Cellules solaires : quels modules solaires offrent actuellement la meilleure technologie et les plus grandes performances ?

Le développement technique des cellules solaires continue de progresser rapidement. Ce qui était ultramoderne et innovant hier est souvent dépassé demain. Les progrès techniques rendent les systèmes de plus en plus stables et efficaces, ce qui entraîne une demande croissante d'électricité photovoltaïque. Cela devrait être encore stimulé par la loi sur la protection du climat et par l’objectif de neutralité climatique que l’Allemagne vise d’ici 2045. C’est pourquoi on peut s’attendre à une croissance significative des énergies renouvelables dans les années à venir.

Les différents types de modules solaires jouent un rôle crucial dans l'efficacité de la technologie photovoltaïque. Dans ce pays, il existe quatre types de modules en particulier qui dominent l'utilisation dans les systèmes photovoltaïques. Nous vous présenterons leurs avantages et inconvénients ainsi que leurs perspectives.

Modules solaires : quels types existe-t-il ?

Les types de modules photovoltaïques se caractérisent par leurs différences de conception technique parfois significatives. Cela signifie qu’ils fournissent des résultats très différents en termes de performances, de durée d’utilisation et de coûts. Ci-dessous, nous souhaitons les examiner de plus près :

• Modules verre-verre / double verre
• Modules polycristallins
• Modules monocristallins
• Modules à couches minces
• Modules CIS/CIGS

Grâce au module en verre doté de la technologie des cellules bifaces, la lumière est captée à la fois à l'avant et à l'arrière du module. L'augmentation de l'utilisation de la lumière augmente l'efficacité du module.

Convient à:

• Cellules solaires à deux surfaces, bifaces ou bifaciales – informations intéressantes sur les modules solaires
• BSC – Cellules Solaires Bifaciales : Histoire de la cellule solaire bifaciale ou double surface
• Modules solaires : modules bifaciaux/bifaciaux pour plus d'efficacité et une efficacité lumineuse accrue – conseils, planification & solutions

Les modules photovoltaïques polycristallins, comme les modules monocristallins associés, sont constitués de silicium. Une fois fondu, il est versé dans des moules carrés allongés et refroidi lentement. Les structures cristallines résultantes sont divisées en étapes de production ultérieures et décomposées en disques qui forment les cellules solaires polycristallines. Visuellement, ils se caractérisent par leur couleur bleue éclatante.

Ce procédé présente l’avantage d’être relativement peu coûteux, c’est pourquoi les modules photovoltaïques polycristallins ont longtemps été parmi les cellules solaires les plus utilisées. La technologie a fait ses preuves en service depuis longtemps et est donc extrêmement fiable. Outre sa faible sensibilité aux pannes, ce système présente également une longue durée de vie. Cependant, le processus de fabrication présente l'inconvénient qu'un flou se produit au niveau des couches limites des cristaux individuels. Cela signifie que le rendement de ces cellules solaires se situe seulement dans la moyenne, soit entre 12 et 16 %. Cela augmente l’encombrement et réduit l’efficacité.

Deux autres inconvénients communs aux modules polycristallins et monocristallins sont leur poids relativement élevé et leur perte de performances dans des conditions d'éclairage diffus et de températures élevées.

Les modules monocristallins sont également constitués de silicium. Contrairement à la structure polycristalline, le silicium est fondu une seconde fois, créant des monocristaux en forme de colonne (d'où « mono »). Ils ne souffrent pas des pertes par frottement observées avec les modules polycristallins. Cela conduit à une efficacité plus élevée pouvant atteindre 20 % pour les cellules solaires chatoyantes bleu foncé à noir.

Outre leur faible sensibilité aux pannes et leur mise en œuvre éprouvée depuis des décennies, les modules monocristallins se caractérisent par leur faible encombrement. Cependant, ces modules sont relativement coûteux à produire. À cela s’ajoute leur poids relativement élevé et leur efficacité réduite dans de mauvaises conditions d’éclairage et à températures élevées.

En résumé, les deux formes de modules cristallins fonctionnent efficacement. Cependant, ils sont relativement lourds, bien que les modules solaires monocristallins constituent le meilleur choix lorsque l'espace est limité en raison de leur efficacité supérieure. Leur plus grande efficacité leur a permis de prévaloir souvent sur les cellules solaires polycristallines malgré leur prix plus élevé.

