Efficacité des différents types de panneaux solaires
L ‘efficacité des panneaux solaires détermine leur capacité à convertir l’énergie solaire en courant électrique. Le calcul s’effectue en divisant la production d’énergie du panneau par la quantité de lumière qui tombe sur la surface de travail.
Les performances des panneaux ont été initialement déterminées dans des conditions de laboratoire standard (STS) :
- niveau d’ensoleillement – 1000 W/m2
- température – 25
La plupart des fabricants modernes testent chaque batterie assemblée et incluent les résultats dans la documentation de vente. Cela permet d’obtenir des informations plus complètes et plus correctes sur chaque panneau, car certains écarts par rapport aux normes technologiques sont possibles au cours du processus de fabrication. Par conséquent, la comparaison de deux panneaux (ou plus) révèlera toujours une légère divergence entre les paramètres indiqués.
Pratiquement toute variation se reflète principalement dans le rendement, c’est-à-dire l’efficacité du panneau solaire. De ce fait, toutes les variétés n’ont pas une valeur clairement définie. En général, une fourchette assez large est indiquée, ce qui peut donner une différence notable dans les paramètres des modules solaires fabriqués avec la même technologie.
Tous les types de cellules photovoltaïques ont certaines propriétés qui déterminent l’efficacité des cellules solaires. Chaque espèce a ses propres limites de performance basées sur la structure et la composition des semi-conducteurs.
Le rendement des cellules solaires progresse !
Le groupe de recherche du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) a décrit le développement d’une cellule solaire tandem pérovskite-silicium dans la revue Science. Son rendement était de 29,15 %. Il s’agit actuellement d’un nouveau record mondial. Le précédent record d’efficacité était de l’ordre de 28%. Les chercheurs prévoient d’augmenter le rendement de la cellule solaire tandem à 30 % et même de dépasser ce chiffre.
Le silicium est le matériau de base des cellules solaires, tandis que la pérovskite (titanate de calcium) est développée en parallèle. Les scientifiques pensent que le potentiel de la pérovskite n’a pas encore été découvert et que l’utilisation des deux matériaux leur permettra de gagner en efficacité.
Les cellules solaires composées de deux semi-conducteurs ayant une largeur de bande interdite différente peuvent présenter un rendement élevé par rapport aux cellules simples, car les cellules tandem utilisent mieux le spectre solaire. En particulier, les cellules solaires classiques au silicium sont surtout efficaces pour convertir la partie infrarouge du spectre solaire en énergie électrique, tandis que les composés de pérovskite peuvent convertir efficacement la partie visible du spectre, ce qui augmente le TDP du tandem.
L’utilisation de la pérovskite et du silicium n’augmente pas le coût des panneaux solaires.
Types de cellules solaires et leurs rendements
Il existe différents types de cellules solaires :
- silicium
- tellurium-cadmium
- arséniure de gallium
- séléniure d’indium
- polymère
- organique
- combiné, multicouches
Lespanneaux solaires les plus efficaces qui sont produits en masse sont ceux en silicium.
Ils existent en deux variétés :
- monocristallin. Ils sont fabriqués à partir de fines tranches découpées dans un seul cristal de silicium (monolithique). Ces panneaux sont considérés comme les meilleurs panneaux solaires, affichant un coefficient d’efficacité de 17 à 22 %.
- polycristallin. La matière première de ces cellules est une briquette de silicium qui a été fondue et versée dans des moules. Ces panneaux ont des performances générales légèrement inférieures à celles des panneaux monocristallins. Leur efficacité est de l’ordre de 12 à 17 %.
Il existe un autre panneau solaire moderne à haut rendement, à savoir les panneaux à base de séléniure d’indium. Ils sont capables de produire un rendement de 15 à 20 %. Les cellules au tellurure de cadmium ont des qualités un peu plus faibles – pas plus de 10-12 %.
Les autres types sont nettement inférieurs aux leaders – les éléments amorphes et polymères affichent une efficacité ne dépassant pas 5-6%. Il faut tenir compte du fait que ces chiffres sont des moyennes. Différents fabricants proposent des échantillons dépassant les normes d’efficacité habituelles. Cela ne change pas le tableau général, mais démontre la nécessité d’améliorer la technologie, de développer de nouvelles méthodes pour la production de cellules photovoltaïques.
De quoi dépend l’efficacité ?
Le rendement des installations solaires photovoltaïques ne représente qu’une fraction de ce qui est théoriquement possible. L’efficacité estimée atteint 80-87%, mais les défauts de la technologie, la mauvaise pureté des matériaux et l’imprécision de l’assemblage des cellules réduisent considérablement ces valeurs. Le principal problème des cellules de silicium est leur capacité à absorber uniquement le rayonnement infrarouge, tandis que l’énergie dans la région ultraviolette reste inutilisée.
Le problème est le coût des processus de nettoyage, de la croissance des cristaux et d’autres procédures délicates, sans lesquels l’effet escompté ne peut être atteint. Tous les panneaux solaires à haut rendement sont chers, ce qui les rend inabordables pour le grand public.
Les conditions météorologiques et climatiques doivent également être prises en compte. Le système le plus efficace ne sera pas performant si la source d’énergie est masquée par des nuages ou si elle est basse à l’horizon. Ce facteur n’est pas contrôlable, la seule façon de le contrer peut être d’augmenter l’efficacité des panneaux solaires.
