Efficacité des panneaux solaires
L’énergie solaire est une source d’énergie disponible partout sur notre planète. À cause de son intermittence, il est nécessaire d’optimiser l’efficience de son exploitation avec les installations solaires photovoltaïques. En effet, l’efficacité des panneaux solaires peut être mesurée à travers leur rendement. Alors, comment peut-on optimiser la production d’électricité et améliorer l’efficacité de notre installation ?
Comment améliorer l’efficacité des panneaux solaires au Luxembourg ?
En premier lieu, il est nécessaire de parler du fonctionnement des panneaux solaires pour connaître les options possibles afin d’améliorer son efficacité. Cela nous aidera à comprendre ses caractéristiques techniques. On déterminera alors comment se déroulent la production d’électricité et ses propriétés.
Ensuite, il est utile d’aborder la méthode utilisée pour obtenir un rendement optimal. À travers cette méthode, on exploite au maximum le potentiel solaire. Il est également important d’expliquer les limites de l’exploitation de l’énergie solaire photovoltaïque.
Fonctionnement d’un panneau solaire
Avant tout, il faut comprendre le fonctionnement d’un panneau solaire.
Définition d’un panneau
Un panneau solaire est un dispositif qui permet de transformer l’énergie des particules lumineuses en électricité. Le panneau solaire est formé par des cellules solaires branchées en série entre elles. Une cellule solaire est l’unité d’un panneau solaire. En connaissant le fonctionnement d’une seule cellule photovoltaïque, nous pouvons connaître le fonctionnement global d’un panneau solaire. Par ailleurs, la qualité de leur composant permet d’assurer l’efficacité des panneaux solaires.
Constitution d’un panneau solaire
Afin de bien comprendre un panneau solaire, connaître ses composants n’est pas à négliger. Les problèmes de pannes au niveau d’un panneau solaire prennent généralement en considération ces derniers.
Lors d’un dysfonctionnement, il est nécessaire de détecter la source. Ainsi la liaison entre ces composants est aussi un moyen d’analyser l’efficacité des panneaux solaires. On présentera alors les différents composants d’un panneau solaire à travers l’illustration suivante.
Fig: Vue éclatée d’un panneau solaire – Source: www.jade-technologie.com
Le panneau solaire est principalement composé de cellules solaires. Les autres composants permettent de protéger ces dernières.
En cas de défaut du panneau solaire, il faut voir la boîte de jonction. La couche d’EVA ou éthylène-acétate de vinyle encapsule les cellules photovoltaïques. Elle permet d’éviter tout contact direct de l’humidité et de l’air avec les cellules solaires. Elle possède une forte capacité à transmettre les radiations solaires et elle est très résistante aux rayonnements UV. La couche de verre, la membrane Tedlar et le châssis permettent de protéger le panneau solaire des chocs mécaniques.
Transformation de l’énergie photovoltaïque
Pour passer de l’énergie solaire à l’énergie photovoltaïque, les scientifiques ont utilisé la technologie des semi-conducteurs. Nous nous focaliserons sur une seule cellule solaire afin d’aborder le sujet sous un angle plus technique.
Il est nécessaire de définir dans un premier temps ce que c’est un semi-conducteur. Dans un second temps, nous allons le découvrir sous une vue illustrée, la transformation de l’énergie. Finalement, nous allons découvrir le rapport entre la transformation de l’énergie et l’efficacité des panneaux solaires.
Définitions d’un matériau semi-conducteur
Selon leur capacité à transporter de l’électricité, un matériau peut être soit conducteur, soit isolant. Un matériau qui peut basculer de l’état conducteur à isolant est dit semi-conducteur. Le semi-conducteur peut être pur ou dopé soit intrinsèque ou extrinsèque. Un semi-conducteur pur est l’état où il est isolant. Le dopage d’un semi-conducteur est l’étape qui permet de le rendre conducteur.
On distingue deux sortes de dopage:
– Le dopage N (négatif): il fournit des électrons libres et donc une conduction par les électrons libres.
– Le dopage P (positif): il fournit des trous et donc une conduction par les trous.
Il faut se rappeler que l’électricité est basée sur le déplacement des électrons. Un électron e – est attiré par un trou + pour former un état neutre. Le dopage permet d’ioniser en quelque sorte le semi-conducteur, le permettant ainsi de conduire l’électricité. Le panneau solaire est basé sur ces deux dopages en les rassemblant à une jonction PN. Une partie peut ainsi servir d’émetteur d’électrons libres et l’autre de récepteur d’électrons libres.
Étapes de transformation de l’énergie
Pour transformer l’énergie solaire, on utilise les notions de dopage précédent. L’image suivante illustrera le phénomène se déroulant dans une cellule photovoltaïque qu’on placera à la lumière du soleil. Grâce à l’énergie solaire, les photons vont à la vitesse de la lumière, soit approximativement 300 000 km/s.
Avec cette vitesse, elle crée un choc au niveau de la jonction PN qui permet de créer les électrons libres et les trous. Les électrons libres vont alors circuler dans un circuit électrique. On obtient ainsi de l’électricité.
