Types de panneaux solaires et analyse de l'efficacité de la production d'énergie
2025-01-11
Il existe plusieurs types de panneaux solaires en raison des matériaux et des processus de fabrication différents qui composent les panneaux.
Les modules photovoltaïques, également appelés panneaux solaires, sont les composants les plus importants dans les systèmes de production d'énergie solaire. Un module photovoltaïque complet est composé de dizaines de cellules solaires, de boîtes de jonction et de cadres. Étant donné que les cellules solaires individuelles ne peuvent pas être utilisées directement comme sources d'énergie, pour les utiliser comme telles, il est nécessaire de connecter plusieurs cellules individuelles en série ou en parallèle et de les emballer de manière étanche dans des modules.
Dans cet article, nous allons présenter les principes de fonctionnement et comparer l'efficacité de production d'énergie de plusieurs types de panneaux solaires.
Le principe de la production d'énergie solaire repose sur le fait que la lumière du soleil frappe la jonction p-n semi-conductrice de la cellule photovoltaïque, formant ainsi de nouvelles paires électron-trou. Sous l'effet du champ électrique de la jonction p-n, les trous se déplacent de la région p vers la région n, et les électrons se déplacent de la région n vers la région p. Lorsqu'un circuit est connecté, un courant se forme. Sa fonction est de convertir l'énergie solaire en énergie électrique et de l'envoyer à une batterie pour stockage, ou de faire fonctionner une charge.
Trois différentes technologies de panneaux solaires
1.Technologie des cellules solaires en silicium cristallin
Il existe des différences entre le silicium monocristallin et le silicium polycristallin. L'avantage réside dans un taux de conversion photoélectrique plus élevé, pouvant dépasser 21 %. Cependant, l'inconvénient est que le prix est relativement élevé. La technologie des cellules solaires en silicium cristallin est la technologie dominante sur le marché actuel.
2.Technologie des cellules solaires à couche mince
Les avantages de la technologie des cellules solaires à couche mince sont une faible utilisation des matériaux et un prix de vente réduit. Cependant, son principal inconvénient est que son taux de conversion photoélectrique n'est que la moitié de celui du silicium cristallin, avec une efficacité de conversion de seulement 6 % à 10 %. Par conséquent, sa part de marché est toujours restée très faible.
3.Nouvelle technologie des cellules solaires
La nouvelle technologie des cellules solaires présente des avantages tels qu'un taux de conversion élevé et un faible coût. Les cellules photovoltaïques en pérovskite représentent une nouvelle génération de produits solaires, qui pourraient être les premières à être produites en masse. L'efficacité théorique limite des cellules en pérovskite à simple jonction peut atteindre 33 %, ce qui est supérieur à celle des cellules en silicium cristallin et des cellules à couche mince. Cependant, le principal inconvénient des cellules photovoltaïques en pérovskite est la dégradation importante de leur efficacité. Tant que ce problème ne sera pas résolu, elles ne seront pas utilisées à grande échelle.
Panneaux solaires : Silicium polycristallin et monocristallin
Selon les différents matériaux, les panneaux solaires peuvent être divisés en deux types distincts : le silicium polycristallin et le silicium monocristallin.
1. Modules photovoltaïques en silicium polycristallin
Les modules photovoltaïques fabriqués à partir de plaquettes de silicium polycristallin. Le silicium polycristallin est produit à partir de blocs de silicium polycristallin à l'aide d'un procédé de coulée en lingots (lingots de silicium carrés).
2. Modules photovoltaïques en silicium monocristallin
Les modules photovoltaïques fabriqués à partir de plaquettes de silicium monocristallin. Le silicium monocristallin est produit à partir de blocs de silicium polycristallin en utilisant le procédé de tirage de tige (tiges de silicium rondes).
Deux types de panneaux solaires : P-type et N-type
1.Modules photovoltaïques de type P
Les modules photovoltaïques assemblés avec des cellules solaires de type P. Les cellules solaires de type P sont des plaquettes de silicium imprégnées de l'élément trivalent "bore" lors du processus de dopage des cellules, et l'élément "gallium" peut également être ajouté. Le taux de conversion des modules photovoltaïques de type P produits en masse en 2023 est d'environ 21,1 % à 21,5 %.
2. Modules photovoltaïques de type N
Les modules photovoltaïques assemblés avec des cellules solaires de type N. Les cellules solaires de type N sont des plaquettes de silicium imprégnées de l'élément pentavalent "phosphore" lors du processus de dopage des cellules, et l'élément "arsenic" peut également être ajouté. Les cellules de type N ont été produites en masse en 2023, et le taux de conversion des modules photovoltaïques est d'environ 22,1 % à 22,5 %.
Types de panneaux solaires selon différents procédés structurels
1. Processus de structure à demi-cellules
Une cellule est découpée en deux parties, puis assemblée pour former un module photovoltaïque.
2. Processus de structure en tuiles (Shingled)
Une cellule solaire est découpée en cinq à six bandes longues, puis les bords de plusieurs petites cellules solaires sont superposés à l'aide de colle conductrice pour assembler un module photovoltaïque.
