Le panneau solaire polycristallin est un moyen de production d’électricité. Il produit un courant continu. Celui-ci peut être stocké dans des batteries.Il peut également être consommé directement, redressé ou non. Il est bleu clair et a des effets pailletés. Les cellules polycristallines sont composées de différents cristaux de formes irrégulières. Elles représentent 60 % des installations. Elles sont moins chères à produire et possèdent un rendement de 14 à 18 %.
Le photovoltaïque polycristallin a le même fonctionnement que tout autre système photovoltaïque. Ses applications sont très étendues, de l’habitat aux équipements urbains et professionnels. Il peut être de petite taille, pour alimenter différents appareils électroniques en site isolé. Il est très souvent utilisé pour les équipements autonomes non reliés au réseau électrique.
1. Qu’est ce qu’un panneau solaire polycristallin ?
Le panneau solaire photovoltaïque polycristallin est un dispositif de production d’électricité. Il est dit solaire polycristallin parce qu’il contient des cellules solaires particulières. Elles sont produites à partir d’un mélange de plusieurs cristaux de silicium différents.
La matière première utilisée – le silicium – est non homogène. Ce silicium subit un traitement pour l’élever à la qualité photovoltaïque. Par ailleurs, le silicium peut être livré en lingot cylindrique de cristal homogène. C’est la matière première pour le panneau solaire monocristallin.
Des polycristaux de silicium peuvent aussi être utilisés comme matière principale. Ils sont obtenus en fusionnant des rebuts du silicium de qualité électronique. Le processus sera réalisé dans un creuset de fonderie spécifique. Ce procédé donne un matériau nommé silicium polycristallin.
Toutefois, les panneaux solaires polycristallins restent des panneaux photovoltaïques. Leurs cellules viennent de la fusion de ce silicium de moindre pureté. La matière fondue est récupérée dans un moule de section carrée. C’est le process de refroidissement qui va fixer la taille du grain obtenu.
La façon dont seront distribuées les impuretés est également liée à cette cristallisation. Elle est moins chère à effectuer, le matériau final est néanmoins de bonne qualité. Des éléments viennent occuper les espaces entre les cristaux et les impuretés métalliques. Le rendement du panneau photovoltaïque est moins élevé.
Les cellules qu’il contient sont carrées, en fonction du moule employé. C’est un avantage pour la fabrication de petits panneaux solaires. Les pertes de surfaces sont réduites, du fait de leur géométrie à angle droit.
Actuellement, les panneaux solaires à base de cellules polycristallines dominent le marché. Ils représentent 60 % des installations.
2. Comment reconnaitre un panneau solaire polycristallin ?
Les panneaux solaires polycristallins sont faciles à reconnaître. Ils ont un aspect bleuté et pailleté. Ce sont probablement les panneaux les plus répandus. Ils sont souvent de grande taille, du fait de leur productivité moins importante. La dimension panneau solaire de taille standard est de 1,7 x 1,0 m. Son épaisseur varie entre 3 et 4 cm. Ce, quelle que soit la technologie employée.
Les cellules polycristallines contenues dans le panneau solaire sont également aisément reconnaissables. Elles sont composées de multiples cristaux aux formes irrégulières. En s’approchant du panneau, elles apparaissent clairement à l’œil nu. L’aspect ressemble à des petits cailloux entassés les uns sur les autres.
Les cellules contenues dans le panneau solaire sont de forme carrée. Du point de vue de l’habillage, il peut être encadré par différentes matières. Sa bordure ou ossature est souvent composée d’aluminium ou de polyester. Cet entourage est réduit, les débords sont évités.
Ceci afin que les poussières et salissures ne s’accumulent sur la surface. Ce qui le différencie des autres panneaux solaires est sa couleur bleu clair. Sa face frontale est exactement la même que celle d’un panneau monocristallin. Elle se compose d’un panneau de verre. La face arrière utilise le tedlar, une matière qui le protège de l’humidité.
