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Le processus de fabrication des panneaux solaires

La fabrication de cellules photovoltaïques est énergivore, son bilan carbone fait l'objet de débats. On doit compter 5 années pour qu'une cellule photovoltaïque produise l'énergie qui a été nécessaire à sa propre fabrication.

processus de fabricationd'un panneau solaire

Les entreprises fabricantes de panneaux solaires

Sharp, Kyocera, BP Solar, Astropower, RWE Schott Solar, Siemens, Sanyo et Solarex. Ces entreprises sont pour la majorité de nationalité Allemande ou Japonaise, ce sont aussi des champions de la production électrique à base de solaire.

De quoi se compose une cellule photovoltaïque ?

Une cellule photovoltaïque est composée de deux plaques de silicium : une plaque dopée positive sur laquelle on vient poser une seconde dopée négative. Lorsqu'on met en contact ces deux plaques polarisées, on obtient une jonction PN (positive-négative), cette jonction fait apparaître un champ électrique interne.

Il existe plusieurs types de silicium :

le silicium cristallin

Fréquemment utilisé puisque les cellules qui en contiennent ont rendement supérieur de 13% en moyenne, et peuvent être adaptées pour des puissances qui vont de quelques centaines de watts à quelques dizaines de kilowatts. On distingue une subdivision au sein de cette première famille avec :

a) Les cellules monocristallines

Les cellules monocristallines sont pures car elles sont faites à partir d'un seul bloc de silicium fondu. Elles proposent un meilleur rendement (entre 13 et 17%) avec un meilleur ratio performance/ occupation surface. Ces cellules sont en générale octogonales et d'une couleur uniforme, gris ou bleu marine. A l'origine les cellules sont circulaires (car issues de lingots cylindriques). On tranche ensuite les bords  de ces "wafers" de manière à les rendre carrés, ou quasi-carrés afin d’optimiser la surface couverte par les cellules et de réduire les chutes de silicium.
aspect d'une cellule solaire de type monocristalline

b) Les cellules polycristallines

Les cellules polycristallines sont fabriquées à partir d'un bloc de silicium cristallisé en forme de cristaux multiples. Quand on regarde de près, on aperçoit une multitude de cristaux d’orientations différentes, imbriqués les uns dans les autres. Le rendement est inférieur au cellules monocristallines mais avec un coût de production moins élevé et donc moins chers à l'achat aussi. De couleur bleu nuit avec des reflets en forme rectangulaire.

aspect d'une cellule solaire polycristalline


le silicium amorphe

Moins cher à fabriquer que le silicium cristallin. Les cellules amorphes sont utilisées partout où une alternative économique est recherchée, ou, quand très peu d'électricité est nécessaire (alimentation des montres, calculatrices, luminaires de secours). Egalement utilisées là où un fort échauffement des modules est à prévoir. Le rendement est de plus de 2 fois inférieur à celui du silicium cristallin et nécessite donc plus de surface pour la même puissance installée. Les cellules en silicium amorphe sont actuellement de moins en moins utilisées : 9,5 % de la production mondiale en 2000, alors qu'elles représentaient 12 % en 1999.

Rendement 5 à 9%. 16 à 20 m² de surface de captage pour l'obtention de 1kw crête.

aspect d'une cellule solaire amorphe

Le processus de fabrication d'une cellule solaire en vidéo

Alors comment effectuer son choix de panneaux ?

Pour bien choisir un panneau et pour ce dernier soit correctement dimensionné, il faut avant tout chose calibrer ses besoins énergétiques. Autrement dit, évaluer sa consommation électrique journalière. En faisant ce travail préalable, vous pourrez savoir quelle puissance de panneau est nécessaire pour produire d’électricité qu'il vous faut chaque jour.

La puissance électrique délivrée, caractéristique principale d’un panneau photovoltaïque, varie selon le modèle choisi. On trouve des petits panneaux de faible puissance (tout juste quelques watts ) aux plus grands panneaux de puissance pouvant atteindre 300W.

Selon les panneaux, la tension nominale est également différente (12V ou 24V en général). Il est extrêmement important que cette tension soit compatible avec le reste du système et notamment le  régulateur ainsi que le parc de batteries.

Bien évidement, la production ne va dépendre que de la puissance nominale du ou des panneaux, mais aussi de l’ensoleillement de la région d’installation !

Ensoleillement et dimensionnement

Les panneaux solaires produisent de l'énergie électrique, donc des Wh (watt-heure) ou kWh (kilo watt heure). Cette production est fonction de l'ensoleillement : peu les jours de pluie et rien du tout la nuit.

Exemple :


Prenons un panneau d'un mètre carré, éclairons-le avec une puissance de 1000 W en plein dessus. Mesurons combien il produit d'électricité : on trouve 150 W (il a perdu 850 watt) ! Nous avons là un rendement de 150/1000 = 15%.

