Panneaux solaires

 

Panneaux solaires 

Inusables, silencieux, fiables, les panneaux solaires photovoltaiques ne s’usent qu’avec le temps. Leur durée de vie atteint sans problème 25 ans. Ils sont très simples à installer mais méritent tout de même quelques attentions pour donner le meilleur pendant longtemps.

 

 Principe de fonctionnement

 Les cellules photovoltaiques sont des diodes photosensibles qui produisent de l’électricité quand elles sont exposées à la lumière (les photons). Une cellule en fonctionnement génère une tension de 0,6V.

 Il existe différents types de cellules photovoltaiques suivant le type de silicium employé :

•  silicium monocritallin : c’est un cristal pur de silicium dans lequel sont découpées les cellules. Le silicium monocristallin offre le meilleur rendement actuellement (+ de 16%)
• silicium polycristallin : c’est un bloc constitué de plusieurs cristaux de silicium. Le silicium polycristallin possède un rendement légèrement inférieur au monocristallin (de 14% à 16%)
• silicium amorphe : c’est une poudre de silicium aposée sur le verre du panneau puis traitée pour devenir plus sensible au soleil. Le rendement est faible (de 5% à 7%) mais le coût est moindre, de même que la sensibilité à la chaleur.

 

Cellule en silicium polycristallin

 D’autres matériaux que le silicium sont utilisés pour faire des cellules (Cuivre Indium Sélénium par exemple)  mais ils sont à l’heure actuelle très peu présents sur le marché.

 Une cellule seule ne constitue pas un panneau à elle seule. Plusieurs sont mises en série pour atteindre les caractéristiques voulues : tension, puissance, etc.

 Un panneau solaire est à la fois une source de tension et de courant. 

• source de tension : en circuit ouvert, c’est à dire quand les fils ne sont connectés à rien,  une tension est présente, appelée Voc.
• source de courant : en circuit fermé, c’est à dire quand les fils sont directement branchés l’un à l’autre, un courant circule, appelé Icc. 

Dans ces deux cas de figure, la puissance (P) est nulle car, soit le courant (I), soit la tension (U) est égal à zéro (or P = U x I). Une puissance est produite à partir du moment où la tension et le courant ne sont pas nuls.

Courbes tension/courant d’un panneau solaire à différentes puissances lumineuses

 La puissance max est atteinte quand le produit de la tension par le courant est maximum. Ce point est appelé Pmax ou Pmpp et il est obtenu pour une tension égale à Vmp et un courant égal à Imp.

Fabrication

 Une cellule photovoltaïque est un semi-conducteur constitué essentiellement de silicium et de quelques autres produits chimiques en petite quantité, appelés dopants.

 Une grille métallique est déposée sur la cellule pour collecter le courant électrique généré.

 

Cellule solaire. source : Bosch Solar

 Les cellules sont connectées en série (0,6V + 0,6V + 0,6V…) de manière à obtenir pour le panneau solaire la tension de sortie désirée (pour charger une batterie de 12V par exemple).  

Des diodes by-pass disposées entre les chaines de cellules permettent d’empêcher les courants inverses de circuler quand une partie du panneau se retrouve à l’ombre.

 Les cellules solaires (3) sont ensuite encapsulées entre deux feuilles d’EVA (2 et 4) qui les protègent de l’air et de l’eau, un verre traité de haute transparence et une feuille arrière en Tedlar appelée backsheet.

Le tout est cadré avec des profilés en aluminium qui confèrent de la rigidité et permettent de fixer les panneaux facilement. Ils existent des panneaux non cadrés, pour un montage sur verrière par exemple.

 Un boitier de jonction étanche est collé en face arrière du module solaire. On retrouve à l’intérieur les diodes by-pass qui peuvent être changées et les bornes positive et négative du panneau.

Boitier de jonction avec 3 diodes by-pass. Source : Multi-contact

 Aujourd’hui la majorité des panneaux solaires sont livrés avec des câbles d’environ 1m équipés des connecteurs de qualité, type MC4 ou MC3.