3. Fonctionnement d’un panneau solaire polycristallin
Les panneaux solaires polycristallins fonctionnent comme les autres panneaux solaires. Ce panneau solaire photovoltaïque transforme l’énergie solaire en énergie électrique. Cette énergie électrique peut être stockée ou utilisée en direct par différents appareils.
Toute la surface du panneau solaire polycristallin est exposée à la lumière. Les cellules photovoltaïques captent les rayons du soleil. Elles génèrent du courant continu par absorption de rayonnement lumineux. Chaque cellule du panneau photovoltaïque se comporte comme une pile électrique.
Elles servent à mettre en œuvre l’effet photovoltaïque. C’est un phénomène physique créé par absorption de l’énergie lumineuse. Il produit une différence de potentiel électrique entre deux points du matériau. Celui-ci produit des électrons au contact de la lumière.
Les cellules polycristallines sont composées de deux couches. Le silicium utilisé pour les fabriquer est un semi-conducteur. Elles sont reliées entre elles par des lignes de collecte ou busbar. Celles-ci sont connectées aux grilles de collecte des cellules. Elles composent une structure de connecteurs électriques.
Lorsqu’elles sont frappées par la lumière, les cellules sont conductrices. Leur traitement chimique (dopage) permet la création du courant électrique. Il s’agit d’introduire un élément chimique en très petite quantité. Le but est d’en modifier les propriétés électroniques.
Une des couches dispose d’un surplus d’électrons. Le dopant N ajoute des électrons à la structure du matériau. L’autre a subi un traitement qui la rend déficitaire en électrons. Le dopant P, le bore dans le silicium, y crée des « trous » électroniques.
Cette différence de potentiel est à l’origine de la création du courant électrique. Quand les rayons du soleil frappent la surface du panneau, leurs photons créent des paires électron-trou. Des électrons déstabilisés entrent en mouvement. Ils se dirigent vers les zones en déficit d’électrons.
La circulation du courant est initiée. Le panneau solaire polycristallin est relié à un dispositif de régulation du courant. Ce MPPT (optimiseur solaire) sert à charger la batterie à partir du panneau photovoltaïque. C’est un dispositif qui remplace l’onduleur des installations à courant alternatif.
4. Fabrication d’une cellule polycristalline
Le silicium monocristallin et polycristallin représente 90 % du marché. Il sert de matière première pour l’industrie des panneaux solaires. C’est le matériau de base du panneau monocristallin ou polycristallin. Le silicium polycristallin est composé de grains de 1 mm à 2 cm. Celui-ci est produit par l’industrie minière et industrielle. Il est pur à 99,999 %, et dit de qualité photovoltaïque.
Il est fabriqué dans des creusets de fonderie. C’est le produit de la fonte par coulage dans des lingotières. La solidification est le fruit d’un processus de cristallisation. Il s’agit d’un refroidissement lent. Celui-ci se fait en l’espace de quelques dizaines d’heures. Ce silicium industriel prend la forme de barreaux carrés. Ils sont découpés en wafers de 0.2 mm d’épaisseur.
Ces wafers subissent un traitement chimique, le processus de dopage. Ce dopage a lieu alors que le silicium est toujours en fusion. Par diffusion, on y introduit du phosphore et du bore. Ceci crée sur un même wafer une jonction N et P. Il permet la circulation des électrons d’un pôle à l’autre.
Les cellules se distinguent par le type de jonction. Il existe des jonctions type P et des jonctions type N. Les cellules à jonction type P représentent 92 % du marché. Elles sont dopées au bore. La jonction type N permet des rendements plus élevés. Elle est dopée par le phosphore.
Pour collecter l’électricité, les wafers sont recouverts de différents connecteurs. Une partie est constituée de grilles collectrices. Des lignes de métallisation (busbar) sont ajoutées sur la cellule. Elle sera ensuite recouverte d’une couche antireflet sur sa face exposée.
5. Rendement d’un panneau solaire polycristallin
Le rendement du panneau solaire polycristallin se situe entre 14 à 18 %. Cela signifie que 14 à 18 % de la lumière captée produit de l’énergie. Un panneau d’un mètre carré produira entre 0,14 et 0,18 kWc.
