Comment choisir entre panneaux monocristallins et polycristallins?

Monocristallin vs Polycristallin

L’énergie solaire est l’une des énergies renouvelables les plus populaires. Elle se distingue par sa technologie qui lui permet d’être accessible partout sur la planète. On peut utiliser l’énergie provenant du soleil à travers deux fins ou objectifs : sa chaleur ou sa lumière. Nous pouvons alors obtenir de la température ou de l’électricité.

Pour obtenir de l’électricité, on utilise évidemment des panneaux solaires photovoltaïques. A travers ce domaine, plusieurs technologies de panneau sont disponibles avec différents rendements. Les types de cellules solaires les plus utilisées sont : les monocristallines et les  polycristallines.  Alors quelles sont les options possibles si l’on veut exploiter cette énergie ? Comment distinguer le panneau photovoltaïque monocristallin et polycristallin ?  Pour vous éclairer, Bauer Energie vous présente cet extrait de son centre de ressource. Elle vous permettra de découvrir leur différence ainsi que leur ressemblance entre ces deux modèles de panneaux photovoltaïques.

Le mode de fonctionnement des deux types de panneaux solaires photovoltaïques

Pour aborder le sujet, nous allons présenter le point commun entre ces deux types de panneaux. Il faudra alors commencer par connaître ce qu’est un panneau solaire. Ensuite, nous allons découvrir son fonctionnement à petite échelle à travers la cellule solaire photovoltaïque. Après, nous présenterons les différents types de panneaux solaires existants avec plus de détails. 

Qu’est-ce qu’un panneau solaire photovoltaïque ?

Un panneau solaire photovoltaïque est le dispositif utilisé pour transformer l’énergie de la lumière du soleil en électricité. Pour exploiter l’énergie du rayonnement solaire, on branche en série plusieurs cellules solaires photovoltaïques. C’est pourquoi on peut déduire le fonctionnement d’un panneau solaire à travers une seule cellule solaire. Peu importe le nombre de cellules solaires d’un panneau solaire, il peut fournir de l’électricité mais en quantité proportionnelle. Pour créer un champ photovoltaïque, il suffit de les brancher en parallèle. 

Comment fonctionne une cellule solaire ?

Le fonctionnement d’une cellule est basé sur une combinaison des disciplines qui sont la chimie et l’électricité. En effet, pour la construction d’une cellule photovoltaïque, on a utilisé la technologie du semi-conducteur. Selon un certain phénomène, cette technologie peut faire passer un élément de l’état isolant à conducteur d’électricité, en fonction du semi-conducteur en question. Ainsi la cellule solaire n’est pas construite comme de simples conducteurs. Grâce au rayonnement solaire, il y puise de l’énergie et le transporte.

La cellule solaire est constituée de deux couches de semi-conducteurs respectivement dopés n et p. Elle forme ainsi une jonction PN entre les deux dopages. Le dopage N constitue le semi-conducteur dopé négativement. On peut simplement dire qu’il fournit l’électron avec une charge négative. Le dopage P , contrairement à ce dernier, constitue le semi-conducteur dopé positivement. Il fournit ce qu’on appelle un trou avec une charge positive.

Ainsi, en tout, la cellule photovoltaïque forme un corps stable de charge nul sans la présence du soleil. Le silicium est l’un des matériaux les plus utilisés et les plus communs pour les semi-conducteurs. C’est ainsi qu’on a pu obtenir les cellules de silicium monocristallin et polycristallin. Le fonctionnement au contact du soleil est assez simple.

Le dopage P se trouve sur la surface supérieure de la cellule solaire. Au contact d’une certaine quantité d’énergie lumineuse, des électrons s’échappent de la jonction PN et des trous sont formés. La jonction PN forme comme une sorte de barrière infranchissable pour ces électrons. Or selon leurs charges électriques contraires, les électrons et les trous s’attirent. Les électrons vont alors migrer depuis la jonction vers les trous à travers un circuit électrique. C’est ce déplacement d’électron qui caractérise  un courant électrique.

Quels sont les différents types de panneaux solaires ?

Il existe trois principaux types de cellules solaires :

• les cellules en silicium cristallin (monocristallin et polycristallin) : ces sont celles construit à partir d’un ou plusieurs cristaux de silicium. Elles sont les plus répandues sur le marché et elles sont parmi les plus efficaces. Leur rendement est dans la fourchette de 15 à 20 %.
• les cellules en silicium amorphe : elles sont obtenues à travers des procédés plus simples. La transformation du silicium produit un gaz qui est projeté sur une feuille de verre. Cette dernière sera alors utilisée comme cellule. Elle est très abordable mais son rendement laisse à désirer : seulement 5 à 7 %.
• les cellules en couches minces : à travers sa fabrication, on utilise des couches minces de semi-conducteurs photosensibles sur un support. Les coûts de production sont également réduit et son rendement est assez faible : 5 à 13 %.

Autres types de cellules photovoltaïques

D’autres types de cellules photovoltaïques existent également :

• les cellules à concentration : elles sont utilisées pour un système de suivi de soleil où la lumière sera concentrée sur ces cellules En effet, dans ces conditions, son rendement est de 20 à 30 %. 
• les cellules organiques : elles sont une alternative destinée à réduire l’empreinte écologique de la production de panneaux solaires. Par ailleurs, son rendement est équivalent à une cellule amorphe.
• les cellules CIGS : les semi-conducteurs utilisés sont à base de Cuivre, Indium Gallium et de Sélénium. Ils ne sont pas toxiques et leur technologie part du même principe que pour la cellule organique. Le rendement est excellent (20 %) et peut rivaliser avec les cellules de silicium monocristallin et polycristallin.

