L’efficacité c’est la proportion de puissance produite par la superficie du panneau (W/m²), comparé à l’énergie disponible.
La puissance disponible provenant du soleil est estimée à 1000W/m² au sol (à l’horizontal). C’est d’ailleurs un des paramètres de la norme STC (Standard Test Conditions), sur laquelle tous les fabricants se basent pour déterminer la puissance de leurs panneaux. Si la puissance solaire disponible n’est que de 800W/m², le panneau va produire que 80% de sa puissance nominale.
La puissance solaire disponible peut varier d’un moment à l’autre selon les conditions météorologique (nuages, particules dans l’air tel que l’humidité et la pollution, temps de la journée, ombrage, saison, etc.), mais pour fins de comparaison, on se base sur 1000W/m².
Donc si on a un panneau de 200W ayant une superficie totale de 1m², on obtient une efficacité de 20%.
Un panneau monocristallin est-il plus efficace qu’un panneau polycristallin?
Pas nécessairement… Bien que les cellules monocristallines soient plus efficaces, s’ils sont assemblés dans la même superficie de panneau, à puissance égale, l’efficacité reste la même.
Si on garde le principe de puissance par superficie, mais appliqué à la cellule plutôt qu’au panneau, à dimensions et puissance égale, le monocristallin a l’avantage, car bien que les dimensions soient égales, la superficie ne l’est pas dû aux coins arrondis. C’est d’ailleurs un des caractéristiques qui aide à distinguer les deux types, ainsi que la texture et couleur. On peut donc conclure que les cellules monocristallines sont plus efficaces.
Mais une fois assemblés dans un panneau, les coins arrondis réduisant la superficie de production énergétique, produisant des losanges blancs une fois assemblés sur le panneau, la superficie totale occupée sur le panneau reste la même pour les deux types.
En bref, on peut considérer la superficie occupée par la cellule comme étant active (contribue à augmenter l’efficacité du panneau), et les superficies inoccupées par les cellules (en blanc), incluant le cadre, comme étant inactive (diminue l’efficacité du panneau).
Pourquoi les coins arrondis?
C’est dû au processus de formation monocristalline (littéralement un seul cristal). Le cristal est formé en plongeant la pointe d’un cristal formé en laboratoire dans un creuset de silicium fondu, et en le retirant lentement en tournant. Le lngot produit est cylindrique, à partir duquel on coupe de fines tranches pour obtenir des cellules. Cette méthode élimine les impuretés qui peuvent se trouver dans le silicium, car elles ne se cristallisent pas dans le lingot.
D’ailleurs, les premiers panneaux solaires avaient des cellules rondes. Mais cette géométrie ne produit pas des panneaux très efficaces (beaucoup de surface inactive).
Les fabricants pourchassant la meilleure efficacité possible vont (entre autres) chercher à réduire au maximum les coins ronds afin d’optimiser la superficie occupée par les cellules, et ainsi réduire la superficie inactive (habituellement en blanc) du panneau. En revanche, ça augmente les pertes lors de la production des cellules monocristallines, qui est déjà plus coûteuse que pour les cellules polycristallines, alors ce type de panneau à tendance à être plus dispendieux. La superficie de cellule produite par lingot est moindre, avec plus de retailles, alors il faut refondre les retailles pour faire plus de lingots.
La production de cellules polycristallines est beaucoup simple (et moins dispendieuse). Le silicium fondu est coulé dans des moules et laissé refroidir. La cristallisation se forme aléatoirement dans le matériau, ce qui donne littéralement l’aspect cristallin aux cellules. Si le silicium contient des impuretés, elles sont cristallisées dans le lingot et peuvent se retrouver dans une cellule. Toutefois, noter que les méthodes de raffinement s’améliorent continuellement, ce qui réduit l’impact de performance dues aux impuretés.
Qu’en est-il des performances dans les conditions réelles?
Bien que les deux types de panneaux offrent la même puissance selon les normes STC, ils n’auront pas la même performance dans toutes les conditions.
