Types de panneaux solaires: un aperçu comparatif des conceptions et des conseils pour choisir les panneaux

Les énergies alternatives se développent autant que possible en Europe, montrant les résultats de sa promesse. De nouveaux types de panneaux solaires apparaissent, leur efficacité augmente.

Si vous voulez assurer le fonctionnement d'un bâtiment industriel ou résidentiel en raison de l'énergie du soleil, vous devez d'abord vous renseigner sur les différences d'équipement, comprendre quels panneaux solaires conviennent aux conditions climatiques d'une région particulière.

Nous vous aiderons à comprendre ce problème. L'article décrit le principe de fonctionnement des convertisseurs photovoltaïques, donne un aperçu des différents types de panneaux solaires avec une indication de leurs caractéristiques, avantages et inconvénients. Après avoir lu le matériel, vous pouvez faire le bon choix pour organiser un système solaire efficace.

Le principe de fonctionnement des panneaux solaires

La grande majorité des panneaux solaires sont des convertisseurs physiquement photovoltaïques. L'effet de génération d'électricité se produit sur le site de la jonction pn semi-conductrice.

Ce sont les plaquettes de silicium qui constituent la base du coût des panneaux solaires, mais lorsqu'ils sont utilisés comme source d'électricité 24h / 24, vous devrez en outre acheter des batteries coûteuses

Le panneau est composé de deux tranches de silicium aux propriétés différentes. Sous l'influence de la lumière dans l'un d'eux, il y a un manque d'électrons et dans l'autre - leur excès. Chaque plaque a des bandes conductrices en cuivre qui se connectent aux convertisseurs de tension.

Un panneau solaire industriel se compose de nombreuses cellules photovoltaïques laminées liées entre elles et montées sur un substrat flexible ou rigide.

L'efficacité d'un équipement dépend en grande partie de la pureté du silicium et de l'orientation de ses cristaux. Ce sont ces paramètres que les ingénieurs ont essayé d'améliorer au cours des dernières décennies.Le principal problème dans ce cas est le coût élevé des processus qui sous-tendent la purification du silicium et l'emplacement des cristaux dans une direction sur l'ensemble du panneau.

Chaque année, l'efficacité maximale des différents panneaux solaires évolue à la hausse, car des milliards de dollars sont investis dans la recherche de nouveaux matériaux photovoltaïques (+)

Les semi-conducteurs des convertisseurs photoélectriques peuvent être fabriqués non seulement en silicium, mais aussi en d'autres matériaux - principe de la batterie cela ne change pas.

Types de convertisseurs photoélectriques

Les panneaux solaires industriels sont classés en fonction de leurs caractéristiques de conception et du type de couche photovoltaïque fonctionnelle.

Il existe ces types de batteries par type d'appareil:

• panneaux flexibles;
• modules rigides.

Les panneaux souples à couches minces occupent progressivement une niche de plus en plus grande sur le marché en raison de leur polyvalence de montage, car vous pouvez les installer sur la plupart des surfaces avec une variété de formes architecturales.

Les caractéristiques réelles des panneaux solaires sont généralement inférieures à celles indiquées dans les instructions. Par conséquent, avant de les installer à la maison, il est conseillé de voir vous-même un projet terminé similaire

Selon le type de la couche photovoltaïque de travail, les cellules solaires sont divisées en ces variétés:

1. Silicium: monocristallin, polycristallin, amorphe.
2. Tellure de cadmium.
3. À base de séléniure d'indium-cuivre-gallium.
4. Polymère.
5. BIO
6. À base d'arséniure de gallium.
7. Combiné et multicouche.

Tous les types de panneaux solaires présentent un intérêt pour le grand public, mais uniquement les deux premières sous-espèces cristallines.

Bien que certains autres types de panneaux aient une efficacité élevée, mais en raison du coût élevé, ils ne sont pas largement utilisés.

Les cellules photovoltaïques en silicium sont assez sensibles à la chaleur. La température de base pour mesurer la production d'énergie est de 25 ° C. Lorsqu'il est augmenté d'un degré, l'efficacité des panneaux diminue de 0,45 à 0,5%.

Ensuite, les panneaux solaires qui présentent le plus grand intérêt pour les consommateurs seront examinés en détail.

Caractéristiques des panneaux à base de silicium

Le silicium pour panneaux solaires est fabriqué à partir de cristaux de quartz broyés en poudre de quartz. Les gisements de matières premières les plus riches se trouvent en Sibérie occidentale et dans l'Oural moyen, par conséquent, les perspectives pour ce domaine de l'énergie solaire sont presque illimitées.

