Nous définissons l’efficacité des panneaux solaires comme la proportion de la quantité d’énergie solaire qui est convertie en énergie électrique grâce au photovoltaïque. Actuellement, le rendement de conversion moyen des panneaux photovoltaïques se situe entre 16 et 17 %. Les panneaux solaires avec des valeurs supérieures à 19% sont considérés comme des panneaux à haut rendement.
Le rendement des panneaux solaires, la latitude et le climat sont les éléments qui déterminent la production d'une installation d'autoconsommation. Comme dans toutes les énergies renouvelables, ce facteur est important pour déterminer la viabilité économique d'une installation solaire puisque la durée de vie utile des panneaux solaires se situe entre 25 ans. Certains atteignent même 30 ans.
Avant d’installer des panneaux solaires, il faut choisir les panneaux les plus optimaux pour nos besoins. Les deux éléments clés sont le rendement et le prix.
De quoi dépend l'efficacité d’un panneau solaire ?
Le rendement d'un panneau solaire dépend principalement de deux :
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L'efficacité de la cellule photovoltaïque : l'efficacité de la cellule est basée sur sa conception et le type de silicium qui peut être de haute pureté ou non.
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L'efficacité totale du panneau : elle dépend de la conception de la cellule solaire, ainsi que de la configuration et de la taille de chaque type de panneau photovoltaïque. Ces valeurs peuvent être obtenues à partir de la fiche technique du panneau solaire.
Toutefois, les kwh par an d’électricité produite dépend de plusieurs facteurs pour avoir les conditions optimales pour le profitent des rayons du soleil comme la zone géographique, la météorologie, si les panneaux sont vers l’orientation plein sud, etc.
Comment améliorer le rendement des panneaux solaires ?
Pour tirer le meilleur parti des panneaux photovoltaïques, il existe les méthodes techniques suivantes pour avoir des panneaux solaires plus performants :
1. Refroidissement par panneau solaire
La température influence les performances d'un panneau solaire. Cette variation est quantifiée par le coefficient de température , qui est exprimé en pourcentage de diminution de la production pour chaque augmentation de 1 degré Celsius à partir de 25 degrés Celsius.
Pour chaque degré Celsius d'augmentation de la température de la cellule, l'efficacité solaire diminue d'environ 0,45 %. Pour empêcher une diminution du rendement solaire due au chauffage, une couche de cristal de silice visiblement transparente peut être appliquée sur un panneau solaire photovoltaïque.
La couche de cristal de silice agit comme un corps noir thermique qui émet de la chaleur sous forme de rayonnement infrarouge dans l'espace. Avec cette action, il est possible d'abaisser la température de la cellule photovoltaïque jusqu'à 13 degrés Celsius.
2. Favoriser la diffusion de la lumière dans le spectre visible
En garnissant la surface réceptrice de lumière de la cellule avec des tiges métalliques de taille nanométrique, l'efficacité de la cellule peut être sensiblement augmentée. Le rayonnement solaire est réfléchi par ces poteaux à un angle oblique par rapport à la cellule.
Ce changement de direction entraîne une augmentation de la longueur du chemin parcouru par la lumière à travers la cellule solaire. Par conséquent, l'augmentation du chemin augmente le nombre de photons absorbés par la cellule, ainsi que la quantité de courant continu généré.
3. Choisir le conducteur transparent optimal
Le côté éclairé de certains types de cellules solaires possède un film conducteur transparent qui permet à la lumière du soleil de pénétrer dans le matériau actif et de collecter les porteurs de charge générés.
D'une manière générale, des films à haute transmittance et haute conductance électrique sont utilisés à cette fin. Il existe un compromis entre une transmission élevée et une conductance électrique, de sorte que la densité optimale de nanofils conducteurs ou la structure de réseau conducteur doit être choisie pour obtenir une efficacité solaire élevée.
4. Utilisez des revêtements et des textures antireflet sur le panneau solaire
Les revêtements antireflets pourraient entraîner des interférences plus destructrices provenant des ondes lumineuses incidentes du soleil. Par conséquent, toute la lumière du soleil serait transmise au système photovoltaïque.