Par ailleurs, le rendement d’un panneau photovoltaïque varie avec sa puissance. Elle est exprimée en puissance de crête (notée Wc ou kWc). Elle représente la puissance délivrée par le panneau en conditions idéales.
Les conditions de mesure des rendements sont normalisées selon la STC (standard test condition). Elle correspond à une exposition de 1000 watts par mètre carré de panneau. La température ambiante est stable, et à 25 degrés. L’inclinaison du panneau est établie à 42 degrés. Son orientation est plein sud, sans ombrage.
Pourquoi ces éléments sont importants à prendre en considération ? Ce sont des valeurs moyennes. L’inclinaison de 42 degrés est définie par un coefficient « AM ». Celui-ci traduit le filtrage que produit l’atmosphère sur les rayons du soleil. Plus ces rayons doivent traverser une couche épaisse, moins ils sont puissants. Ce coefficient n’est donc pas le même selon les zones du globe.
Exemple : un panneau est implanté en orientation ouest, incliné à 45 degrés. Le rendement sera de 84 % par rapport à celui annoncé. S’il est incliné à 30 degrés, il sera de 90 %. Posé de la même manière plein sud, il sera de 100 %. La température a aussi une incidence. Chaque degré supplémentaire au-dessus de 25 lui fait perdre 0,5 % de rendement.
Ces coefficients permettent de calculer la puissance crête idéale. Un coefficient de multiplication pratique est obtenu. Reprenons l’exemple du panneau incliné à 30 degrés, orienté ouest. Le coefficient multiplicateur serait de 1,1 pour compenser l’orientation ouest. Il faudra donc un panneau photovoltaïque 10 % plus puissant.
Le rendement réel est donc dépendant de plusieurs facteurs. Ceux-ci sont donc le niveau l’orientation, l’inclinaison, mais aussi l’ensoleillement. Une installation produit moins de kWh avec 1 kWc à Lille qu’à Marseille. 825 à Lille, contre 1500 à Marseille, ce qui fait varier le rendement.
La propreté des panneaux est aussi un facteur favorable au rendement. Différentes études ont mesuré 2 à 7 % de production supplémentaire. L’usure naturelle, elle fait perdre au panneau 1 % par an de production. La couche antireflet peut également faire perdre jusqu’à 5 % de la lumière.
Le photovoltaïque polycristallin a une plage de production d’électricité spécifique. Il a besoin d’une forte exposition à la lumière pour démarrer la production.
6. Utilisation du panneau solaire polycristallin
Dans un premier temps, il faut distinguer deux types d’installations. Le photovoltaïque polycristallin peut être raccordé ou non au réseau électrique.
Les panneaux connectés injectent sur le réseau une partie ou toute leur production. L’autre application concerne le photovoltaïque qui n’est pas relié. Les panneaux photovoltaïques non raccordés sont dits autonomes (off-grid). Ils alimentent des sites isolés, éloignés du réseau. Ils sont trop loin pour y être rattachés. Dans certaines régions du monde, ils pallient un déficit d’équipement public électrique. Ils peuvent également servir à alimenter des équipements nomades, professionnels ou non. Pour ces applications, l’électricité est le plus souvent stockée en batterie.
3 types d’applications du panneau solaire polycristallin
En premier lieu, il est répandu pour les installations photovoltaïques liées à l’habitat. Ces systèmes photovoltaïques sont intégrés aux bâtiments, posés en toiture ou au sol. Ce sont les centrales au sol, sur grandes couvertures et en résidentiel. Ils représentent aujourd’hui la quasi-totalité des implantations. La cellule polycristalline est majoritairement utilisée en raison de son faible coût. 97 % du parc correspond aux petites infrastructures intégrées au bâti. Leur puissance est inférieure ou égale à 36 kW. La tendance est aujourd’hui aux grandes installations en toitures ou sur terre. Leurs puissances sont supérieures à 36 kW.