3. Technologie des modules flexibles
Les modules flexibles, également appelés modules légers, sont des modules photovoltaïques pliables, particulièrement adaptés à une installation sur des toits incurvés. Une solution consiste à utiliser des panneaux flexibles à la place de panneaux en verre, en se basant sur la technologie des modules photovoltaïques en tuiles (shingled). Une autre solution repose sur l’utilisation de batteries à couche mince pour fabriquer des modules photovoltaïques flexibles.
Différents types de classification des cellules de panneaux solaires selon leur taille
(I) Introduction aux cellules de taille 182 et 210
1.Fabricants de modules photovoltaïques de taille 182:
Modules photovoltaïques avec une taille unique de cellule de (182 mm x 182 mm).
2. Fabricants de modules photovoltaïques de taille 210:
Modules photovoltaïques avec une taille unique de cellule de 210 mm x 210 mm.
(II) Taille des modules photovoltaïques rectangulaires et introduction des cellules
1. Taille des modules photovoltaïques rectangulaires:
Le 7 juillet 2023, neuf fabricants de modules photovoltaïques ont convenu d’uniformiser la taille des modules photovoltaïques rectangulaires à 2382 mm x 1134 mm.
2. Taille des cellules solaires rectangulaires:
Le 8 août 2023, six fabricants de modules photovoltaïques ont convenu d’uniformiser la taille des cellules solaires rectangulaires à 182,2 mm x 191,6 mm.
Comparaison des voies techniques des modules photovoltaïques de type P et de type N
(I) Voie technique des cellules de type P
1.BSF
La technologie BSF est une technologie de pile à champ arrière en aluminium avec une passivation du champ arrière en aluminium. Son efficacité de conversion est inférieure à 20 %. En 2015, elle était la technologie dominante dans l'industrie photovoltaïque, représentant 90 % du marché. En raison de son faible taux de conversion, elle est désormais presque entièrement abandonnée.
2.PERC
La technologie PERC repose sur la passivation de l'émetteur et le contact arrière. Son efficacité de conversion est d'environ 23 %, ce qui en fait actuellement la technologie dominante avec la plus grande part de marché. La plupart des modules photovoltaïques de type P utilisent la technologie PERC, avec un taux de conversion réel supérieur à 21 %. En 2020, les cellules PERC représentaient plus de 85 % du marché mondial, et actuellement, les cellules PERC bifaces sont les plus courantes.
(II) Voie technique des cellules de type N
1. Cellule à contact électrode arrière intégral (IBC)
La cellule IBC a vu son efficacité de conversion augmenter régulièrement chaque année. L'efficacité moyenne de conversion en production de masse est de 24,5 %, et la limite théorique d'efficacité de conversion est de 26,2 %.
2.Cellule hétérojonction HJT
La cellule HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin Layer) utilise une technologie de jonction hétérogène avec couche mince intrinsèque. Le principe de base est d'utiliser des cellules solaires en silicium cristallin comme couche de base, superposée avec une technologie solaire à couche mince. Cette technologie appartient à la voie des composants de type N. Il existe deux types de cellules hétérojonction : HJT et HIT. L'efficacité moyenne de conversion en production de masse est de 24,73 %, avec une limite théorique d'efficacité de 27,5 %.
3. Cellule à contact passivé TNC
Les cellules TNC à contact passivé ont actuellement une efficacité de conversion en production de masse dépassant 25,1 %.
4.Technologie TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact)
La technologie TOPCon repose sur un contact passivé par une couche d'oxyde tunnel. L'efficacité maximale en production de masse dépasse 25 %, et la limite théorique d'efficacité de conversion est de 28,7 %.
(III) Lequel a de meilleures perspectives de développement : les modules photovoltaïques de type P ou de type N ?
1.Modules photovoltaïques de type N
L'efficacité limite théorique des cellules TOPCon de type N est de 28,7 %, et le taux de conversion des modules photovoltaïques de type N produits en masse sur le marché est d'environ 22,1 % à 22,5 %. Il reste encore beaucoup de place pour des améliorations dans les technologies futures.
2.Modules photovoltaïques de type P
L'efficacité limite théorique des cellules PERC de type P est de 24,5 %, et le taux de conversion des modules photovoltaïques de type P produits en masse est d'environ 21,1 % à 21,5 %. L'espace de développement technologique est proche du goulet d'étranglement, avec très peu de marge pour de futures améliorations techniques.
D'après les dernières tendances d'investissement et de technologie des différents fabricants de cellules, le type P se spécialise principalement dans la technologie PERC, tandis que le type N développe quatre ou cinq technologies de cellules. Bien que la production des modules photovoltaïques de type N soit faible et que leur prix soit élevé, à long terme, la part de marché des modules photovoltaïques de type N dépassera celle des modules de type P. Il est prévu que les modules photovoltaïques de type N deviennent les produits dominants après 2025.
Système de stockage d'énergie modulaire industriel et commercial
Introduction aux solutions de stockage d'énergie les plus complètes
