Rendement des cellules solaires

L'efficacité de l'ensemble d'une installation photovoltaïque dépend essentiellement du Rendement des cellules solaires, qui Câblage et la performance du Onduleur à partir de. Toutes les valeurs sont rassemblées dans ce que l'on appelle la "valeur de référence". Ratio de performance.

Il s'agit d'un indicateur utilisé dans l'industrie photovoltaïque pour évaluer l'efficacité d'une installation solaire. Il s'agit du rapport entre la l'énergie effectivement produite de l'installation et de la énergie théoriquement possibleLe rendement maximal est la quantité d'énergie qui peut être produite dans des conditions optimales. Ce rendement théorique se calcule à partir de l'énergie rayonnée sur la surface du module et de la rendement nominal du module.

Le ratio de performance serait donc en moyenne annuelle de 100 %Si l'installation photovoltaïque est placée sous Conditions de test standard chez un câblage optimal et avec un Onduleurs sans pertes génère la quantité d'énergie que la somme de toutes les cellules photovoltaïques pourrait théoriquement produire. Les pertes d'énergie dues aux câbles et aux onduleurs sont aujourd'hui d'environ 5 %. Cela met l'accent sur le rendement actuel des cellules solaires. C'est justement dans ce domaine que les choses ont évolué ces dernières années. Grâce à une technologie plus efficace le ratio de performance des installations photovoltaïques a pu être considérablement augmenté. Alors qu'il était de 50 ou 60 % dans les années 1980, il se situe aujourd'hui en moyenne à à 80 ou même 85 %.  

Comment fonctionnent les cellules photovoltaïques ?

Une cellule solaire transforme l'énergie lumineuse en énergie électrique et se compose généralement de silicium, un matériau semi-conducteur. Lorsque Photons sur la cellule solaire, ils libèrent des électrons et génèrent ainsi du courant électrique. Les cellules solaires sont composées de plusieurs couchesElles sont disposées de manière à capter et à utiliser efficacement la lumière entrante. Les couches sont typiquement appelées Couches n et p est désigné par le terme "couche". La couche n est un Matériau semi-conducteurqui contient des électrons en excès, tandis que la couche p Trous d'électrons contient des cellules solaires. Les cellules solaires traditionnelles absorbent la lumière du soleil jusqu'à un Longueur d'onde de 1200 nanomètres et transfèrent l'énergie aux électrons, qui circulent alors de la couche n vers la couche p.

Types de cellules solaires commerciales et rendements

Pour les installations photovoltaïques commerciales, on utilise aujourd'hui en général cellules en silicium monocristallin qui, dans la production en série, ont un Rendement de 25 % sont atteints. Dans les centres de recherche, on a déjà atteint en 2022, dans des conditions de laboratoire, près de 33 % pour les cellules solaires dites tandem et même plus de 45 % pour les cellules solaires quadruples. Cela est possible grâce à l'utilisation de couches supplémentaires qui sont sensibles dans une plage spectrale de 300 à 1780 nanomètres. Grâce à cette nouvelle technologie, la valeur de 33 %, reconnue depuis des années comme limite supérieure, a été dépassée pour la première fois.

Cellules en silicium polycristallin sont moins chers dans la production industrielle et ont aujourd'hui un Rendement jusqu'à 20 %. Elles sont composées de plusieurs cristallites orientés différemment, ont une structure bleutée irrégulière et sont généralement un peu plus petites que les cellules solaires monocristallines. En cas de faible ensoleillement, les cellules en silicium polycristallin produisent tout de même de l'électricité et conviennent donc également aux sites où les conditions de luminosité sont un peu moins bonnes.

Cellules en silicium amorphe ou modules à couches minces se composent d'une fine couche de silicium amorphe (a-Si) comme matériau semi-conducteur actif et ont aujourd'hui un Rendement entre 10 et 13 %. Contrairement au silicium cristallin, qui est composé d'atomes disposés régulièrement, le silicium amorphe est désordonné et présente une densité de défauts plus élevée. Cela signifie qu'il est moins efficace pour transporter les électrons à travers le semi-conducteur. Elles ont l'avantage d'être plus fines et plus légères que les cellules solaires en silicium cristallin et d'avoir une plus grande flexibilité. Elles peuvent donc être utilisées dans des modules solaires flexibles qui peuvent se plier et s'adapter à des formes inhabituelles.