Avant d’entrer dans le vif du sujet, il est nécessaire d’expliquer quelques notions en matière d’efficacité énergétique. Le rendement en est la référence. En effet, il est le rapport d’énergie entre celle à l’entrée et celle à la sortie des cellules. Du point de vue énergétique, le rendement est le rapport entre l’énergie des photons et l’énergie électrique.

Cellule solaire monocristalline

La cellule solaire de silicium monocristallin est fabriquée à partir d’un seul cristal. On obtient ainsi une structure homogène, d’où la couleur unifié en noir. Leur fabrication nécessitera alors un grand savoir-faire et des compétences plus techniques. Par rapport à cette texture de cellules, il y aura nette différences avec le modèle polycristallin  Pour faciliter tout ça, nous allons aborder l’étude des cellules monocristallines avec une approche plus simple : du point de vue de l’efficacité, de l’empreinte écologique et de la praticité. Cette approche sera résumée en avantages et inconvénients.

Avantages

Les cellules solaires photovoltaïques à base de silicium monocristallin présentent de nombreux avantages :

– parfait pour les régions peu ensoleillées : Elles ont besoin de moins d’énergie pour créer de l’électricité. Si on le compare avec l’autre modèle pour une même surface de toiture à une même localisation, les panneaux monocristallins se montreront plus efficaces. Ils peuvent récupérer de l’énergie plus tôt dans la journée et plus tard également. C’est le modèle parfait pour obtenir le maximum de rayonnements du soleil et surtout pour des pays comme Luxembourg.

– durée de vie plus longue : Comme les cellules solaires sont formées sous forme d’un seul cristal, la fissuration au bout de plusieurs années est peu probable. Sa résistance au choc est plus importante et lui garantit une durée de vie plus longue.

– rendement surfacique plus élevé : grâce à sa structure homogène, la libération des électrons  est plus importante. Elle s’élève jusqu’à 18 ou 20 % de l’énergie solaire reçue.

Inconvénients

En contrepartie de ses avantages, les cellules présentent quelques inconvénients :

– les coûts de fabrication plus élevés : Pour son savoir-faire spécifique, il faudra davantage de temps et de silice pour pouvoir fabriquer un lingot de silicium monocristallin. 

– fabrication plus énergivore et génératrice de CO2 : Sa fabrication nécessite alors plus d’énergie que le panneau solaire polycristallin.

– rendement plus faible par température élevée : Au-dessus d’un certain seuil de température, le rendement diminue de 0,4 % par degré Celsius.

Cellule solaire polycristalline

La fabrication des cellules solaires à base de cristal de silicium s’effectue sous plusieurs étapes. Leur point départ est la fonte de la silice (c’est aussi le process utilisé pour la fabrication des cellules monocristallines). Une différence nette est palpable entre le monocristallin et polycristallin lors de l’étape de  cristallisation. Contrairement au monocristallin, le polycristallin ne nécessite pas de technique particulière. On laisse le lingot se cristalliser par le biais du refroidissement. Il y aura alors la formation de plusieurs cristaux. C’est d’ailleurs pour cela que la couleur de ce type de panneaux solaires est variée avec des nuances de bleu.

Avantages

Les avantages du panneau polycristallin sont alors :

– moins sensible aux variations de température : Par sa structure, le rendement du panneau solaire polycristallin ne varie pas tellement en fonction de la température.

– rendement plus élevé par forte température : Son rendement est de 13 à 15 % en moyenne. Bien que ce chiffre soit assez faible, elles sont bien adaptées aux régions et pays plus chauds. En effet, la diminution de l’énergie lors d’une forte température est quasi-négligeable.

– production plus régulière par an : à l’aide des deux avantages décrites précédemment, il est évident de croire que la production de ce type de panneaux est plus régulière. Les calculs sur le dimensionnement de l’installation seront alors allégés. Cependant pour plus d’efficacité, il sera préférable de les utiliser dans les pays avec des climats plus tropicaux.

– plus économique et moins cher : Sa production nécessite moins de ressource d’où son prix plus abordable. Il est plus accessible à un plus grand nombre de consommateurs.

Inconvénients

– plus encombrant : Comme le rendement pour le panneau solaire polycristallin est plus bas, une autre solution est nécessaire. Il s’agit d’augmenter le nombre de panneaux solaires pour obtenir environ la même production journalière. La taille du champ pour le monocristallin et polycristallin sont donc différentes.

– durée de vie légèrement inférieure : Une cellule solaire polycristalline est plus fragile sur une longue durée par sa structure non homogène. On peut donc songer à une possibilité de friabilité surtout face au choc et autre facteur mécanique sur longue durée.

Résumé

En outre, on peut en déduire que le choix du panneau solaire dépend essentiellement de vos besoins et de vos moyens. Bauer Energie fournit également d’autres informations qui peuvent vous être nécessaires. Pour synthétiser les données et vous faciliter la compréhension, nous allons réaliser un tableau comparatif. Cela reflétera les points communs et les différences entre le monocristallin et polycristallin. En effet, les détails sont très importants, en particulier pour une installation au Luxembourg. Les caractéristiques météorologiques du pays influencent le choix ainsi que les critères d’écologie. 

Cependant, du point de vue professionnel et pour une installation solaire plus rentable, nous vous conseillons d’utiliser des modèles monocristallins. Ils sont plus adaptés pour les conditions météorologiques au Luxembourg. De plus, ils vous permettront d’exploiter au maximum les panneaux solaires et ils auront une plus longue durée d’utilisation. Vous pouvez faire appel à nos services pour plus d’informations et pour votre installation.