De plus, une autre technique utilisée pour réduire la réflexion est la texturation, dans laquelle la surface d'une cellule solaire est modifiée de sorte que la lumière réfléchie frappe à nouveau la surface.
5. Matériaux à couches minces dans les cellules solaires
En termes de faible coût et d'adaptabilité aux structures existantes, les matériaux à couches minces améliorent la récupération d'énergie des cellules photovoltaïques.
Cependant, comme les matériaux sont si fins, ils n'ont pas l'absorption optique des cellules solaires à matériaux en vrac.
6. Passivation de la face postérieure
La surface arrière en aluminium ralentit les améliorations du rendement solaire. Cependant, l'efficacité de nombreuses cellules solaires a été améliorée en créant des cellules dites passives et des émetteurs de chaleur passifs.
Le dépôt chimique d'un empilement de couches de passivation diélectrique à partir de la surface arrière contribue à améliorer l'efficacité des cellules solaires au silicium de plus de 1 %.
Comment calculer le rendement d’un panneau solaire ?
Deux facteurs déterminent le rendement des panneaux solaires : l'efficacité des cellules photovoltaïques et l'efficacité globale du panneau. L'efficacité des cellules solaires est le résultat de la conception des cellules et du type de silicium. Tandis que la disposition et la configuration des cellules, ainsi que la taille du panneau, sont à la base du rendement global du panneau.
Le rendement total du panneau solaire est déterminé par la puissance maximale dans des conditions de test standard divisée par la surface totale des panneaux.
Il existe un certain nombre de facteurs qui peuvent affecter l'efficacité , tels que la température, le type de cellule et le niveau d'irradiance, qui est la vitesse à laquelle la lumière du soleil atteint les panneaux.
La couleur de la feuille de fond qui protège les panneaux peut également affecter son rendement. Par exemple, bien que le noir puisse sembler plus attrayant pour une feuille de protection noire, la couleur absorbe plus de chaleur.
Cela entraîne des températures plus élevées et donc une réduction du rendement de conversion globale, de sorte que d'autres couleurs comme le bleu foncé, le vert ou même des motifs pourraient être un meilleur choix pour vos panneaux solaires.
Quels sont les panneaux solaires les plus efficaces ?
Il existe trois types de panneaux solaires les plus couramment utilisés dans les installations commerciales ou résidentielles : monocristallin, polycristallin et à couche mince.
Chacun d'eux est brièvement expliqué ci-dessous, ainsi que les applications pour lesquelles ils sont les plus utiles :
Panneaux solaires monocristallins : le meilleur pour l'efficacité
Les panneaux solaires monocristallins sont souvent présentés comme l'option la plus efficace. C’est le meilleur panneau photovoltaïque en ce qui concerne le rendement. C’est pour ça qu’ils sont installés pour des systèmes électriques plus importants sur des propriétés commerciales et résidentielles.
Cependant, les tailles de panneaux varient, de sorte que le monocristallin peut également être utilisé dans des installations plus petites.
Les meilleures fabricants de panneaux solaires monocristallins : SunPower, LG et Panasonic.
Panneaux solaires polycristallins : Le meilleur pour son prix
Ils sont construits avec plusieurs cristaux de silicium pur qui sont fusionnés. Cependant, plus de cristaux ne sont pas toujours meilleurs. Les panneaux polycristallins sont moins efficaces que leurs homologues monocristallins.
Cependant, ils sont fabriqués dans une variété de puissances allant de 5W à 250W et plus, ce qui en fait un bon choix pour les installations à petite et grande échelle.
Les meilleures marques de panneaux solaires photovoltaïques polycristallins : TrinaSolar et YingliSolar
Panneaux solaires à couches minces : le meilleur pour alimenter le transport
Bien qu'elles soient légères et faciles à déplacer, les cellules photovoltaïques à couches minces - qui ne sont pas en silicium - sont le type de panneau solaire le moins efficace.
Ils ne sont utilisés que pour des installations photovoltaïques qui n'ont pas besoin d'optimiser la production d’énergie ; la flexibilité et la portabilité sont les deux principaux facteurs avec eux.
Les meilleures fabricants de panneaux solaires à couches minces : Stion et Solopower.