 Connecteurs MC4 et MC3. Source : Multi-contact

 On distingue deux grandes familles de panneaux solaires :

•  pour site isolé : d’une puissance de 1 à 130Wc, ils produisent une tension de 12V. Ils sont optimisés pour la charge de batteries et permettent de répondre à des besoins de faible et moyenne puissance (jusqu’à 2kW)

Module de 12V - 50W pour site isolé

•  pour le raccordement au réseau : d’une puissance de 170 à 270 Wc, se sont des panneaux de 48 ou 60 cellules. Ils sont optimisés pour fonctionner à haute tension (jusqu’à 1000V) et pour des installations de moyennes à forte puissance (3 kW et beaucoup plus).

Module de 24V - 250W pour l’injection réseau

 Installation

 Les modules photovoltaïques sont fixés sur un support en toiture ou au sol avec l’orientation et l’inclinaison optimale : 

• orientation optimale : vers le sud dans l’hémisphère nord, et vers le Nord dans l’hémisphère Sud
• inclinaison optimale : la latitude du site en degré correspond à l’inclinaison à donner aux panneaux solaires. Cependant, si une période de l’année est moins ensolleillée que les autres, il peut être intéressant d’optimiser l’inclinaison pour récupérer un maximum d’énergie à ce moment là, quitte à pénaliser les autres moments de l’année. Il est aussi préférable de garder une inclinaison minimum de 10°, même au niveau de l’équateur,  pour permettre le lavage naturel du panneau par la pluie. 

Certains support de panneaux utilisent les percages du cadre en aluminium, alors que d’autres mettent en oeuvre des étriers (ou pinces) qui serrent les panneaux par le dessus.

Fixation des panneaux par des étriers. Source : Schletter gmbh 

Les plaques solaires doivent être bien ventilées car la chaleur diminue le rendement. Un panneau perd 13% de sa puissance entre 25°C et 55°C à la surface des cellules ! On evitera donc de poser des panneaux solaires directement sur une surface sans que l’air puisse circuler en dessous pour évacuer la chaleur. 

Le support des panneaux peut être acheté préfarbiqué, un grand nombre de marques en propose, ou bien être fabriqué sur mesure. Au Sénégal, les artisans locaux ont toutes les compétences pour fabriquer des structures de panneaux solaires en acier ou en aluminium. 

Il est très recommandé de prévoir des boulons anti-vol. 

Principaux fabricants 

Des centaines de fabricants cohabitent sur le marché et il est devenu compliqué de faire son choix. Les fabricants mettent en place des stratégies commerciales pour se distinguer les uns des autres : 

• prix bas
• garanties étendues
• aspect esthétique
• brevets spéciaux : haut rendement, traitement du verre, sensibilité des cellules aux différentes lumières, etc 

Il est préférable de choisir des marques reconnues, fiables et bien implantées qui ne risquent pas de mettre la clé sous la porte du jour au lendemain. Choisissez parmi le top 10 des fabricants mondiaux, ou alors des marques ayant déjà de l’anciennté (+ de 10 ans) et une bonne renommée sur le marché du photovoltaïque. 

Le top 10 des fabricants de panneaux solaires en 2011 était : 

• First Solar
• Suntech
• Yingli
• Trina Solar
• Canadian Solar
• Sharp
• Hanwa SolarOne
• Jinko Solar
• LDK Solar
• Solarworld 

Citons pour exemple d’autres fabricants historiques de panneaux solaires, réputés et fiables : 

• Panasonic (anciennement Sanyo)
• Schott solar
• Kyocera
• Q-cells
• Isofoton
• Tenesol 

Depuis 2011, au Sénégal, le fabricant Sustainable Power Electric Company (SPEC) dispose de la première unité d’assemblage de panneaux photovoltaïques en Afrique de l’Ouest. 

D’autres fabricants Africains de panneaux solaires sont implantés en Algérie, au Kenya, en Afrique du Sud, etc.

 Prix

 En afrique les panneaux solaires se négocient pour le client final entre 700FCFA/Wc et 1400FCFA/Wc. Le prix varie suivant la qualité des panneaux, la quantité et l’utilisation (site isolé ou raccordement au réseau). Les panneaux pour les sites isolés, c’est à dire la recharge de batteries, coûtent de 20 à 30% plus chers que les panneaux pour l’injection réseau.