Influences affectant le rendement des cellules solaires

Tout d'abord, la Dégradation qui affecte le rendement des cellules solaires. Pour les modules solaires cristallins modernes, on indique une dégradation de 10 % après environ 20 ans, ce qui leur permet d'atteindre une puissance résiduelle garantie de 90 %. En revanche, les modules à couches minces peuvent perdre jusqu'à 30 % de leur puissance sur la même période en raison de la dégradation.

Un autre facteur essentiel pour le rendement est la Température. En règle générale, plus il fait froid, meilleur est le rendement. Même par les froides journées d'hiver allemandes, les modules solaires se réchauffent facilement lorsque le soleil brille et atteignent des températures de 20° ou plus. Malgré une faible position du soleil, ils sont alors souvent plus efficaces qu'une installation comparable située près de l'équateur. En effet, le rendement des cellules solaires monocristallines, par exemple, diminue de 0,4 % par degré Celsius. Lors des chaudes journées d'été, où un panneau peut rapidement atteindre 70°, les pertes peuvent aller jusqu'à 20 %.

En toute logique, la Alignement des cellules solaires a également une grande influence sur le rendement. Toutefois, les modules solaires peuvent généralement être parfaitement ajustés au rayonnement solaire dans le cas d'installations photovoltaïques sur toit en les montant et dans le cas de parcs solaires ou de carports solaires en les montant de manière optimale. Ce calcul de l'azimut est effectué en amont de la planification de l'installation PV, lors de laquelle le rendement électrique total est également déterminé. Les facteurs d'ombrage possibles sont également pris en compte.

Il ne faut cependant pas sous-estimer l'influence de Salissures sur le rendement des cellules solaires. Avec un angle d'inclinaison de 30-35°, comme c'est généralement le cas en Allemagne, on compte des pertes de 2-3 % en fonction des influences perturbatrices, telles que les feuilles, les aiguilles, la poussière, la suie ou les fientes d'oiseaux. Pour les installations plus plates qui ne s'auto-nettoient pas par la pluie ou la neige, le rendement peut rapidement descendre en dessous de 90 % de la puissance nominale, à moins que les cellules solaires ne soient directement nettoyées.

Efficacité surfacique par rapport aux rendements et aux types de cellules solaires

La taille d'une installation photovoltaïque devrait toujours dépendre de la consommation d'une entreprise. Plus l'électricité est autoconsommée, plus elle est rentable. Ainsi, plus la consommation d'électricité est élevée, plus il est judicieux d'installer un plus grand nombre de modules solaires. Pour calculer le nombre optimal, la consommation est mise en relation avec la surface disponible. Pour cela, la puissance nominale d'une installation PV en kWp (Kilowatt Peak) ou MWp (Megawatt Peak). Si l'on se base sur les rendements des types de cellules solaires, on obtient approximativement les besoins en surface suivants :

Cellules en silicium monocristallin par kWp environ 5 m².

Cellules de silicium polycristallin par kWp environ 6 m².

Cellules en silicium amorphe par kWp Environ 16 m²

Ces valeurs ne constituent toutefois qu'un point de repère approximatif, car chaque projet photovoltaïque est soumis à des conditions différentes. CUBE CONCEPTS installe par exemple le plus souvent des modules monocristallins sur des surfaces de toit de 100×180 cm. Ceux-ci ont aujourd'hui une puissance nominale maximale de plus de 420 W. Toutefois, le choix des modules dépend bien entendu du type d'installation prévu, car dans le cas de Photovoltaïque sur les toits doivent être les respectifs Réserves de charge sur le toit de sorte que d'autres types de modules puissent être utilisés le cas échéant.

Le rendement des cellules photovoltaïques a-t-il augmenté au point que le repowering ait un sens ?

Il n'y a pas de réponse unique à cette question et il faudrait, au moins pour les installations PV qui sont plus de dix ans sont toujours recalculés. Repowering d'installations PV peut s'avérer utile lorsque les anciennes cellules solaires sont remplacées par des cellules plus récentes. le vieillissement ou des dommages leur efficacité ou qu'une rénovation du toit est de toute façon prévue. Le National Renewable Energy Laboratory (NREL) des États-Unis a publié une étude interactive sur les rendements des cellules solaires. Graphique qui donne un aperçu de l'évolution du rendement des différents types de cellules photovoltaïques depuis 1975 jusqu'à aujourd'hui. Si le ratio de performance de votre installation photovoltaïque se situe entre 70 et 75 %, il est certainement judicieux de prendre contact avec les experts en énergie de CUBE CONCEPTS et d'envisager le remplacement des modules photovoltaïques ou des onduleurs.