Les panneaux photovoltaïques bifaciaux représentent une innovation majeure dans le domaine de l’énergie solaire. Capables de capter et de convertir la lumière solaire sur leurs deux faces, contrairement aux panneaux traditionnels qui ne le font que sur leur face avant, ils offrent une production d’énergie accrue, généralement de 10 à 30% supérieure. Les panneaux bifaciaux présentent également une meilleure performance dans des conditions de faible éclairage ou d’ombrage partiel, car la face arrière continue de produire de l’électricité même lorsque la face avant est partiellement ombragée. En outre, les panneaux bifaciaux offrent une plus grande durabilité et une meilleure résistance aux conditions environnementales extrêmes, grâce à leur structure renforcée et à leur encapsulation entre deux couches de verre ou de matériaux composites.
La promesses des panneaux solaires bifaciaux
Les panneaux solaires bifaciaux sont des panneaux photovoltaïques qui présentent la particularité de capter et de convertir la lumière solaire des deux côtés de la cellule, contrairement aux panneaux solaires traditionnels qui ne sont sensibles à la lumière que sur leur face avant. Cette capacité à utiliser la lumière solaire réfléchie sur la face arrière du panneau permet d’augmenter significativement la production d’énergie.
Les panneaux solaires bifaciaux présentent plusieurs avantages par rapport aux panneaux solaires traditionnels. Tout d’abord, ils offrent une production d’énergie plus élevée, généralement de 10 à 30 % supérieure, grâce à l’utilisation de la lumière solaire incidente sur la face arrière du panneau. Cette augmentation de la production d’énergie permet de réduire la surface nécessaire pour installer des panneaux solaires et d’optimiser l’utilisation de l’espace disponible.
Deuxièmement, les panneaux solaires bifaciaux présentent une meilleure performance dans des conditions de faible éclairage ou d’ombrage partiel, car la face arrière du panneau continue de produire de l’électricité même lorsque la face avant est partiellement ombragée.
Enfin, les panneaux bifaciaux offrent une plus grande durabilité et une meilleure résistance aux conditions environnementales extrêmes, grâce à leur structure renforcée et à leur encapsulation entre deux couches de verre ou de matériaux composites.
La conception des panneaux solaires bifaciaux
La structure des panneaux solaires bifaciaux est similaire à celle des panneaux solaires traditionnels, avec des cellules photovoltaïques encapsulées entre deux couches de verre transparent ou un mélange de verre et de matériaux composites transparents. La transparence de la couche arrière est essentielle pour permettre la pénétration de la lumière solaire et maximiser la production d’énergie. Étant donné que les panneaux solaires bifaciaux sont souvent encapsulés entre deux couches de verre ou de matériaux composites, ils sont généralement plus résistants aux contraintes mécaniques et aux conditions environnementales extrêmes que les panneaux photovoltaïques classiques.
Leur conception emporte certains challenges spécifiques :
- Contrairement aux panneaux photovoltaïques classiques, les panneaux bifaciaux nécessitent des matériaux transparents pour la couche arrière et l’encapsulation. Les concepteurs doivent choisir des matériaux qui permettent une transmission optimale de la lumière, tout en assurant une protection adéquate des cellules contre les conditions environnementales.
- Les panneaux solaires bifaciaux sont exposés à la lumière solaire des deux côtés, ce qui peut entraîner une augmentation de la température des cellules. Une gestion thermique efficace est cruciale pour maintenir un rendement élevé et prévenir la dégradation prématurée des matériaux. Les concepteurs doivent prendre en compte la ventilation, le choix des matériaux et la disposition des cellules pour minimiser l’impact thermique.
- Les panneaux solaires bifaciaux peuvent être plus coûteux à produire que les panneaux photovoltaïques classiques en raison de la complexité des matériaux et de la conception. Les concepteurs doivent trouver un équilibre entre les coûts de production et la rentabilité, en tenant compte des avantages en termes de production d’énergie et de durabilité offerts par les panneaux bifaciaux.
L’importance de la mise en place
Cependant, il est important de noter que l’installation et la conception des systèmes solaires bifaciaux doivent être soigneusement planifiées pour maximiser leur potentiel. La réflexion de la lumière sur la surface arrière du panneau dépend de la nature du sol ou du matériau de support, et un espace suffisant doit être prévu entre les panneaux et le sol pour permettre l’accès à la lumière.
La mise en place est encore plus cruciale pour les panneaux bifaciaux que pour les panneaux monofaciaux. En effet, il ne faut pas gérer qu’une exposition, mais deux ! En effet, la performance des panneaux bifaciaux dépend en grande partie de la réflexion de la lumière sur la surface arrière. Les concepteurs doivent tenir compte de la nature du sol ou du matériau de support et prévoir un espace suffisant entre les panneaux et le sol pour permettre la réflexion de la lumière. Des solutions comme l’installation de surfaces réfléchissantes sous les panneaux peuvent également être envisagées pour améliorer la réflexion de la lumière.
