante. Elle date un peu (2008, on était au début de l'explosion de cette technologie), certains chiffres sont largement dépassés. Aujourd'hui la majorité du silicium photovoltaïque ne provient plus des rebuts de l'industrie du semi-conducteur : le photovoltaïque est un marché de premier ordre pour les fabricants de Silicium. Il y a une seule grosse erreur : c'est 'pendant les 17 heures de refroidissement contrôlé du lingot' que l'on fait migrer les impuretés vers le haut, durant la solidification. Une fois sorti du four, c'est trop tard ! Si les impuretés sont encore là, la cellule photovoltaïque aura un mauvais rendement.

La fabrication des panneaux et des cellules photovoltaïques  :

La vidéo youtube de notre ancien partenaire italien Helios Technology (il n'a pas survécu à la crise de 2012, mais l'équipe a redémarré une activité sous l'identité Silfab, qui fabrique des cellules bi-faciales) . Test d'entrée des plaquettes, fabrication des cellules, tri par puissance, préparation des 'strings', lignes de cellules, passage rapide sur la lamination, durant laquelle on encapsule la cellule, dans son cocon, à l'abri des contaminations extérieures, et aussi de l'oxygène : ce dernier détruit la cellule, puis pose du cadre, des boîtiers, test de puissance (dit flashing), et on vous l'emballe ! La technologie a depuis évolué avec le volume : la video montre une unité d'une capacité de l'ordre de 15 Mega Watts, aujourd'hui, les plus petites sont de l'ordre de 500 MW, la qualité des produits en entrée est beaucoup plus homogène, les rendements bien plus élevés.

L'industrie a travaillé dans de nombreux domaines : pureté du silicium, réduction de l'épaisseur de la cellule, réduction de la surface et du pas de la grille, revêtements, ... Pour des cellules monocristallines, on est passés en 10 ans de 12 à 20% de rendement, soit une progression de près de 70%.

Et pour les enseignants :

Une petite trame en ligne : http://spcts.e-monsite.com/medias/files/15-t3-act.-1-asds-cellules-photovoltaiques.pdf

Comment bien choisir ses panneaux photovoltaïques : les clés de la fiabilité

Ce sont elles que tous les vendeurs qui connaissent leurs produits ne manqueront pas de vous citer, si vous leur posez la question :

- la qualité du silicium : outre le fait qu'ils influencent le rendement, les défauts des cellules peuvent provoquer des courants internes créant des échauffements, les 'hot spots', à éviter ! Dans une cellule de silicium polycristalline, moins il y a de grains, moins il y a de pertes d'électron dans les joints de grains : c'est la raison pour laquelle la taille des grains a augmenté au cours de la dernière décennie pour arriver au développement  de cellules quasi-mono : avec une technologie moins onéreuse, on arrive à concurrencer les cellules de silicium monocristallin

 

- la qualité des matériaux de la cellule : Elle est liée à plusieurs facteurs : les matériaux et leur mise en oeuvre.

- l'épaisseur de la plaquette de silicium sur laquelle on fabrique la cellule photovoltaïque : moins elle est épaisse, plus vite les électrons arrivent aux éléments conducteurs placés en face avant (la grille) et arrière de la cellule.

- la finesse de la grille conductrice récupérant les électrons en face avant permet de récupérer les électrons après un trajet moins long dans le silicium, et donc avec moins de déperditions. En est passé de '2 H bars' à '5 H bars' en 10 ans.

- la qualité de l'encapsulation : un EVA poreux contient de l'aire, donc de l'oxygène, cf plus haut ; une encapsulation trop rapide permet de baisser le coût de production, mais le vide étant alors moins poussé, il reste plus d'oxygène, cela réduit aussi la durée de vie du panneau photovoltaïque.

Ces éléments contribuent bien au rendement et à la durée de vie du système. Les sociétés vous parlent souvent du rendement des cellules : comme vous payez la puissance (vous calculez le prix au watt-crête), cela ne vous concerne que par la surface qu'occupera le champ photovoltaïque, si vous avez de la place, ça n'a aucune importance.

- la durée de vie des composants : outre la qualité de l'encapsulation, l'étanchéité de la cellule 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 !

 

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...

Le choix d'un bon panneau photovoltaïque :

Il est donc difficile à faire sur le papier, même la fiche technique ne vous dit pas tout. Les tests en laboratoire non plus.

Alors comment choisir ? Pour notre part, nous préférons choisir local (du plus près au plus loin, je ne parle pas de frontières mais de distance, et aussi indirectement de cohérence). Les entreprises locales sont plus faciles à joindre s'il y a un un jour un problème. D'autre part, choisir des entreprises dans des groupes industriels (à taille humaine de préférence) nous parait un choix judicieux : un industriel qui investit dans des outils et du personnel compétent vise la durée, à la différence d'un fond de pension financier qui vise le rendement court terme.

Petite parenthèse : choisir local ne veut pas dire choisir un produit dont la page internet du revendeur indique qu'il est local. Sur le site d'un gros vendeur en ligne, on parle de produits européens en parlant d'un marque bien connue dans le milieu de la voile et du camping car. Cette société européenne vend majoritairement des produits fabriqués en Asie. Ces produits sont très corrects -sans forcément plus- et généralement appréciés par les utilisateurs, mais pas européen : cela n'est d'ailleurs pas indiqué sur le site de la société qui elle joue cartes sur table, et choisit parfois des fabricants européens.

Pour ce qui concerne l'installation photovoltaïque complète :

c'est à dire les accessoires montés autour (coffrets, onduleur, batteries, câbles...), là aussi, il y a des choses à dire :

- principalement que la publicité, l'intensité de l'effort marketing ne font pas tout, c'est même parfois le contraire,

- qu'il faut aussi se méfier de l'effet de mode (auto-conso, batterie Lithium, ...) : il y a souvent une base de vérité, c'est ce qu'en font les vendeurs qui détermine le bien fondé de la solution.