L’efficacité des panneaux solaires photovoltaïques peut être mesurée à travers leur rendement. En effet, 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. Alors, comment peut-on optimiser la production d’électricité et améliorer l’efficacité des installations photovoltaïques ?
Sommaire
- Comment améliorer l’efficacité des panneaux solaires au Luxembourg ?
- Fonctionnement d’un panneau solaire
- Transformation de l’énergie photovoltaïque
- La méthode de capture de l’énergie solaire
- Les limites de l’efficacité des panneaux solaires
Comment améliorer l’efficacité des panneaux solaires au Luxembourg ?
En premier lieu, il est nécessaire de parler du fonctionnement de l’installation photovoltaïque pour connaître les options possibles afin d’améliorer son efficacité. Cela nous aidera à comprendre ses caractéristiques techniques. On déterminera ensuite comment se déroulent la production d’électricité et ses propriétés.
Puis, il sera utile d’aborder la méthode utilisée pour obtenir un rendement optimal. À travers cette méthode, on exploite au maximum le potentiel solaire du module photovoltaïque. 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 pour transformer l’énergie des particules lumineuses en électricité via l’effet photovoltaïque. Le panneau solaire est formé par des cellules solaires branchées en série entre elles. Une cellule photovoltaïque est l’unité d’un panneau solaire. En connaissant le fonctionnement de chaque cellule, nous pouvons connaître le fonctionnement global d’un panneau solaire. Par ailleurs, la qualité de leur composant assure aussi 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. L’illustration suivante va vous aider à connaître les différents composants d’un panneau solaire.
Fig: Vue éclatée d’un panneau solaire – Source: www.jade-technologie.com
Le module solaire est principalement composé de cellules en silicium. Les autres composants (comme le cadre en aluminium) 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.
Pour cela, nous allons voir quelques notions comme le semi-conducteur, la transformation de l’énergie solaire, le rapport entre la transformation d’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. Il est aussi possible pour un matériau de basculer de l’état conducteur à isolant. Cette propriété est connu par les fabricants de panneaux solaires comme propriété semi-conducteur.
Un matériau semi-conducteur peut être pur ou dopé intrinsèque ou extrinsèque. Il sera pur, si sa propriété principale est isolante. Le dopage d’un semi-conducteur est l’étape nécessaire pour 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, et lui donne la propriété 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 du rayonnement 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 et crée les électrons libres et les trous. Les électrons libres vont alors circuler dans un circuit électrique et on obtient l’électricité photovoltaïque.
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 production électrique. Malheureusement, le rendement des panneaux dépend du type de semi-conducteur choisi pour la jonction PN. Le rendement de ce type de panneaux se trouve entre 5 à 20 %, mais il peut atteindre jusqu’à 25 %. C’est un facteur déterminant pour estimer l’efficacité des panneaux solaires.
Importance de la qualité de la transformation
Il est nécessaire de minimiser les pertes possibles pour une meilleure production photovoltaïque. Ainsi, assurer la bonne qualité d’un panneau solaire est une étape cruciale pour avoir un bon rendement et plus d’efficacité. Nous vous recommandons alors de bien choisir les panneaux photovoltaïques. Vous pouvez également demander de l’aide d’un entreprise installateur 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
Il existe aussi un deuxième rendement à considérer à part le rendement de fabrication si vous voulez déterminer l’efficacité des panneaux à capturer l’énergie solaire. En effet, même si le rendement d’un panneau est inférieur à 25 %, il fournira un maximum d’électricité suivant la quantité d’énergie solaire reçue.
Il sera alors nécessaire d’optimiser l’orientation et de l’inclinaison du panneau solaire. Ce dernier reçoit un maximum d’énergie lorsque le rayonnement le frappe perpendiculairement. Il atteint cet angle seulement lorsque le soleil est au zénith.
Votre centrale solaire fournira alors la puissance nominale suivant un certain seuil et en fonction des caractéristiques de l’installation. Cette puissance est estimée suivant l’unité Watt peak (Wp) soit Watt crête. On n’obtient généralement cette puissance qu’entre 11 heures à 13 heures. (Le rendement est au maximum durant ces heures.)
On peut alors évaluer l’efficacité des panneaux solaires avec un calcul simple à l’aide de ces 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 et 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. Mais, vu la difficulté technique de l’opération, nous vous conseillons de faire confiance à une entreprise installateur pour des données plus concrètes.
Le concept: maximum power point tracking (MPPT)
Généralement, le maximum PowerPoint tracking est un caractéristique du régulateur. En effet, il permet de réguler l’électricité reçue et 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 comme nous en avons déjà parlé.
Les limites de l’efficacité des panneaux solaires
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 de transformation d’énergie solaire est en dessous des 25 %.
Au Luxembourg, Bauer Energie vous propose ses services pour exploiter l’énergie solaire photovoltaïque et installer des panneaux solaires efficaces. Nous pouvons aussi 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 d’élément semi-conducteur, une haute température peut perturber la conduction ou la production d’électrons libres de l’installation solaire. 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. Donc ne vous alarmez pas si vous avez une baisse de production lors des périodes de canicules.
Durée de vie
La durée de vie d’un panneau solaire est relativement liée à la qualité du modèle choisi et à son entretien. Avec la technologie actuelle, l’efficacité des panneaux solaires devra rester la même pendant les années de garantie. Un panneau solaire est utilisable pour 30 ans ou 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.