Aujourd'hui encore, les panneaux en silicium cristallin et amorphe occupent déjà plus de 80% du marché. Par conséquent, il convient de les examiner plus en détail.

Panneaux en silicium monocristallin

Les tranches de silicium monocristallin modernes (mono-Si) ont une couleur bleu foncé uniforme sur toute la surface. Pour leur production, le silicium le plus pur est utilisé. Les photocellules monocristallines parmi toutes les plaquettes de silicium ont le prix le plus élevé, mais offrent également la meilleure efficacité.

Les grands panneaux solaires monocristallins à mécanismes rotatifs s'intègrent parfaitement dans les paysages désertiques. Il fournit les conditions d'une productivité maximale.

Le coût élevé de production est dû à la difficulté d'orienter tous les cristaux de silicium dans une seule direction. En raison de ces propriétés physiques de la couche de travail, une efficacité maximale n'est assurée que lorsque la lumière du soleil est perpendiculaire à la surface de la plaque.

Les batteries monocristallines nécessitent un équipement supplémentaire qui les fait tourner automatiquement pendant la journée afin que le plan des panneaux soit aussi perpendiculaire que possible aux rayons du soleil.

Les couches de silicium avec des cristaux orientés sur un côté sont découpées dans une barre métallique cylindrique, de sorte que les blocs photovoltaïques finis ont la forme d'un carré arrondi aux coins.

Les avantages des batteries au silicium monocristallin comprennent:

1. Haute efficacité avec une valeur de 17-25%.
2. Compacité - une plus petite zone de placement d'équipement par unité de puissance, par rapport aux panneaux en silicium polycristallin.
3. Longévité - une efficacité de production d'énergie suffisante est fournie jusqu'à 25 ans.

Il n'y a que deux inconvénients à de telles batteries:

1. Coût élevé et un long retour sur investissement.
2. Sensibilité à la pollution. La poussière disperse la lumière, par conséquent, l'efficacité des panneaux solaires qui en sont recouverts diminue fortement.

En raison de la nécessité de la lumière directe du soleil, les monocristaux des panneaux solaires sont installés principalement dans les zones ouvertes ou en hauteur. Plus la zone est proche de l'équateur et plus les journées sont ensoleillées, plus l'installation est préférable de ce type particulier de cellules photovoltaïques.

Panneaux solaires polycristallins

Les panneaux de silicium polycristallin (multi-Si) ont une couleur bleue inégale en raison de l'orientation polyvalente des cristaux. La pureté du silicium utilisé dans leur production est légèrement inférieure à celle des analogues monocristallins.

La multidirectionnalité des cristaux offre une efficacité élevée avec une lumière diffusée - 12-18%. Il est plus faible que dans les cristaux unidirectionnels, mais dans des conditions nuageuses, ces panneaux sont plus efficaces.

L'hétérogénéité du matériau conduit également à une diminution du coût de production du silicium. Le métal purifié pour les panneaux solaires polycristallins est coulé dans des moules sans astuces spéciales.

En production, des techniques spéciales sont utilisées pour former des cristaux, mais leur orientation n'est pas contrôlée. Après refroidissement, le silicium est découpé en couches et traité selon un algorithme spécial.

Les panneaux polycristallins ne nécessitent pas une orientation constante vers le soleil, par conséquent, les toits des maisons et des bâtiments industriels sont activement utilisés pour leur placement.

Pendant la journée, avec un ciel légèrement nuageux, les avantages des panneaux solaires en silicium amorphe ne seront pas perceptibles, leurs avantages ne se révèlent qu'avec des nuages ​​denses ou à l'ombre (+)

Les avantages des panneaux solaires à cristaux multidirectionnels comprennent:

1. Haute performance à la lumière ambiante.
2. Possibilité d'installation stationnaire sur les toits des bâtiments.
3. Coût moindre par rapport aux panneaux monocristallins.
4. Durée de l'opération - la baisse d'efficacité après 20 ans de fonctionnement n'est que de 15 à 20%.

Les inconvénients des panneaux polycristallins sont également disponibles:

1. Faible efficacité avec une valeur de 12-18%.
2. Encombrement relatif - nécessite plus d'espace pour l'installation par unité de puissance par rapport aux homologues monocristallins.

