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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.

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 sur cette vidéo : c'est 'pendant les 17 heures de refroidissement contrôlé du lingot' que l'on fait migrer les impuretés vers le haut, durant la solidification, c'est d'ailleurs pour cela qu'on refroidit les lingots très lentement. Une fois sorti du four, c'est trop tard ! Si les impuretés sont encore répartie dans le lingot, 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%.

Qu'est-ce qui fait un bon panneau ? Quelles sont 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" sur le papier, 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 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 !

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...

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 ?

Pour notre part, et depuis notre création, nous privilégions la proximité des fabricants. Plus de 95% de nos produits provient d'Europe et la part France est en augmentation franche depuis 3 ans.

Pour les panneaux photovoltaïques, nous avons retenu Recom Sillia à Lannion et Voltec Solar. Si vous êtes attentifs, vous noterez que nous ne parlons pas de panneaux français, mais de fabricant français.

Ces sociétés ont des usines d'assemblage de panneau en France, mais ne fabriquent pas les divers composants. Comme ceux-ci sont très onéreux, la part de valeur ajouté produite en France n'est pas suffisante pour qu'on puisse parler de panneau fabriqué en France au sens de la loi.

Si on vous propose des panneaux photovoltaïques français, ça n'existe plus aujourd'hui. Il en va à ma connaissance sensiblement de même pour les panneaux 'européens'. Assemblés en France et en Europe, oui, par des entreprises françaises ou européennes, oui. Et les dérapages sont fréquents, sur internet comme lors de démarchage : kits français (impossible), panneau français (impossible en photovoltaïque pur). On voit des panneaux étiquetés 'Marque française' et ça c'est totalement vrai, quant au panneau, il est généralement importé d'Asie.

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.

Il y a les critères techniques et économiques  : la puissance, le rendement et tous ces paramètres dont on vous parle. Est-ce vraiment important ?

En fait la pub et les commerciaux vous parlent de ce qui fait plaisir à entendre. En réalité, lorsque vous achetez un panneau, si vous cherchez le choix le plus économique, le rendement importe peu, c'est le prix du watt-crête (la puissance nominale du panneau est exprimée en watt-crête). Mais à quelques centimes d'écart par watt-crête, est-ce décisif ?

Il existe d'autres critères qu'économiques : par exemple la quantité de CO2 qu'a généré sa production, celle qu'a généré son transport jusqu'au lieu d'utilisation. A ce niveau, les entreprises européennes sont en moyenne aujourd'hui (2020) plus performantes que les entreprises asiatiques d'après un rapport d'un institut de recherche allemand sur lequel je ne remets pas la main à l'instant.

On peut aussi se soucier des conditions de travail des ouvriers, éviter les esclaves Ouighours par exemple. Plus égoïstement, on peut avoir une préférence nationale : on cotise aux même caisses...

Alors comment choisir ?

Pour notre part, et depuis notre création, nous privilégions la proximité des fabricants (du plus près au plus loin, je ne parle pas de frontières mais de distance, et aussi indirectement de cohérence environnementale). Plus de 95% de nos produits proviennent d'Europe et la part France est en augmentation franche depuis 3 ans. On ne choisit pas les plus gros, la taille humaine nous plait, un industriel qui investit dans des outils tient à les faire tourner plus longtemps qu'un fond de pension qui vise le rendement court terme. Il voudra faire des panneaux de qualité pour avoir une bonne réputation.

Pour les panneaux photovoltaïques, nous avons retenu Recom Sillia à Lannion et Voltec Solar. Nous mettons en place des opérations 'près de chez vous', par exemple, en fonction des disponibilités, on peut enlever les panneaux Sillia directement à l'usine.

Si vous êtes attentifs, vous noterez que nous ne parlons pas de panneaux français, mais de fabricant français.

Ces sociétés ont des usines d'assemblage de panneau en France, mais ne fabriquent pas les divers composants. Comme ceux-ci sont très onéreux, la part de valeur ajouté produite en France n'est pas suffisante pour qu'on puisse parler de panneau fabriqué en France au sens de la loi.

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 européens : 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.

Si des sites ou des vendeurs vous proposent des panneaux photovoltaïques fabriqués en France, ça n'existe plus aujourd'hui. Il en va à ma connaissance sensiblement de même pour les panneaux 'européens'. Assemblés en France et en Europe, oui, par des entreprises françaises ou européennes, oui. Et les dérapages sont fréquents, sur internet comme lors de démarchage : kits français (impossible), panneau français (impossible en photovoltaïque pur). On voit des panneaux étiquetés 'Marque française' et ça c'est totalement vrai, quant au panneau, il est généralement importé d'Asie. Pour ma part, je fuis les vendeurs malhonnêtes.

Un bon choix ? Venez chez nous ! Ah Ah.