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Composants
Pour que l'énergie solaire passe de la cellule solaire à la prise électrique, divers composants sont nécessaires. De plus, sans protection, la cellule solaire ne résisterait pas aux intempéries.
Cellules solaires
Les cellules solaires ne se distinguent pas seulement par leur matériau, mais aussi par leur type de dopage et leurs procédés de production. Des recherches intensives sont menées dans le monde entier sur de nouveaux types de cellules et sur l'amélioration des cellules déjà disponibles sur le marché. La plupart des cellules utilisées aujourd'hui sont en silicium monocristallin ; d'autres technologies n'ont été utilisées que de manière isolée jusqu'à présent.
La fabrication de cellules en silicium monocristallin nécessite un matériau semi-conducteur d'une grande pureté. Des barres monocristallines (lingots) sont tirées d'une masse de silicium en fusion, puis sciées en tranches de 200 micromètres (µm) d'épaisseur, également appelées wafers. Aujourd'hui, les lingots sont généralement fabriqués avec un diamètre de 300 millimètres et une longueur maximale de 2 mètres. De plus en plus souvent, des lingots de 450 millimètres de diamètre sont produits, ce qui aura à long terme des répercussions sur la taille des modules solaires.
Lorsqu’une couche de silicium ou d'autres semi-conducteurs est déposée par évaporation sur du verre ou un autre matériau de substrat, on parle de cellules à couches minces. Les épaisseurs de couche sont inférieures à 1 micromètre.
Outre le silicium, les cellules à couche mince contiennent également le tellurure de cadmium (CdTe), le diséléniure de cuivre et d'indium (CIS) et le diséléniure de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS). On parle de cellules tandem lorsque le silicium cristallin et le silicium amorphe sont combinés dans une même cellule.
Les cellules solaires de Grätzel, qui utilisent non pas des semi-conducteurs mais des colorants organiques pour convertir la lumière en courant électrique, n'en sont qu'au début de leur utilisation commerciale. Elles ont été développées à l'EPFL de Lausanne sous la direction du professeur M. Grätzel.
Les cellules en cristaux de pérovskite font actuellement l'objet de recherches intensives. Elles ont le potentiel d'atteindre des rendements très élevés à des coûts de fabrication réduits. Jusqu'à présent, de telles cellules n'ont pas encore été commercialisées.
Lien vers l'aperçu des rendements
Modules solaires
Les cellules solaires sont reliées entre elles et emballées dans du verre et du plastique pour former des modules solaires. Protégés de cette manière contre les influences environnementales, ils sont utilisés comme composants d'installations solaires. Les modules actuels ont généralement 120 demi-cellules, une puissance de 380 à 420 watts et des dimensions d'environ 1,0 x 1,75 mètre.
Le rendement du module dépend de la technologie cellulaire utilisée, de la configuration des cellules, par exemple de leur espacement, et de la connexion des cellules entre elles. Les modules solaires typiques disponibles aujourd’hui présentent un rendement situé etre 19 et 22 %. Le rendement total d'une installation photovoltaïque est légèrement inférieur, sachant qu’une perte d’énergie se produit entre la cellule solaire et le réseau électrique. Par exemple, le rendement de l'onduleur est un facteur important.
La puissance des modules est indiquée en watts ou souvent en « watts crête » (puissance maximale). On désigne ainsi la puissance nominale dans des conditions de test standard (en abrégé STC). La puissance STC est indiquée sur la fiche technique du module concerné.
Les conditions de test sont définies comme suit :
- Rayonnement de 1000 watts par mètre carré (W/m2)
- Température de cellule de 25 °C
- Masse d'air de 1,5 Air Mass (AM)
Une installation photovoltaïque positionnée de manière optimale sur le Plateau suisse fournit chaque année environ 1000 kilowattheures pour 1000 watts de modules PV installés.
Les modules photovoltaïques sont testés selon des normes internationales reconnues :
- IEC 61215 : modules photovoltaïques terrestres
- IEC 61646 : modules photovoltaïques terrestres à couche mince
- IEC 61730 : modules PV - certification de sécurité
- SN EN 50583-1/-2: modules BIPV ou systèmes BIPV
Modules solaires bifaces
SuisseEnergie a élaboré, en collaboration avec Swissolar, un guide sur l'utilisation des modules solaires bifaces. Les possibilités d'utilisation sur les bâtiments et le dimensionnement des composants de l'installation y sont notamment abordés. Vous trouverez le guide ici.
Onduleur
La tâche fondamentale d'un onduleur est de transformer le courant continu (DC) provenant des modules solaires en courant alternatif (CA) et de l'adapter à la fréquence et au niveau de tension du réseau. On distingue entre autres les onduleurs suivants :
- onduleurs de modules
- onduleurs de branches avec une ou plusieurs branches DC par onduleur
- onduleurs centraux pour les grandes installations
Il est en outre possible d'équiper le système PV « d’optimiseurs de puissance ».
Les onduleurs offrent aujourd'hui en standard de nombreuses fonctions utiles pour soutenir les réseaux électriques, augmenter la consommation propre, optimiser le rendement en cas d'ombrage et surveiller l'installation (à distance).
Batteries
Les batteries de stockage permettent elles aussi d'augmenter la part de la consommation propre d'énergie solaire auto-produite.
Indication de provenance suisse (Swissness)
Certains membres de Swissolar fabriquent leurs produits en Suisse, raison pour laquelle ceux-ci sont désignés par l'indication de provenance suisse (Swiss Made, Made in Switzerland, Qualité suisse, etc.).
La loi révisée sur la protection des marques (LPM) est entrée en vigueur le 1er janvier 2017. Depuis cette date, l'indication de provenance «Suisse» ne peut être utilisée pour des produits industriels que si au moins 60 % des coûts de revient ont été générés en Suisse (contre 50 % auparavant). L'ordonnance sur la protection des marques (OPM), également révisée, régit la composition des coûts de revient. Ceux-ci incluent notamment les coûts des matériaux. Les matériaux provenant de l'étranger peuvent être exclus du calcul des coûts de revient (art. 52k OPM) s'ils ne sont pas suffisamment disponibles en Suisse selon les informations rendues publiques par une branche.
Swissolar est une association professionnelle au sens de cette disposition et publie donc ci-dessous une liste dite négative des matériaux non disponibles ou disponibles en quantité insuffisante en Suisse. Les entrées sont basées sur les informations fournies par les membres dans leurs demandes qui ont été examinées par le comité de l'association. La liste est constamment mise à jour et vérifiée.