Les panneaux solaires polycristallins gagnent une part de marché croissante parmi les autres batteries au silicium. Ceci est assuré par de vastes possibilités potentielles de réduire le coût de leur production. L'efficacité de ces panneaux augmente également chaque année, s'approchant rapidement de 20% pour les produits de masse.

Panneaux solaires en silicium amorphe

Le mécanisme de production des panneaux solaires au silicium amorphe est fondamentalement différent de la fabrication des cellules photovoltaïques cristallines. Ici, on n'utilise pas de non-métal pur, mais son hydrure, dont les vapeurs chaudes se déposent sur le substrat.

Grâce à cette technologie, les cristaux classiques ne se forment pas et les coûts de production sont fortement réduits.

Les photocellules de silicium amorphe précipitées peuvent être montées à la fois sur un substrat polymère flexible et sur une feuille de verre rigide

À l'heure actuelle, il existe déjà trois générations de panneaux en silicium amorphe, dans chacun desquels l'efficacité est sensiblement augmentée. Si les premiers modules photovoltaïques avaient une efficacité de 4 à 5%, maintenant les modèles de deuxième génération avec une efficacité de 8 à 9% sont massivement vendus sur le marché.

Les panneaux amorphes du dernier développement ont une efficacité allant jusqu'à 12% et commencent déjà à apparaître en vente, mais ils sont encore assez chers.

En raison des caractéristiques de cette technologie de production, il est possible de créer une couche de silicium sur un substrat rigide et flexible. Pour cette raison, les modules en silicium amorphe sont activement utilisés dans les modules solaires flexibles à couches minces. Mais les options avec support élastique sont beaucoup plus chères.

La structure physico-chimique du silicium amorphe permet une absorption maximale des photons de faible lumière diffusée pour générer de l'électricité. Par conséquent, ces panneaux sont pratiques pour une utilisation dans les zones nordiques avec de grandes zones libres.

L'efficacité des batteries à base de silicium amorphe ne diminue pas même à des températures élevées, bien qu'elles soient inférieures dans ce paramètre aux panneaux d'arséniure de gallium.

Au même coût d'équipement, les panneaux solaires en hydrure de silicium présentent des performances supérieures à leurs analogues simples et polycristallins (+)

Pour résumer, nous pouvons indiquer les avantages suivants des panneaux solaires amorphes:

1. Polyvalence - la possibilité de fabriquer des panneaux souples et minces, de monter des batteries sur n'importe quelle forme architecturale.
2. Haute efficacité à la lumière ambiante.
3. Travail stable à des températures élevées.
4. Simplicité et fiabilité de la conception. De tels panneaux ne se cassent pratiquement pas.
5. Préservation des performances dans des conditions difficiles - moins de baisse de performance lorsque la surface est poussiéreuse que les analogues cristallins

La durée de vie de ces cellules photovoltaïques, à partir de la deuxième génération, est de 20-25 ans avec une baisse de puissance de 15-20%. Les inconvénients des panneaux de silicium amorphe ne comprennent que la nécessité de plus grandes surfaces pour accueillir des équipements de la puissance requise.

Présentation des appareils sans silicone

Certains panneaux solaires fabriqués à partir de métaux rares et coûteux ont une efficacité de plus de 30%. Ils sont beaucoup plus chers que leurs homologues du silicium, mais ils ont néanmoins occupé une niche de trading de haute technologie, grâce à leurs caractéristiques particulières.

Panneaux solaires rares en métal

Il existe plusieurs types de panneaux solaires en métaux rares, et tous n'ont pas une efficacité supérieure à celle des modules en silicium monocristallin.

Cependant, la capacité de travailler dans des conditions extrêmes permet aux fabricants de tels panneaux solaires de produire des produits compétitifs et de mener des recherches plus poussées.

Les panneaux de tellurure de cadmium sont activement utilisés pour faire face aux bâtiments dans les pays équatoriaux et arabes, où leur surface chauffe jusqu'à 70-80 degrés l'après-midi

Les principaux alliages utilisés pour la fabrication des cellules photovoltaïques sont le tellurure de cadmium (CdTe), le séléniure de gallium et d'indium cuivre (CIGS) et le séléniure de cuivre et d'indium (CIS).

Le cadmium est un métal toxique, et l'indium, le gallium et le tellure sont assez rares et chers, de sorte que la production de masse de panneaux solaires à partir de ceux-ci est même théoriquement impossible.

L'efficacité de tels panneaux est au niveau de 25 à 35%, bien que dans des cas exceptionnels, elle puisse atteindre jusqu'à 40%. Auparavant, ils étaient principalement utilisés dans l'industrie spatiale, mais maintenant une nouvelle direction prometteuse est apparue.