La deuxième application s’incarne dans les équipements stationnaires éloignés ou isolés. Ce sont, en France, des refuges, bergeries, postes télécoms en montage. En zone urbaine, ce sont des arrêts de bus, bornes d’informations lumineuses. Les panneaux solaires polycristallins prennent la forme de panneaux verre/tedlar. Leurs puissances s’échelonnent de 2,5 à 160 Wc. Les tensions d’alimentation fournies vont de 6 à 36 volts. Les cellules sont câblées en série entre elles. Ils équipent :
Balises
Horodateurs
Éclairages publics
Postes télécoms, de transmission de données
Panneaux routiers
La troisième concerne l’alimentation d’outils et d’appareils électroniques portables. Ce sont des petits panneaux solaires polycristallins PET. Leur plasticité permet de les adapter à tous les équipements. Leur légèreté les rend faciles à transporter. Les cellules sont reliées à un circuit imprimé. Les puissances sont de 0,1 à 25 Wc. Les tensions d’alimentation fournies vont de 0,5 à 26 volts. Ils ravitaillent les produits électroniques suivants :
Instruments de mesure.
Systèmes de contrôle est d’accès des bâtiments.
GPS.
Enregistreurs.
Capteurs météos.
Moteurs.
Électroaimants.
Vérins.
7. Durée de vie d’un panneau solaire polycristallin
La durée de vie panneau solaire polycristallin dépend de leur construction.
Le panneau polycristallin en verre et tedlar a une durée de vie de 25 ans. Le verre trempé, le châssis rigide et leur conception sont une garantie contre l’humidité. Ils offrent ainsi une grande longévité, ce qui permet leur installation en site isolé. Comme tout dispositif de production d’énergie statique, aucune pièce n’est en mouvement. C’est ce qui réduit la maintenance et prolonge la vie du panneau solaire.
Toutefois, une maintenance régulière est requise pour que la production soit stable. Elle se fait deux fois l’année, en fin d’été et d’hiver. Cela consiste à ôter les salissures de la surface sensible du panneau photovoltaïque. Cette fréquence doit être augmentée en fonction de la zone géographique.Si le panneau photovoltaïque est faiblement incliné, il faudra le nettoyer plus souvent. En milieu urbain, ce nettoyage devra être plus fréquent.
Le petit panneau solaire sur circuit imprimé en PET dure 5 à 10 ans. Pour maintenir son rendement et prolonger sa vie, une maintenance régulière est requise. Elle est de même nature que celle des panneaux solaires polycristallins en verre/tedlar. Le nettoyage doit se faire à l’eau claire, sans haute pression ni détergent. Le grattage est prohibé, l’eau vinaigrée possible lorsque les salissures sont tenaces.
Au-delà de ces durées, les panneaux ne s’arrêtent pas de fonctionner. C’est la qualité de production qui peut décroître. Les périphériques peuvent présenter, parfois, de légers dysfonctionnements. Le principal instrument est le régulateur de charge solaire MPPT. Sa garantie est de 24 mois. Il a une durée de vie liée aux conditions d’utilisation.
8. Recyclage d’un panneau solaire polycristallin
Une directive européenne oblige les fabricants de panneaux solaires à prévoir leur recyclage. Il s’agit de la directive DEEE. En France, PV Cycle collecte les panneaux arrivés en fin de vie. Il procède également à leur retraitement. Les premiers panneaux solaires ont été installés dans les années 90.Les grandes campagnes de collectes débuteront dès 2020.
Presque 95 % des matériaux qui composent les panneaux photovoltaïques polycristallins sont recyclables. Les technologies de recyclage existent déjà pour la plupart des panneaux photovoltaïques. Leurs rendements et leurs empreintes environnementales peuvent être améliorés. Polycristallin ou monocristallin, le panneau solaire est presque entièrement composé de matériaux recyclables.
Aluminium, verre, tedlar, EVA, PET, métal (grilles collectrices et busbar) le sont. Ils sont réutilisables à l’infini. Concernant les cellules des panneaux photovoltaïques polycristallins, plusieurs technologies de retraitement sont employées. Le silicium peut être réemployé jusqu’à 4 fois.