Cependant, le prix (par kWc) jusqu'à un tiers inférieur des modules polycristallins garantit qu'ils continuent à jouir d'une grande popularité, en particulier dans les grandes installations photovoltaïques sans restrictions d'espace.

Comme leur nom l’indique, les modules à couches minces se caractérisent par leur très faible profondeur. Les modules à couches minces sont traditionnellement fabriqués avec des semi-conducteurs en silicium amorphe. Dans ce système, un matériau support, généralement en verre, est vaporisé en une fine couche. Grâce à cette méthode de construction, les cellules solaires à couches minces sont environ 100 fois plus fines que les deux modules solaires constitués de tranches de silicium.

En microélectronique, photovoltaïque et technologie des microsystèmes, les plaquettes sont des disques circulaires ou carrés d'environ un millimètre d'épaisseur. Ils sont fabriqués à partir de flans monocristallins (semi-conducteurs), appelés lingots, et servent généralement de substrat (plaque de base) pour les composants électroniques, notamment les circuits intégrés (IC, « puce »), les composants micromécaniques ou les revêtements photoélectriques. Lors de la fabrication de composants microélectroniques, plusieurs tranches sont généralement combinées en un seul lot et traitées directement les unes derrière les autres ou en parallèle.

C'est également l'un des principaux avantages des modules à couches minces, car leur faible poids permet une utilisation très flexible et polyvalente. C'est pourquoi ces modules sont utilisés depuis longtemps non seulement dans les grands systèmes photovoltaïques, mais également pour produire de l'électricité dans les montres et autres petits appareils électriques. De plus, les modules à couches minces sont faciles à fabriquer et peu coûteux à produire en raison des faibles besoins en matières premières, ce qui a donné un élan supplémentaire à leur diffusion. Leur courbe de performance ne s'aplatit pas non plus autant dans des conditions d'éclairage défavorables qu'avec les deux modules cristallins mentionnés ci-dessus.

Cependant, les modules étroits présentent l'inconvénient d'avoir un rendement bien inférieur à celui des autres cellules solaires. Cela représente jusqu'à 7 %, leur utilisation dans les systèmes photovoltaïques nécessite donc une quantité d'espace importante. Afin d’obtenir une efficacité plus élevée, les fabricants se sont désormais tournés vers la production de modules à couches minces contenant du tellurure de cadmium (CdTe). Le principe de conception présente l'avantage d'un rendement légèrement supérieur pouvant atteindre 8 %. Il est particulièrement adapté à une utilisation dans les zones présentant des niveaux élevés de brume et de brouillard ainsi que de lumière diffuse. Cependant, les utilisateurs doivent accepter des prix plus élevés et, lors du démontage, des coûts supplémentaires pour le recyclage plus coûteux du cadmium contenu dans les modules. Malgré l'augmentation des coûts, l'utilisation de cette conception modulaire plus efficace est désormais de plus en plus utilisée.

En outre, de nombreuses entreprises étudient actuellement des modules à couches minces fabriqués à partir de sulfure de cuivre-zinc-étain et de soufre (CZTS). Ce matériau semi-conducteur présente l’avantage par rapport aux cellules solaires à couches minces classiques de ne pas nécessiter l’utilisation d’éléments rares et toxiques dans sa construction. Cependant, il faudra probablement un certain temps avant que cette technologie soit prête pour une production de masse.

Ces modules sont une forme particulière de cellules solaires à couches minces et constituent actuellement le deuxième type le plus répandu dans ce domaine derrière la variante CdTe. Ils sont basés sur les composés cuivre-indium-diséléniure (CIS) ou cuivre-indium-gallium-diséléniure (CIGS) et conduisent l'électricité nettement mieux que les modules à couches minces à base de silicium. Leur rendement se situe entre 12 et 15 %, ce qui équivaut au rendement le plus élevé parmi les cellules solaires à couches minces. Ils subissent également peu de pertes en cas de lumière diffuse et de températures élevées, et sont également légers et peu sujets aux pannes.

Ces avantages sont contrebalancés par la production coûteuse et le recyclage complexe du sélénium contenu dans les modules. De plus, en raison de l’existence relativement nouvelle de ces modules, il n’existe aucune expérience à long terme quant à la durabilité du système. Mais c’est surtout le prix élevé qui fait que la production de ces cellules solaires stagne depuis des années.

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