Les panneaux photovoltaïques  existent en plusieurs technologies et peuvent être constitués par différentes cellules:

Les cellules monocristallines, avec un rendement les plus élevés (14-17 %) mais prix plus élevé.

Les cellules polycristallines, avec un rendement standard (10 - 14 %) avec un prix de revient intéressant.

Les cellules au silicium amorphes, avec un rendement faible, (env 5%) mais permet de produire de l’électricité sous faible luminosité, coût faible à moyen.


D’autres cellules de technologies différentes  sont utilisées mais sont en faite minoritaires sur le marché notamment :

Cellules au tellurure de cadmium (CdTe).

Cellules au séléniure de cuivre.

Cellule au  séléniure d'indium (CuIn(Se)) ou  Indium Gallium , CuInGa(Se).

Cellules à colorant ( Cellules de Graetzel - EPFL Lausanne) qui travaillent sur le principe de la photo synthèse pour produire de l’électricité, rendement encore faible et prix élevé.


Un panneau photovoltaïque est constitué de cellules photovoltaïques, pour les capteurs à cellules mono-cristallines et multi-cristallines , il s’agit d’une sorte de galette  très fine (< 0,5mm d’épaisseur) constituée en général de silicium dopé et qui sont inter connectées entre elles comme des piles. Ces cellules  vont produire un courant électrique continu lorsqu’elles sont éclairées par de la lumière.

Les panneaux sont généralement des parallélépipèdes rectangles rigides et minces (quelques centimètres d’épaisseur), dont la longueur et la largeur sont de l’ordre du mètre, pour une surface de l’ordre de 1 à 1,8 m2, et une masse de l’ordre d’une dizaine de kg.


Divers éléments (branchements électriques, fixations, cadre pour assurer une étanchéité et l’encapsulation sont inclus dans le panneau. Il existe également des modules sous forme de membranes souples et résistantes,  ainsi que des panneaux à concentration, plus complexes mais exploitant mieux l’élément le plus cher du panneau, la cellule photovoltaïque.

Leur rendement est un peu plus faible que celui des cellules qui les constituent, du fait des pertes électriques internes et des surfaces non couvertes ; le rendement par m2 du panneau complet est plus faible d’environ 10 à 15 % que celui de chaque cellule. La puissance crête d’un panneau photovoltaïque est de l’ordre de 100 à 200 W/m2 (soit un rendement max entre 10 et 20 %, les fabricants annonçant environ 15 % pour leurs meilleurs panneaux), ce qui donne une puissance crête de 50 à 350 W par panneau, selon ses caractéristiques, notamment sa taille.

 Cette puissance est livrée sous forme de courant continu, ce qui est parfait pour un branchement sur une batterie et pour de nombreuses applications, mais implique une transformation en courant alternatif par un onduleur s’il s’agit de l’injecter dans un réseau de distribution. La tension délivrée dépend du type de panneau et du branchement des cellules. Elle est de l’ordre de 10 à 100 volts.

Outre sa puissance et sa surface, un panneau a trois caractéristiques importantes :

L’écart à la puissance nominale: de l’ordre de +/- 5 %.

La variation de puissance avec la température: (plus de détails dans le paragraphe « pertes de production »).

La stabilité dans le temps des performances: les fabricants garantissent généralement au moins 80 % de la puissance de départ sur 20 à 25 ans).

Un module photovoltaïque ne génére aucun déchet en fonctionnement, son coût de démantèlement quoi que faible par rapport à l’énergie atomique, reste encore un point sensible du fait que les filières de recyclages ne sont pas clairement établies. En ce qui concerne les coûts d’exploitation, il faut impérativement y inclure le changement des onduleurs (durée de vie pas garantie à 25 ans !),  Les assurances  bâtiment (ECA pour la Suisse), et l’éventuel changement d’un capteur défectueux durant les années d’exploitation.

Dans une installation photovoltaïque, pour être parfaitement conséquent, il faut tenir compte des différentes pertes présentes dans ces installations  Notamment :


Pertes de performance

Comme les cellules photovoltaïques sont constituées de semi conducteurs, elles vont vieillir avec le temps avec en moyenne une perte de  rendement d’env 20 %  en 20 ans, ce qui veut dire qu’une installation photovoltaïque de 10 kWp ne produira, après 20 ans, plus que 8 kWp.

 Perte par ombrage partiel

L’environnement d’un module photovoltaïque peut inclure des arbres, montagnes, murs, bâtiments, etc. Il peut provoquer des ombrages sur le module ce qui affecte directement l’énergie collectée.

Perte par ombrage total (poussières ou saletés)

Leur dépôt occasionne une réduction du courant et de la tension produite par le générateur photovoltaïque (Perte entre 3-6 %).

Perte dû à la dispersion de puissance nominale des panneaux

Les modules photovoltaïques issus du processus de fabrication industrielle ne sont pas tous identiques. Les fabricants garantissent des déviations inférieures de 3 % à 10 % autour de la puissance nominale. En pratique, le module solaire photovoltaïque fonctionne en fonction des performances du pire panneau : la puissance nominale est donc généralement inférieure à celle prescrite par le fabricant, ( Perte entre  5 et 6 % ).

Pertes de connexions

La connexion entre modules de puissance légèrement différentes occasionne un fonctionnement à puissance légèrement réduite. Elle augmente avec le nombre de modules en série et en parallèle.( Perte de 3 %).

Pertes angulaires ou spectrales

Les modules photovoltaïques sont spectralement sélectifs, la variation du spectre solaire affecte le courant produit par ceux-ci. Les pertes angulaires augmentent avec l’angle d’incidence des rayons et le degré de saleté de la surface.

Pertes par chutes ohmiques

Les chutes ohmiques se caractérisent par les chutes de tensions dues au passage du courant dans un conducteur de matériaux et de sections donnés. Ces pertes peuvent être minimisées avec un dimensionnement correct de ces paramètres.

Pertes par température

En général, les modules perdent 0,4 % par degré supérieur à sa température standard (25 °C en conditions standard de mesures STC). La température d’opération des modules dépend de l’irradiation incidente, la température ambiante, la couleur des matériaux et la vitesse du vent (perte entre 5 % et 14 %).

Pertes par rendement DC/AC de l'onduleur

L'onduleur peut se caractériser par une courbe de rendement en fonction de la puissance d’opération ( Perte de env. 6 %).

Pertes par suivi du point de puissance maximum

L'onduleur dispose d’un dispositif électronique qui calcule en temps réel le point de fonctionnement de puissance maximum ( Perte de env 3 %).

L’énergie réellement captée par un module dépend de la surface et de la puissance nominale du panneau mais aussi de l’ensoleillement,

Une carte de l’ensoleillement  (www.meteonorm.com) indique quelle énergie le soleil fournit en fonction de la localisation géographique. Selon le rendement des capteurs, il est alors possible d’évaluer la quantité d’énergie électrique qu’il sera possible de produire.

Comme beaucoup de variables interviennent selon la latitude, la saison, l’heure de la journée, la météo, le masquage subi, etc. chaque installation , chaque site d’implantation  devrait être étudié  spécifiquement, néanmoins, une règle de calcul simplifiée, basée sur une évaluation globale et statistique, indique qu’en Europe et en Suisse, chaque Wc (Watt crête) de puissance capteur installé permet la production d’un peu moins de 1 kWh d’énergie sur l’année, presque le double dans des zones très bien ensoleillées, dans le sud de l’Europe et avec un suiveur automatique.

Production électrique estimée avec du photovoltaïque

Références :

Performances et pertes de production

PV = PhotoVoltaïque

Capteurs thermique
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