Les installations de panneaux solaires ont connu une croissance explosive partout dans le monde au cours des dix dernières années.

La meilleure partie est que leurs coûts ont chuté de 99% au cours des quatre dernières décennies, il n’y a donc pas de meilleur moment que maintenant pour profiter de l’énergie solaire propre pour votre maison ou votre entreprise pour réduire la facture d’électricité.

Selon les données de 2018 de l’Alliance internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), les États-Unis sont le troisième utilisateur mondial d’énergie solaire derrière la Chine et le Japon. Le Royaume-Uni est à la 7ème place suivi de l’Australie à la 8ème place.

Alors que la décennie touche à sa fin, les prévisions pour l’énergie solaire n’ont jamais été aussi brillantes.

En fait, les experts de l’industrie prédisent que les États-Unis doubleront leurs installations solaires de deux millions à quatre millions d’ici 2023.

Une grande partie de cette croissance se produira de manière prévisible en Californie ensoleillée, mais plusieurs autres États sont également à la tête de projets solaires. Notez sur le graphique ci-dessous que trois des cinq principaux États en matière d’installations de panneaux solaires en 2019 se trouvaient dans le nord-Est des États-Unis pas trop ensoleillé.

Même le Royaume-Uni, avec moins de soleil que de nombreuses régions des États-Unis, comptait plus d’un million d’installations de panneaux solaires en 2018, en hausse de près de 2% (en termes d’énergie produite) par rapport à l’année précédente.

L’Australie a quant à elle atteint la barre des 2 millions d’installations solaires en 2018.

À la lumière de cette tendance de l’énergie solaire où que vous vous tourniez, accélérée par l’urgence d’arrêter de brûler des combustibles fossiles et de passer à 100% aux énergies renouvelables le plus rapidement possible, vous pensez peut-être qu’il est temps de sauter à bord.

Si oui, bienvenue dans la révolution de l’énergie solaire!

L’une des principales préoccupations lorsque vous envisagez initialement une installation de panneaux solaires pour votre maison ou votre entreprise est de choisir le meilleur type de panneaux solaires pour vous.

Dans cet article, vous plongerez en profondeur dans les trois principales options de panneaux solaires disponibles aujourd’hui. Ce sont:

• Monocristallin
• Polycristallin
• Couche mince

Les technologies qui sous-tendent ces trois types de panneaux solaires ont apporté des améliorations significatives au fil du temps pour mieux répondre à vos besoins énergétiques.

Nous étudierons également ce qui se passe dans le monde de l’énergie solaire. Cela inclut des technologies telles que:

• Bifacial solar
• Concentrated PV (photovoltaic) cell
• Solar tiles
• Transparent solar panels

Toutes ces innovations dans le domaine de l’énergie solaire sont de pointe et de nombreuses, en particulier les bifaces et les CPV, sont disponibles dans le commerce dans certaines régions et à des prix compétitifs. Ils sont très prometteurs pour stimuler le segment des énergies vertes du mix de consommation énergétique mondiale.

Par exemple, les modules solaires bifaciaux devraient décupler leur capacité d’ici 2024 pour atteindre 28 000 mégawatts (MW) ! À titre de référence, la moyenne nationale actuelle des foyers américains alimentés par un seul MW d’énergie solaire est d’environ 190.

Dans cet article, nous allons d’abord examiner ce que tous les panneaux solaires, ceux en production commerciale et ceux en devenir, ont en commun: des cellules solaires enchâssées dans un système de panneaux solaires.

Qu’est-ce qu’un système de panneaux solaires?

Un système de panneaux solaires est un ensemble interconnecté, (souvent appelé réseau), de cellules solaires photovoltaïques (PV) qui (1) captent l’énergie émanant du soleil sous forme de photons; et (2) transforment cette énergie solaire directement en électricité. La quantité d’électricité produite, mesurée en volts ou en watts, varie selon le système et le type de cellule solaire.

Chaque panneau solaire individuel (également appelé module) du réseau est constitué d’un groupe de cellules solaires regroupées dans un cadre métallique. Il y a généralement 60, 72 ou 96 cellules solaires dans un seul panneau solaire.

Pour convertir l’électricité en courant continu (DC) produite en courant alternatif (AC) utilisé dans votre maison, chaque système de cellules solaires contient un onduleur. L’onduleur peut être grand et centralisé.

Alternativement, certains modules photovoltaïques ont un onduleur déjà intégré. Ceux-ci sont appelés modules CA. Le câblage est beaucoup plus simple avec les modules CA.

De quoi sont faites les cellules solaires ?

Les cellules solaires sont aujourd’hui principalement constituées de silicium, un élément chimique aux propriétés semi-conductrices. Dans la plupart des types de cellules solaires, le silicium est sous forme cristalline.