Figure 1: Transformation de l’énergie solaire – Source: tpe.solaire.chez.com
Remarque
La qualité du semi-conducteur en question est nécessaire au bon fonctionnement de la transformation. Malheureusement, le rendement à ce niveau dépend du type de semi-conducteur choisi pour la jonction PN. Le rendement à ce niveau est généralement dans les 25 à 35 %, mais peut atteindre jusqu’à 45 %. En effet, le rendement est un facteur déterminant pour l’efficacité des panneaux solaires.
Importance de la qualité de la transformation
Pour une parfaite transformation de l’efficacité, il est nécessaire de minimiser les pertes possibles. Ainsi, assurer la bonne qualité d’un panneau solaire est une étape cruciale pour son efficacité. Nous vous recommandons alors d’avoir plusieurs choix de panneaux solaires et les comparer. Vous pouvez également demander de l’aide aux diverses entreprises comme Bauer Energie.
La méthode de capture de l’énergie solaire
Maintenant que vous comprenez mieux le mode de fonctionnement d’un panneau solaire, nous allons pouvoir passer à l’étape suivante.
Orientation et inclinaison
Même à travers un rendement maximal pour la capture de l’énergie solaire, un deuxième rendement est toujours à considérer. Il est important de savoir que même avec un premier rendement inférieur à 50 %, le panneau solaire peut fournir un maximum d’électricité selon l’énergie solaire reçue. Au-dessus d’un certain seuil et en fonction des caractéristiques du panneau, il peut fournir la puissance nominale. Cette puissance est également marquée par l’unité Watt peak (Wp) soit Watt crête. On n’obtient généralement cette puissance qu’entre 11 heures à 13 heures.
L’explication concernant ce fait est simple. Il s’agit de l’orientation et de l’inclinaison du panneau solaire. Le panneau solaire reçoit un maximum d’énergie lorsque le rayonnement le frappe perpendiculairement. Il n’atteint cet angle que lorsque le soleil est au zénith. Le rendement est au maximum durant ces heures.
La cause de ces changements est le déplacement du soleil selon notre référentiel sur Terre. Pour plus d’informations, nous vous conseillons de lire notre article « Orientation et Inclinaison solaire ».
On peut alors évaluer l’efficacité des panneaux solaires avec un calcul simple à travers les deux rendements. Il suffit de faire des relevés chaque heure, l’ensoleillement reçu et l’électricité produit. On peut donc en déduire un coefficient de proportionnalité pour obtenir le premier rendement.
On calcule ensuite le rapport entre la puissance de l’électricité produite et la puissance peak du panneau. La moyenne de ce rapport sera alors le deuxième rendement. Pour réaliser ce calcul, vous aurez besoin d’un panneau solaire. Mais, vu la difficulté technique de l’opération, nous vous conseillons de faire confiance à une entreprise ou aux résultats de recherches scientifiques.
Le concept: maximum power point tracking (MPPT)
Généralement, on reconnaît le maximum PowerPoint tracking comme type de régulateur. En effet, il permet de réguler l’électricité reçue et il permet également de maximiser le rendement. Il peut l’augmenter jusqu’à 30 %.
Par ailleurs, en dehors de ce régulateur, il est également possible d’optimiser l’orientation et l’inclinaison de l’installation. Prenons l’exemple d’un panneau solaire pour l’exploitation de la puissance peak. En faisant en sorte que le panneau solaire se place perpendiculairement par rapport au soleil. La durée de deux heures d’ensoleillement total peut augmenter à cinq heures et même plus.
Les limites d’un panneau solaire
L’efficacité des panneaux solaires peut être remise en question par rapport aux limites de leur technologie. En effet, le panneau solaire présente quelques inconvénients. On peut énumérer le fait que le rendement d’aspiration de l’énergie solaire est en dessous des 50 %.
Au Luxembourg, plusieurs sociétés vous sont proposées pour optimiser votre l’installation. Bauer Energie est l’une des plus expérimentées en matière d’énergie solaire photovoltaïque. Nous pouvons vous conseiller et vous accompagner tout au long de l’installation de votre centrale photovoltaïque.
La température
La température peut représenter un problème pour l’efficacité des panneaux solaires. Comme ils sont constitués de semi-conducteur, une haute température peut perturber la conduction ou la production d’électrons libres. En effet, la conduction d’un matériau est relative à sa résistivité à la température ambiante. Les conducteurs sont les moins résistants à la chaleur comme la plupart des métaux. Au-dessus d’un certain seuil, le rendement peut diminuer de 0,4 % toutes les 1° supplémentaires. Ce cas n’est généralement possible que durant les périodes de canicule.
Durée de vie
La durée de vie d’un panneau solaire est relativement liée à sa qualité et son entretien. Selon la technologie actuelle, l’efficacité des panneaux solaires ne devrait pas diminuer au-delà des 10 ans de garantie. Un panneau solaire devrait vivre entre 30 et 40 ans selon l’estimation de son fabricant. Pourtant, on ne peut atteindre cette durée limite qu’en respectant les consignes d’entretien du panneau solaire.
Entretien du panneau
Pour bien entretenir votre panneau solaire, il suffit de réaliser quelques manœuvres de maintenance préventive. On peut le résumer par le dépoussiérage, le nettoyage du panneau et la vérification du circuit électrique. Il s’agit alors d’éviter toutes les possibilités d’abîmer le panneau solaire. On doit aussi prendre en compte l’emplacement du panneau solaire et l’accès à son emplacement.