En raison du fonctionnement stable des cellules solaires en métaux rares à des températures de 130 à 150 ° C, elles sont utilisées dans les centrales solaires thermiques. Dans ce cas, les rayons du soleil provenant de dizaines ou de centaines de miroirs sont concentrés sur un petit panneau, qui génère simultanément de l'électricité et assure le transfert d'énergie thermique vers l'échangeur de chaleur à eau.

À la suite du chauffage de l'eau, de la vapeur se forme, ce qui fait tourner la turbine et génère de l'électricité. Ainsi, l'énergie solaire est convertie en énergie électrique simultanément de deux manières avec une efficacité maximale.

Polymères et analogues organiques

Les modules photovoltaïques basés sur des composés organiques et polymères n'ont commencé à être développés qu'au cours de la dernière décennie, mais les chercheurs ont déjà fait des progrès significatifs. L'entreprise européenne montre le plus de progrès Heliatek, qui a déjà équipé plusieurs immeubles de grande hauteur de panneaux solaires organiques.

L'épaisseur de sa construction de film de type rouleau Heliafilm est seulement 1 mm.

Dans la fabrication de panneaux en polymère, des substances telles que les fullerènes de carbone, la phtalocyanine de cuivre, le polyphénylène et autres sont utilisées. L'efficacité de ces cellules solaires atteint déjà 14 à 15% et le coût de production est plusieurs fois inférieur à celui des panneaux solaires cristallins.

La question de la période de dégradation de la couche organique de travail est aiguë. Jusqu'à présent, il n'est pas possible de confirmer de manière fiable le niveau de son efficacité après plusieurs années de fonctionnement.

Les avantages des panneaux solaires organiques sont:

• la possibilité d'une élimination respectueuse de l'environnement;
• faible coût de production;
• conception flexible.

Les inconvénients de ces photocellules comprennent le rendement relativement faible et le manque d'informations fiables sur les périodes de fonctionnement stable des panneaux. Il est possible que dans 5 à 10 ans tous les inconvénients des cellules solaires organiques disparaissent et qu'ils deviennent de sérieux concurrents pour les tranches de silicium.

Quel panneau solaire choisir?

Le choix des panneaux solaires pour les maisons de campagne à une latitude de 45-60 ° n'est pas difficile. Ici, il ne faut considérer que deux options: les panneaux en silicium polycristallin et monocristallin.

En cas de manque d'espace, il est préférable de privilégier les modèles plus efficaces avec une orientation unilatérale des cristaux, avec une surface illimitée, il est recommandé d'acheter des batteries polycristallines.

Ne vous fiez pas aux prévisions des sociétés d'analyse pour le développement du marché des panneaux solaires, car leurs meilleurs échantillons n'ont peut-être pas encore été inventés

En choisissant un fabricant spécifique, la capacité requise et les équipements supplémentaires sont meilleurs avec la participation des dirigeants d'entreprises impliquées dans la vente et l'installation de ces équipements. Vous devez savoir que la qualité et le prix des modules photovoltaïques chez les plus grands fabricants diffèrent peu.

Veuillez noter que lors de la commande d'un équipement clé en main, le coût des panneaux solaires eux-mêmes ne représentera que 30 à 40% du total. Les périodes de récupération de ces projets sont de 5 à 10 ans et dépendent du niveau de consommation d'énergie et de la possibilité de vendre le surplus d'électricité au réseau de la ville.

Certains artisans préfèrent assembler les panneaux solaires de leurs propres mains. Sur notre site, il y a des articles avec une description détaillée de la technologie de fabrication de ces panneaux, leur connexion et leur agencement de systèmes solaires de chauffage.

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3. Schéma de raccordement des panneaux solaires: au contrôleur, à la batterie et aux installations desservies

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Les vidéos présentées montrent le fonctionnement de différents panneaux solaires en conditions réelles. Ils aideront également à comprendre les enjeux du choix des équipements associés.

Règles de choix des panneaux solaires et des équipements associés:

Types de panneaux solaires:

Essais de panneaux monocristallins et polycristallins:

Pour la population et les petites installations industrielles, il n'y a pas de véritable alternative aux panneaux de silicium cristallin. Mais le rythme de développement de nouveaux types de panneaux solaires nous permet d'espérer que bientôt l'énergie solaire deviendra la principale source d'électricité dans de nombreuses maisons de campagne.

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