Comme le cristal de silicium pur à 100% ne transfère pas de courant électrique, il est « dopé” avec de très petites quantités d' »impuretés” — généralement du phosphore et du bore — qui transportent facilement un courant électrique dans le réseau cristallin de silicium.

Le silicium dopé au phosphore est appelé de type N (pour « négatif” car il a un surplus d’électrons).

Le silicium dopé au bore est appelé type P (pour « positif” car il présente un déficit en électrons).

Lorsqu’elle est construite avec une section de type N à côté d’une section de type P de cette manière, la cellule solaire est appelée jonction unique, ce qui signifie qu’elle n’a qu’une jonction p-n.

Lorsque le silicium dopé absorbe une partie de l’énergie du soleil, il déloge certains électrons libres dans le processus. Dans le champ électrique d’un système de panneaux solaires, les électrons sont acheminés pour circuler dans une direction, établissant un courant électrique.

Le champ électrique de la cellule solaire provoque une tension. Le produit mathématique du courant et de la tension est la puissance – la puissance utilisée pour faire fonctionner vos appareils ménagers et chauffer ou refroidir votre maison.

Les autres composants d’une cellule solaire comprennent un revêtement antireflet, car le lustre naturel du silicium ferait réfléchir la lumière du soleil – ce qui n’est pas ce qui devrait arriver si vous voulez créer de l’énergie électrique.

Les cristaux de silicium des cellules solaires sont regroupés à l’intérieur d’un champ électrique puis recouverts de verre pour protéger tous les composants des intempéries.

Qu’est-ce que l’efficacité des cellules solaires?

Une mesure de la capacité des panneaux solaires à absorber la lumière du soleil et à la convertir en énergie électrique est appelée efficacité. La lumière voyage dans différentes longueurs d’onde de différents niveaux d’énergie à travers les bandes du spectre électromagnétique, et tout n’est pas absorbé par un panneau solaire. Mesurée en électron-volts (eV), l’énergie de bande interdite typique qui peut être absorbée et transformée par un panneau solaire en électricité est d’environ 1,1 eV.

Les photons frappant le panneau avec plus d’énergie que cela (et il y en a beaucoup) représentent une perte d’énergie.

L’utilisation de différents matériaux dans des panneaux solaires à faible bande interdite augmenterait le nombre de photons absorbés et, par conséquent, le courant. Mais, cela réduirait également la tension du panneau. Puisque la puissance est égale au courant multiplié par la tension, il existe un compromis entre la sélection des matériaux et l’intensité du champ électrique dans le développement des panneaux solaires.

La recherche montre que la bande interdite optimale d’un matériau est comprise entre 1 et 1,6 eV.

Outre le matériau d’un panneau solaire entraînant une certaine perte d’énergie, il y a le problème de la résistance interne d’un matériau (appelée résistance série).

Le silicium, en tant que semi-conducteur, ne conduit pas le courant électrique aussi bien que les métaux. Sa résistance en série est en fait assez élevée. Cela se traduit par une autre source de perte d’énergie élevée.

Pour corriger cela, certains panneaux sont recouverts d’une grille métallique pour permettre aux électrons de se déplacer plus facilement dans le champ électrique, compléter le circuit et créer de l’énergie électrique pour votre maison.

Mais, l’inconvénient de cette grille superposante est qu’elle bloque une partie de la surface des cellules PV pour absorber les photons! Un revêtement de grille plus fin minimiserait cette perte, mais la minceur elle-même contribuerait à une résistance significative et entraînerait une perte d’énergie plus importante.

À emporter:Il y a plusieurs raisons pour lesquelles les cellules solaires ne sont pas très efficaces. La recherche en cours est basée sur la recherche de matériaux plus efficaces, à moindre coût et esthétiques.

Anecdote solaire: Le rendement le plus élevé jamais enregistré pour un panneau PHOTOVOLTAÏQUE à ce jour (développé en 2006) était d’environ 41%!

Il s’agissait d’un effort financé par les États-Unis pour l’énergie dans l’exploration spatiale. À l’époque, le ministère de l’Énergie pensait que le système serait mis à l’échelle commercialement, atteignant finalement un coût de panneau solaire de seulement 3/ / watt, produisant de l’énergie à 0,8–0,10 kil par kilowatt / heure (kWh).

Incidemment, en 2019, le prix du solaire par watt (PPW) est d’environ 3 à 4 $. Dans certaines régions, il peut être aussi bas que 2,50 $!

Le coût d’un kilowattheure d’énergie solaire dérivé d’un panneau solaire sur le toit est d’environ 0,06 cents à 0,08 cents cents (contre 0,09 cents à 0,13 cents pour l’énergie dérivée du charbon ou du gaz naturel).