Le traitement thermique : on brûle les plastiques de l’encapsulant pour extraire les cellules. Un traitement chimique est ensuite appliqué pour séparer le métal des cellules solaires. Celles-ci sont refondues pour être réintégrées à un lingot.
Le traitement par broyage : le panneau monocristallin ou polycristallin est débarrassé de son cadre. Puis il passe tout entier en broyeuse. Différents traitements chimiques ou mécaniques extraient des fractions homogènes. C’est la méthode utilisée par PV Cycle.
9. Prix d’un panneau solaire polycristallin
Le panneau photovoltaïque polycristallin est moins cher que le panneau photovoltaïque monocristallin. Son prix dépend toutefois de nombreux facteurs. La puissance, la tension, le rendement, la marque entrent en ligne de compte. Sa qualité de finition est également un facteur qui joue sur le prix.Tedlar de couleur, masquage des connexions électriques peuvent être obtenues. Des formes particulières, cadre de couleur assorti à la couleur du tedlar sont proposés. La qualité des connectiques, du régulateur de charge solaire et du chargeur font aussi varier son prix.
Les panneaux Jade sont exclusivement utilisés en dehors des maisons et hors réseau EDF. Ce sont des systèmes autonomes, « off-grid ». C’est le coût de réalisation des « derniers mètres » qui détermine leur valeur ajoutée. Si celui-ci est faible, la solution solaire « off-grid » n’est pas justifiée.
S’il est élevé, alors l’investissement est à envisager. Réaliser une tranchée pour tirer du câble, casser la chaussée sont des charges élevées. Ils dépassent souvent le coût d’acquisition et d’usage du système photovoltaïque complet. Celui-ci comprend le panneau, le régulateur, la batterie, les câbles.
La puissance choisie fait directement varier le coût global. Voici quelques exemples de tarifs de panneau photovoltaïque polycristallin « off-grid » :
400 à 700€ pour un dispositif d’affichage, de signalisation ou éclairage. C’est un panneau solaire de 150 à 200 W.
150 à 400€ pour un système de signalisation d’éclairage intermittent. La puissance est de 50 à 150 W.
100 à 150€ pour un appareil de collecte de données à transmission intermittente. Le rythme est 1 à 2 fois/heure. La puissance est de 20 à 50 W.
50 à 90 € avec la collecte de données et transmission intermittente. Le rythme est 1 à 2 fois/jour. La puissance varie de 1 à 10 W.
50 à 150€ pour un petit mécanisme intermittent type volet, portail. Le rythme théorique serait de 1 à 2 fois/jour. Sa puissance est de 5 à 50 W.
10. Différence entre un panneau solaire polycristallin et monocristallin
Le rendement du panneau solaire n’est pas identique. Il est de 16 à 20 % pour les panneaux solaires monocristallins. Celui du panneau polycristallin est de 14 à 18 %.
La différence entre monocristallin et polycristallin se fait aussi sur la fabrication. Si les wafers proviennent d’un seul lingot, il s’agit de panneau monocristallin. S’ils proviennent de la fonte de plusieurs cristaux, c’est un panneau polycristallin.
Le panneau monocristallin requiert plus d’énergie pour sa production. Il faut effectuer un important traitement de purification pour obtenir un seul cristal. Le panneau polycristallin est réalisé à partir des chutes de silicium de cette fabrication.
Panneaux monocristallins et polycristallins n’ont pas le même aspect. Le premier est de couleur sombre et uniforme. Le second est bleu clair, d’effet pailleté, on voit clairement les différents cristaux.
La productivité est meilleure pour le panneau monocristallin en zone tempérée. Le panneau polycristallin est meilleur dans les régions très ensoleillées.
La différence monocristallin – polycristallin se fait aussi sur la durée de vie. Le premier dure 30 à 35 ans, contre 25 ans pour le second.
Enfin, les panneaux photovoltaïques monocristallins sont souvent utilisés pour les petites surfaces.
