La technologie des demi-cellules photovoltaïques permet d’améliorer l’efficacité énergétique des panneaux solaires et de réduire les pertes électriques associées à l’ombrage partiel et aux défaillances locales.
Le problème de l’ombrage
Dans un panneau solaire traditionnel, chaque cellule solaire est connectée en série, de sorte que le courant généré par chaque cellule doit passer par toutes les autres cellules du panneau. Cela signifie que si une cellule est ombragée ou défectueuse, elle affecte l’ensemble du panneau, réduisant ainsi sa performance globale.
La réponse: les demi-cellules photovoltaïques
Les cellules solaires sont l’élément central des panneaux photovoltaïques: c’est là où l’électricité est produite par effet photovoltaïque. La technologie des demi-cellules consiste à diviser chaque cellule solaire en deux parties, généralement en coupant la cellule en deux de manière symétrique. Ces demi-cellules sont ensuite connectées en série et en parallèle pour former un panneau solaire. Cette configuration modifie la manière dont le courant circule dans le panneau solaire, permettant de minimiser l’impact des cellules ombragées ou défectueuses sur la performance globale du panneau.
En divisant les cellules en deux, nous réduisons également la résistance interne de chaque demi-cellule, ce qui se traduit par une diminution des pertes électriques par effet Joule. En outre, les panneaux solaires à demi-cellules présentent une meilleure tolérance à la température et une réduction du risque de points chauds, ce qui contribue à prolonger leur durée de vie.
Les difficultés de mise en oeuvre
La technologie des demi-cellules photovoltaïques présente plusieurs défis et difficultés liés à sa mise en œuvre :
- Complexité de fabrication : La découpe précise des cellules photovoltaïques en deux moitiés égales nécessite des équipements et des procédés de fabrication plus sophistiqués. Cette complexité accrue peut entraîner des coûts de production plus élevés.
- Connexions électriques supplémentaires : Les panneaux solaires à demi-cellules nécessitent un plus grand nombre de connexions électriques en raison de la configuration en série et en parallèle des demi-cellules. Cela peut augmenter la complexité de la conception du panneau solaire et la probabilité de défaillances électriques.
- Gestion thermique : Bien que les panneaux solaires à demi-cellules présentent une meilleure tolérance à la température et une réduction du risque de points chauds, ils peuvent nécessiter une gestion thermique plus rigoureuse pour garantir une dissipation efficace de la chaleur et prévenir les dommages liés à la surchauffe.
- Formation et expertise : La mise en œuvre de la technologie des demi-cellules peut nécessiter une formation supplémentaire pour les ingénieurs et les techniciens responsables de la conception, de la fabrication et de l’installation des panneaux solaires.
Les technologies de cellules photovoltaïques
La technologie des demi-cellules est principalement appliquée aux cellules photovoltaïques en silicium cristallin, telles que les cellules monocristallines et polycristallines. Cependant, elle n’est généralement pas utilisée pour les cellules en couches minces, à hétérojonction ou à multi-jonctions, en raison des différences dans la structure et la fabrication de ces types de cellules.
- Cellules en couches minces : Ces cellules sont fabriquées en déposant de très fines couches de matériaux semi-conducteurs, comme le tellurure de cadmium (CdTe) ou le diséléniure de cuivre-indium-gallium (CIGS), sur un substrat. La découpe de ces cellules en demi-cellules n’est pas courante, car leur structure et leur méthode de fabrication sont très différentes de celles des cellules en silicium cristallin.
- Cellules à hétérojonction : Ces cellules combinent des matériaux semi-conducteurs à large bande interdite, comme l’amorphe Si ou l’oxyde de silicium, avec des matériaux à bande interdite plus étroite, comme le silicium cristallin. Bien que la découpe en demi-cellules puisse être techniquement réalisable, elle n’est généralement pas pratiquée en raison de la complexité de la structure des cellules et des procédés de fabrication.
- Cellules à multi-jonctions : Ces cellules sont composées de plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs, chacune ayant une bande interdite différente pour capter différentes parties du spectre solaire. La découpe de ces cellules en demi-cellules n’est pas courante en raison de la complexité de leur structure multicouche et des défis liés à la gestion des connexions électriques entre les différentes jonctions.
Compatibilité avec d’autres innovations
La technologie des demi-cellules peut être combinée avec d’autres innovations dans le domaine des panneaux solaires pour améliorer encore leur performance, leur efficacité et leur durabilité. Voici quelques exemples de compatibilité entre la technologie des demi-cellules et d’autres innovations :
- Panneaux bifaciaux : Les panneaux solaires bifaciaux sont conçus pour capter la lumière du soleil sur les deux faces du panneau, ce qui permet d’augmenter leur production d’énergie. La technologie des demi-cellules peut être intégrée à ces panneaux pour réduire les pertes dues à l’ombrage et améliorer leur tolérance à la température. La combinaison des deux technologies permet de créer des panneaux solaires encore plus performants et efficaces.
- Tiling Ribbon Technology : Cette technologie vise à éliminer les espaces entre les cellules photovoltaïques en utilisant des rubans conducteurs soudés directement sur les cellules, réduisant ainsi les pertes de puissance causées par la résistance électrique. La technologie des demi-cellules peut être combinée avec la Tiling Ribbon Technology pour créer des panneaux solaires avec des connexions électriques plus efficaces et une réduction des pertes d’énergie.
- Les cellules PERC (Passivated Emitter Rear Contact) sont dotées d’une couche arrière passivée qui réduit la recombinaison des porteurs de charge et améliore l’efficacité énergétique. En coupant ces cellules PERC en deux pour créer des demi-cellules, on réduit davantage les pertes de puissance dues à la résistance interne et à l’ombrage partiel. Sa combinaison avec les demi-cellules permet de créer des panneaux solaires présentant une meilleure tolérance à la température, une réduction des pertes d’énergie et une amélioration de l’efficacité globale. Les fabricants de panneaux solaires adoptent souvent cette combinaison pour offrir des produits hautement performants et efficaces sur le marché.