Les panneaux polycristallins ont tendance à avoir un coefficient de température plus élevé. Qu’est-ce que ça veut dire? La température a plus d’effet sur leur performance. Eh oui, la température a un impact sur la performance des panneaux solaire, et c’est d’ailleurs un autre facteur pris en compte dans la norme STC. Les panneaux sont tous cotés à 25°C afin de mieux les comparer.
Le coefficient de température est généralement exprimé en %/°C, et on trouve généralement 3 valeurs par modèle de panneaux, soit pour le Voc (Voltage en circuit ouvert), le Isc (Intensité du courant en court-circuit) et le Pmax (Puissance maximale).
Coefficients de température
Les valeurs ayant le plus d’importance sont celles du Voc et du Pmax, car ce sont ceux qui ont le plus d’impact. Notez que ces deux valeurs sont en négatif. Cela veut dire que lorsque la température augmente, ces valeurs diminuent, et vice-versa. Et plus le coefficient est élevé, plus la variation est importante. Un panneau dont le coefficient Voc est élevé et qui est très chaud (à plat sur un toit en pleine canicule) pourrait voir son voltage réduit au point qu’il n’est plus suffisant pour recharger des batteries.
Les panneaux monocristallins ayant généralement un coefficient de température moins élevé auront moins de perte de performance dû à la chaleur.
Et si on inverse la situation… Dans la froidure de l’hiver Québécois, le coefficient de température peut signifier un gain de puissance intéressant, surtout avec les journées raccourcies, à condition d’avoir un contrôleur de charge MPPT avec suffisamment de puissance pour en profiter.
Les myths…
Tel panneau performe mieux sous ombrage partiel qu’un autre…
Bien qu’il soit difficile de prouver le contraire (sans faire de tests à grand déploiement pour chaque modèle, en tenant compte de tous les facteurs qui peuvent influencer la performance d’un panneau), gardez en tête qu’on parle d’une différence tout au mieux marginale. Le fait est que les panneaux sont formés en connectant les cellules en série, et la performance du panneau sera dictée par la puissance de sa cellule la moins performante (la moins exposée au soleil direct). Si un ombrage couvre une ou plusieurs cellules complètement, il est probable que le panneau va fournir tout au plus 5% de sa performance nominale.Cela dit, il existe des panneaux formés de cellules partielles, et en intégrant multiples séries de fractions de cellules en parallèle, on minimise le risque qu’un ombrage partiel affecte la totalité du panneau. En fin de compte c’est comme mettre plusieurs petits panneaux en parallèle dans un plus gros panneau. Le revers de la médaille est qu’on augmente le coût de fabrication du panneau, et également le nombre de joints de soudure, donc un plus grand nombre de points de défaillance. Et si ça se trouve, il faut remplacer le panneau complet. Mettre plusieurs petits panneaux à la place peut simplifier un remplacement potentiel tout en donnant plus de flexibilité avec l’emplacement des panneaux, surtout quand l’espace est limité et non-contigu (éparpillé).
Pas besoin de soleil direct pour charger…
D’accord, mais pas vraiment… Les panneaux sont conçus pour produire leur puissance nominale au soleil direct, et tel que discuté précédemment, est sensible à la puissance disponible par l’exposition au soleil (W/m²). On peut produire un voltage presque complet avec de l’éclairage intérieur, mais dès qu’on essaie de tirer du courant, le voltage s’écrase à 0V. Et puisque la puissance en Watts est le produit de Volt et Ampères (W = V x A), 0V = 0W. C’est parce que la source d’éclairage n’a pas de puissance potentielle que le panneau peut transformer en courant. De la même façon, dépendamment de la puissance disponible dans la lumière indirecte du soleil, il est probable que votre panneau ne produise que 10 à 20% de sa puissance nominale. Et si cette puissance est utilisée pour recharger des batteries, l’efficacité de la charge est d’autant plus réduite, car la majorité des batteries ont besoin d’un courant minimum pour se recharger correctement.