Message à emporter: Ces taux très bas pour l’énergie solaire renouvelable sont extrêmement compétitifs avec l’énergie fossile aujourd’hui.

Malheureusement, un degré d’efficacité énergétique de 41% n’est toujours pas courant pour les systèmes solaires résidentiels ou commerciaux. Cependant, certains travaux réalisés en laboratoire semblent prometteurs.

En plus d’obtenir des rendements plus élevés, les travaux expérimentaux sur les panneaux solaires se concentrent également sur des coûts plus bas et une apparence plus agréable.

3 grands types de panneaux solaires sur le marché aujourd’hui

En fonction de vos besoins énergétiques, de votre budget, de vos préférences cosmétiques et de l’attribution de l’espace, il est important de peser les avantages et les inconvénients de vos trois options de panneaux solaires pour votre maison ou votre entreprise.

Deux de ces types de panneaux solaires sont constitués de cellules solaires à jonction unique. Théoriquement, leur efficacité maximale est d’environ 33%. Le rendement le plus élevé atteint à ce jour avec les cellules à jonction unique est d’environ 22%.

Le panneau solaire à couche mince peut être à une ou plusieurs jonctions en fonction de son (ses) matériau(s). Les cellules solaires à jonctions multiples sont constituées de matériaux différents, dont chacun capture le mieux les photons de longueurs d’onde variables. De cette manière, plus de lumière solaire peut être convertie en énergie électrique.

Panneaux solaires monocristallins

Construits à partir d’un seul cristal de silicium découpé en tranches, les panneaux solaires monocristallins contiennent des rangées et des colonnes de ces tranches. Étant donné que le cristal de silicone (également appelé lingot) est cylindrique, les découper en tranches leur donne des bords arrondis.

Panneaux solaires polycristallins

Polycristallins (également appelés multicristallins) les panneaux solaires ont des cellules solaires contenant de multiples fragments cristallins de silicium. Les fragments peuvent être les morceaux restants de la production solaire monocristalline. Ils sont disposés de manière irrégulière. Ensuite, ils sont fondus ensemble et formés en blocs solides avant d’être coupés en plaquettes. Chaque plaquette est plus rectangulaire que ses homologues monocristallins.

VOIR AUSSI: Panneaux solaires monocristallins vs Panneaux solaires polycristallins

Panneaux solaires à couche mince / h3>

Appelés cellules solaires de deuxième génération, les panneaux solaires à couche mince peuvent être constitués d’une variété de matériaux, notamment:

• Silicium amorphe (sans réseau cristallin)
• Arséniure de gallium
• Séléniure de gallium d’indium de cuivre (CIGS)
• tellurure de cadmium (CdTe)

Chaque tranche d’une cellule à couche mince est super maigre par rapport aux autres types, ce qui la rend flexible. Ils peuvent être appliqués par un adhésif directement sur une surface (comme votre toit, votre bateau ou votre VR), ou installés dans des cadres durables (rack) tout comme les autres types courants de panneaux solaires.VOIR AUSSI: Panneaux Solaires Flexibles: Application et Conseils d’achat utiles

Voici un tableau récapitulatif des trois types de panneaux solaires les plus courants:

(Si vous utilisez un appareil mobile, balayez vers la gauche et la droite pour afficher le tableau en taille réelle.)

Solar Panel Type	Material	Efficiency	Cost	Appearance
Monocrystalline	Pure, single silicon crystal	High (18% or slightly higher)	Highest	Black or dark blue cells with rounded corners
Polycrystalline	Silicon fragments	Medium (15-17%)	High	Blue rectangular cells
Thin-Film	Various	Low (11%, la surface uniforme noire ou bleue

4 Innovations en matière de panneaux solaires

Les objectifs généraux de la recherche et du développement sur les panneaux solaires sont de::

• Augmenter l’efficacité
• Réduire le coût des matériaux
• Augmenter la longévité des systèmes solaires
• Rehausser l’aspect esthétique

Bien que certaines des technologies solaires suivantes ne soient disponibles dans le commerce que dans certaines régions en ce moment, voici un aperçu de ce que vous pouvez espérer partout à mesure que la révolution des énergies renouvelables avance.

Conseil d’achat de panneaux solaires: Lorsque vous commencez à obtenir des estimations pour votre panneau solaire sur le toit ou dans votre jardin, renseignez-vous toujours sur la disponibilité locale de ces nouvelles technologies. Vous aurez peut-être de la chance!

Technologie solaire bifaciale

Les panneaux solaires « à deux faces » sont capables de générer du courant électrique par contact de photons avec les deux côtés des cellules solaires.