Certaines variétés de cellules solaires peuvent produire de l’énergie de manière assez stable par temps nuageux, comme les cellules à couche mince. Cependant, leur efficacité est faible et ne permet pas de fournir la bonne quantité d’énergie. Plus l’efficacité des batteries est élevée, plus la quantité d’énergie produite diminue lorsque le temps est nuageux.
Chaque année, diverses entreprises ou groupes de scientifiques annoncent le développement de panneaux solaires hautement efficaces et stables dans des conditions difficiles. Cependant, il n’y a toujours que les variétés habituelles de silicium ou de film en vente, et aucune nouveauté en vue. La raison en est que les coûts de production sont trop élevés et que les résultats technologiques sont instables, ce qui oblige les fabricants à rejeter pour l’instant les innovations inachevées.
Durée de vie et délai de récupération
La plupart des panneaux solaires sont capables de fonctionner pendant 25 ans ou plus. Cependant, les performances initiales se détériorent avec le temps, avec une baisse des performances et une baisse conséquente de l’efficacité. Facteurs affectant la longévité des cellules solaires
- le type de construction. Plus l’efficacité initiale est élevée, meilleurs seront les résultats du panneau après de nombreuses années de service.
- conditions de fonctionnement. Dans les régions où les variations moyennes de température journalière et annuelle sont élevées, la durée de vie des panneaux diminue rapidement. L’usure physique des semi-conducteurs se produit, la résistance de la liaison des couches formant la jonction p-n est compromise. Tous ces facteurs ont un impact négatif sur l’efficacité des modules solaires.
Le retour sur investissement des panneaux dépend principalement de l’ensoleillement, c’est-à-dire de la quantité d’énergie solaire disponible pour les cellules photovoltaïques. Les facteurs suivants doivent être pris en compte à cet égard :
- la durée du jour
- position du soleil au-dessus de l’horizon
- les conditions météorologiques dans la région
L’expérience montre que le pourcentage annuel moyen de dégradation des cellules solaires est de 0,6 %. Toutefois, les processus naturels sont complétés par des influences extérieures telles que la température, les influences mécaniques, etc. C’est pourquoi les fabricants garantissent généralement que pendant 10 ans de fonctionnement, la capacité ne diminuera pas de plus de 10 %.
La question du délai de récupération des panneaux solaires n’est sérieusement envisagée par personne. Il existe des calculs approximatifs qui indiquent la quantité d’énergie produite et son coût moyen sur 10, 25 ans. Ces données ne sont pas en mesure de donner une image réelle, car tous les complexes travaillent dans des conditions qui leur sont propres, sont soumis à diverses influences et ne peuvent garantir la productivité donnée.
Les spécialistes affirment que dans certaines régions, le temps de retour sur investissement des panneaux solaires n’est jamais atteint, alors qu’il est de 10 ou 15 ans dans d’autres.
Des études détaillées ne sont pas réalisées, ou seulement pour la zone en question. Pour connaître le rendement technique et économique de la centrale solaire, il faut effectuer un calcul individuel pour les conditions données, les modèles de modules solaires et les autres facteurs d’influence.
Les panneaux solaires les plus efficaces
L’utilisateur moyen ne cherche pas à approfondir la théorie, il pose donc souvent la question suivante : « Je veux acheter des panneaux solaires, lesquels sont les meilleurs ? La question est simple, mais il est très difficile d’y répondre sans ambiguïté. Tout dépend des capacités et des besoins de l’acheteur.
Le débat sur les panneaux solaires les plus efficaces a lieu depuis le début de leur utilisation. Malgré la priorité accordée aux structures en silicium cristallin, les autres types de panneaux sont souvent en avance. Des records ont été battus dans ce domaine. Par exemple, Sharp a annoncé qu’il avait créé des panneaux d’une efficacité de 44 %. La même entreprise a créé des modules dont le rendement est de 37,9 %. Il existe des échantillons d’autres développeurs avec une efficacité d’environ 32%. Tous ces modèles sont très chers et ne sont pas encore produits en série. L’inefficacité est le principal problème du développement des modules solaires.
Recherche et développement pour améliorer l’efficacité
Le domaine de recherche le plus prometteur est considéré comme la création de panneaux multicouches. L’accent est mis sur la possibilité de générer de l’énergie à partir des rayons infrarouges et ultraviolets, qui sont à bien des égards plus actifs que les parties visibles du spectre. Des travaux sont également menés pour affiner les structures du silicium et créer les cristaux les plus homogènes et les plus purs.
Une autre direction consiste à créer les jonctions de semi-conducteurs les plus denses et les plus lisses possibles. Le courant électrique est généré à l’interface de deux matériaux, et si la surface des deux est pleine de dépressions et d’autres imperfections, ces zones sont exclues de la zone de travail globale. Le problème est techniquement complexe, car il s’agit d’une rectification de précision au micron près. Les techniques sont encore trop complexes pour une production industrielle et le prix des panneaux est hors de portée du consommateur moyen. Le processus de recherche est en cours, on peut donc s’attendre à des développements positifs à tout moment.