Vu que la lumière du soleil est un don de la nature, c'est pas mal du tout.

Ces 150 W donc, c'est le maximum que le panneau peut produire, car on a bien fait attention à lui mettre la lumière en plein dessus. Cette puissance maximum obtenue dans les meilleures conditions possibles s'appelle la puissance-crête.

La puissance-crête (PC) est la puissance théorique (exprimée en watt) que peut produire un module PV, dans des conditions standard d’ensoleillement (1 000 W/ m2) et de température (25°C).

Poursuivons avec notre exemple, les panneaux font rarement 1m², leurs dimensions ne tombent jamais sur un chiffre rond.
Exemple : 1,66 x 0,92 = 1,52 m².
Ce panneau a un rendement de 15%, il produit 150 W par m², soit 1,52 x 150 = 228 Wc
Une installation qui compte 15 de ces panneaux aura une puissance de 228 x 15 = 3420 Wc (3,420 kWc). Le soleil, lui sera très rarement en plein dessus et toujours fixe puisqu'il se déplace continuellement. La production sera donc toujours inférieure et très rarement égale à 3,420 kWh.

Alors comment prévoir de manière plus juste la production électrique de mes panneaux

Alors, comment savoir ce que va produire cette installation de 3,420 kWc au cours d'une année ? L'expérience montre qu'en moyenne, en France, tout se passe comme si l'installation produisait pendant 1000 heures à sa puissance maximum (puissance-crête). On peut donc s'attendre à ce qu'elle produise 3,420 x 1000 = 3420 kWh. C'est une moyenne :  elle produira un peu moins à Calais, un peu plus à Marseille. Tout comme elle produira moins si elle est mal orientée, voire sur une mauvaise pente, en position ombragée ou pas...

Pour compenser et se réajuster au maximum, on peut calculer la production journalière selon sa position géographique grâce aux logiciels en ligne qui vont vous permettre d'estimer votre production. Ces logiciels en ligne intègre une base de données statistiques publiques

Logiciel CalSol (INES)

Système d'information géographique photovoltaïque - carte interactive

La recommandation professionnelle propose de retenir le plus mauvais mois

Pour dimensionner les panneaux de l'installation, on se base généralement sur le pire mois d'ensoleillement, ce qui permet d'assurer une production suffisante pendant toute la période d'utilisation de l'installation. On se basera donc sur l'ensoleillement moyen du mois de décembre pour une installation fonctionnant toute l'année, tandis que les mois de mars ou septembre pourront servir de base de calcul pour une installation servant uniquement l'été.

Donc on connait son potentiel de production, on a évalué ses propres besoins énergétiques, reste quelques conseils comme :

L’orientation des panneaux solaires

La meilleure orientation est bien évidemment le plein sud, si on veut produire tout au long de la journée. Pour cela utilisez une boussole. Pour des applications spécifiques ou il faut produire l'électricité de préférence le matin ou le soir, il peut arriver que les panneaux soit d'avantage tournés vers l'est ou vers l'ouest. L'inclinaison des panneaux a un impact sur les variations de production saisonnières.

En France, il est en général admis que le meilleur rendement moyen sur l'année est obtenu pour une inclinaison voisine de 30° par rapport à l'horizontale. Si on veut maximiser la production en hiver, quand le soleil est moins haut dans le ciel, on doit incliner les panneaux plus près de la verticale (60°).  A l'inverse, en été, les panneaux produisent le maximum s'ils sont placés à l'horizontale.

Les ombrages et les panneaux solaires

Les ombrages sont à éviter à tout prix, car ils réduisent considérablement la production des panneaux. Donc aucun arbre, buisson, cheminée ou bâtiment ne doit faire de l’ombre aux panneaux.

Comment brancher des panneaux solaires ?

La plupart des panneaux solaire sont fait pour des tensions en 12 ou 24 Volts, on peut les câblés en parallèle ou en série pour d'obtenir la tension et l'intensité désirées. Les installations photovoltaïques sont souvent composées de plusieurs panneaux. A savoir qu'il est fortement recommandé de ne relier ensemble que des panneaux vraiement identiques (même modèle, mêmes caractéristiques électriques) pour éviter pertes de rendement et échauffement. Contrôler que le régulateur peut supporter la tension et l’ampérage en sortie de l’installation. Une installation déconnectée avant toute opération.

Mise en série de panneaux, les tensions s’additionnent.

Relier le connecteur « + » du second panneau à la borne « - » du premier comme le montre l’illustration ci-contre:

branchement en serie de panneaux solaires vers régulateur

Mis en parallèle, les courants (intensités) s’additionnent. La tension aux bornes de l’ensemble reste inchangée.


Relier ensemble les bornes « + » des différents panneaux et du régulateur à l’aide de broches/douilles de dérivation. Faire de même avec les bornes « - »:

 

connexion en parallèle des panneaux solaires sur régulateur