L’angle d’inclinaison et l’orientation des panneaux solaires bifaciaux peuvent avoir un impact significatif sur leur production d’énergie. Les concepteurs doivent analyser les conditions d’ensoleillement et d’ombrage spécifiques au site d’installation pour déterminer l’orientation et l’angle d’inclinaison optimaux qui maximisent la production d’énergie.
Comptabilité avec les autres innovations techniques
Les cellules photovoltaïques utilisées dans les panneaux bifaciaux sont généralement à base de silicium monocristallin ou polycristallin, bien que d’autres matériaux semi-conducteurs puissent également être utilisés. Les cellules à hétérojonction et les cellules PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) sont particulièrement adaptées pour les panneaux solaires bifaciaux en raison de leur meilleure gestion des défauts et de leur efficacité énergétique accrue.
La technologie des panneaux solaires bifaciaux peut être combinée avec diverses autres technologies pour améliorer encore leur rendement et leur performance. Voici une présentation synthétique de la compatibilité des panneaux bifaciaux avec les demi-cellules, la Tiling Ribbon Technology et les cellules PERC :
- Demi-cellules : Les panneaux bifaciaux peuvent être fabriqués en utilisant des demi-cellules au lieu de cellules photovoltaïques entières. La division des cellules en deux réduit la résistance interne et les pertes par ombrage, ce qui améliore l’efficacité globale du panneau. Les panneaux bifaciaux à demi-cellules peuvent ainsi offrir un rendement supérieur et une meilleure tolérance aux ombrages par rapport aux panneaux bifaciaux à cellules entières.
- Tiling Ribbon Technology : Cette technologie consiste à utiliser des rubans conducteurs plats et sans soudure pour connecter les cellules photovoltaïques entre elles. La Tiling Ribbon Technology réduit les pertes d’efficacité dues à la soudure et augmente la surface active des cellules. Les panneaux bifaciaux intégrant cette technologie peuvent bénéficier d’une efficacité accrue et d’une esthétique améliorée en raison de l’absence de soudure visible.
- Cellules PERC (Passivated Emitter Rear Contact) : Les cellules PERC sont une amélioration des cellules solaires traditionnelles, offrant une meilleure efficacité grâce à une couche passivante à l’arrière de la cellule qui réfléchit les photons non absorbés vers la cellule pour une nouvelle chance d’absorption. Les panneaux bifaciaux équipés de cellules PERC peuvent ainsi bénéficier d’une efficacité globale améliorée et d’une production d’énergie accrue.
Comptabilités avec les différentes technologies de cellules
Bien que la bifacialité puisse offrir des avantages pour certaines technologies de cellules photovoltaïques, elle n’est pas nécessairement applicable ou bénéfique pour toutes les technologies de cellules existantes.
Les panneaux solaires bifaciaux sont compatibles avec les cellules en silicium cristallin, notamment les cellules monocristallines et polycristallines. Les cellules à hétérojonction et les cellules PERC s’adaptent particulièrement bien aux panneaux bifaciaux en raison de leur meilleure gestion des défauts et de leur efficacité énergétique accrue.
Au contraire, pour les cellules en couches minces et à multi-jonctions, la bifacialité peut ne pas être aussi avantageuse en raison des différences de structure et de fabrication de ces cellules. Les cellules en couches minces, par exemple, ont une absorption de la lumière plus uniforme sur l’ensemble de leur surface, ce qui rend l’effet bifacial moins bénéfique. Quant aux cellules à multi-jonctions, elles sont généralement utilisées dans des applications à très haut rendement, comme l’aérospatiale, où la bifacialité n’est pas prioritaire.
Pourquoi le rendement annoncé par les panneaux bifaciaux est souvent le même que celui des monofaciaux ?
Les rendements annoncés ne reflètent pas nécessairement la performance réelle des panneaux solaires dans des conditions d’installation et d’utilisation réelles. Les panneaux bifaciaux ont un potentiel de production d’énergie supérieur, surtout lorsque les conditions d’installation et d’éclairage sont optimisées pour tirer pleinement parti de leur conception à double face. Néanmoins, ils peuvent être présentés comme ayant un rendement équivalent, ou même inférieur, en raison des conditions d’essai standardisées.
En effet, les fabricants de panneaux solaires utilisent des conditions d’essai standardisées (STC) pour mesurer et comparer le rendement de leurs produits. Les STC sont basées sur une irradiance solaire de 1 000 W/m², une température de cellule de 25 °C et un spectre solaire AM 1.5. Ces conditions ne tiennent pas compte de la production d’énergie supplémentaire générée par la face arrière des panneaux bifaciaux, ce qui peut expliquer pourquoi les rendements annoncés sont identiques pour les deux types de panneaux.
En outre, c’est ce qui se produit si le panneau est mal installé et que le facteur de bifacialité (la portion de lumière captée par la face arrière) est de 0.