Lorsque la lumière du soleil frappe le haut d’un panneau solaire, activant certaines cellules photovoltaïques, elle continue et traverse le panneau. Ensuite, une partie est réfléchie sur la surface sous le panneau (comme un toit). Ces rayons réfléchis exposent les cellules solaires inférieures à une activation supplémentaire des photons.

Les bifaces peuvent être monocristallins ou polycristallins.VOIR AUSSI: Panneaux solaires bifaciaux: Usages et tendances résidentiels

Technologie PV concentrée (CPV)

L’une des technologies de panneaux solaires les plus avant-gardistes utilise des lentilles ou des miroirs incurvés pour diriger la lumière solaire vers un point spécifique, la concentrant ainsi sur une petite cellule solaire à plusieurs jonctions.

Essentiellement, le CPV réduit la perte d’énergie due à la diffusion de la lumière solaire sur une grande surface. En conséquence, l’efficacité est grandement améliorée, encore plus que ce qu’une cellule solaire monocristalline fournira.

À l’heure actuelle, le CPV est coûteux en raison de l’ajout de composants tels que des trackers solaires et des mécanismes de refroidissement.

Technologie des tuiles solaires

En 2016, Elon Musk de Tesla a annoncé le concept d’un toit solaire équipé de tuiles solaires (également appelées ardoises solaires ou bardeaux solaires). Les carreaux solaires fonctionnent comme des panneaux solaires traditionnels. Ils peuvent être réalisés en matériau à couche mince ou en silicium monocristallin.

À l’heure actuelle, les carreaux solaires sont légèrement moins efficaces que les cellules solaires monocristallines conventionnelles.

Cependant, ce système de panneaux solaires n’a pas de support dans lequel les panneaux solaires traditionnels sont placés, et est donc considéré comme plus attrayant visuellement que la configuration courante. Les tuiles solaires sont installées comme des bardeaux d’asphalte conventionnels et couvrent toute la surface du toit.

Tesla estime que leur toit solaire coûte environ 22 $ /sq. FT. tandis que d’autres calculent un prix de 35/ / sq. FT. Pour mettre cela en contexte aujourd’hui, couvrir une maison de taille moyenne avec des bardeaux solaires, cela peut coûter plus de 45 000 $ ou plus.

Panneaux solaires transparents

Découverts par des chercheurs du MIT, les panneaux solaires transparents capturent uniquement les longueurs d’onde de la lumière que nos yeux ne peuvent pas voir (proche infrarouge et ultraviolet) tout en laissant passer la lumière visible.

Ainsi, tout en théorie — des téléphones portables aux ordinateurs portables en passant par les fenêtres – pourrait avoir un panneau solaire transparent à sa surface, produisant de l’électricité, mais vous ne le sauriez jamais!

Voici un schéma d’une cellule solaire transparente – peu coûteuse à démarrer — tirée de la source MIT liée dans cette section.

Actuellement, les rendements des panneaux solaires transparents sont bas de gamme, mais les chercheurs voient 11% ou plus très probablement dans un avenir proche. Notez cependant que si ces cellules couvrent toutes les fenêtres d’un immense gratte-ciel, par exemple, même une efficacité de 5% pourrait facilement couvrir 25% du coût total des besoins en énergie du bâtiment.

Un autre avantage significatif des panneaux solaires transparents par rapport aux panneaux solaires conventionnels est qu’ils n’ont pas besoin de vastes étendues de terre ou d’eau (comme le font les fermes solaires traditionnelles) pour fonctionner.

Les premières applications commerciales (pour téléphones portables) sont attendues dans quelques années.VOIR AUSSI: Panneaux solaires transparents: Réformer l’approvisionnement énergétique futur

Imaginez à quel point l’utilisation généralisée de panneaux solaires transparents pour fenêtres (fenêtres solaires) dans les zones urbaines sera transformatrice! La réalisation de ce jalon dans l’innovation en matière d’énergie solaire fera certainement basculer le modèle de consommation d’énergie mondiale en faveur des énergies renouvelables du soleil.

Principaux points à retenir sur les types de panneaux solaires

Les installations de panneaux solaires ont gagné en popularité et en efficacité tout en diminuant de prix en raison de la révolution de l’énergie verte et propre. C’est le moment idéal pour investir dans un système de panneaux solaires.

Les types les plus courants de panneaux solaires à usage domestique sont composés de cellules solaires monocristallines, polycristallines ou à couche mince. Ils varient en efficacité et en coût. Les panneaux monocristallins sont les plus chers et les plus efficaces. Les panneaux solaires à couches minces sont les moins chers, mais généralement les moins efficaces.

Les cellules solaires polycristallines ont généralement une efficacité modérée et des coûts raisonnables.