Panneaux solaires nouvelle génération : panorama des avancées en 2023

Ces panneaux solaires sont constitués de 120 ou 144 demi-cellules photovoltaïques. Il s’agit simplement de cellules solaires monocristallines qui ont été scindées en deux parties grâce à un laser.

Cette technologie permet d’optimiser largement les performances des panneaux monocristallins classiques.

En effet, le fait que les cellules soient coupées en deux permet de réduire la distance parcourue par l’électricité sur le ruban de métal et ainsi de réduire la perte d’énergie. C’est pourquoi les panneaux avec demi-cellules présentent des performances optimales par rapport à ceux avec des cellules pleines.

La différence entre les panneaux solaires bi-verre et les panneaux solaires photovoltaïques traditionnels se situe dans leur structure : les cellules (monocristallines ou polycristallines) sont encapsulées entre deux plaques de verre mesurant chacune 2 mm d’épaisseur.

Voici les principaux avantages et inconvénients des panneaux solaires bi-verre :

• Plus résistants aux intempéries, aux phénomènes de pressions-dépressions et aux agressions chimiques ;
• Plus stables dans le temps ;
• Pas plus performants que les panneaux classiques dans des conditions climatiques normales. En effet, les performances sont optimisées uniquement dans certaines conditions extrêmes (sous une température de 85 °C et une humidité relative de 85 % durant 1 000 heures) : la baisse de puissance des panneaux bi-verre est alors de 3 % contre 5 % pour des panneaux classiques¹ ;
• Un prix plus élevé que pour des panneaux solaires classiques (environ 1 000 € de plus²) ;
• Plus lourds que les panneaux classiques : il convient donc de vérifier leur adaptabilité avec l’architecture de la maison.

¹Source : ScienceDirect, Energy Procedia - The Performance of double glass photovoltaic modules under composite test conditions

²Source : Nouveau panneau solaire, Otovo (ex In Sun We Trust)

Il s’agit d’une technologie particulièrement en vogue sur le marché des nouveaux panneaux solaires : les promesses de rendement sont en effet particulièrement séduisantes.

Ainsi, les panneaux solaires bifaces sont équipés de cellules solaires sur les faces externe ET interne. Cela permet de capter à la fois :

• Le rayonnement solaire direct ;
• Le rayonnement solaire réfléchi grâce à des cellules photovoltaïques posées sur les deux faces du panneau (souvent grâce à la technologie bi-verre) ;

Pour que cela puisse fonctionner, les cellules sont positionnées sur des panneaux semi-transparents fixés à une faible distance du support (et non pas en surimposition directe), ce qui permet au rayonnement solaire de se refléter également sur la face interne.

Cette technologie solaire photovoltaïque se base sur le principe de l’albédo. Par exemple, les rayons solaires réfléchis par un sol neigeux, sableux ou de couleur claire peuvent être captés par le dos du panneau solaire bifacial.

Les panneaux solaires double-face présentent des avantages et des inconvénients :

• Un rendement plus important qu’avec un panneau monoface sur les surfaces de couleur claire (jusqu’à + 15,7 %¹) ;
• Une solution performante sur les sols clairs (zones désertiques, neigeuses ou champs de culture) ;
• Pose possible sur différents supports : poteau, pergola, brise-soleil, etc ;
• Pas adaptés à une installation photovoltaïque classique sur toiture ;
• Des prix plus élevés que ceux des panneaux monofaces.

¹Source : Etude du fabriquant Soltec - Soltec reports higher bifacial module gains with 2P configuration on bifacial trackers

Ce dispositif est équipé de micro-onduleurs situés sur la face arrière dès sa fabrication. Pour les panneaux classiques, ce sont les installateurs qui posent les micro-onduleurs sur les rails et les branchent aux modules.

Les atouts des panneaux solaires avec micro-onduleurs intégrés ne sont pas négligeables :

• Une pose plus simple et plus rapide qu’avec un panneau photovoltaïque classique, ce qui implique un coût de main d’œuvre plus bas ;
• Une maintenance facilitée : il est possible de changer uniquement le micro-onduleur ou le module en cas de problème, puisqu’ils ne sont pas soudés l’un à l’autre ;
• Pas de risque de surchauffe du panneau photovoltaïque, ce qui garantit un rendement stable et optimal : cela est dû à une bonne ventilation grâce aux modules AC. En effet, au-delà de 25 °C, le rendement baisse en moyenne de 0,5 % pour chaque degré supplémentaire¹.

¹Source chiffres : Nouveau panneau solaire, Otovo (ex In Sun We Trust)

Cette technologie est également connue sous le nom de solaire thermodynamique. Son fonctionnement diffère totalement de celui des panneaux solaires classiques : la lumière du soleil est renvoyée sur un système constitué d’un liquide caloporteur (eau, sel fondu ou huile synthétique). Une fois chauffé, le liquide parvient jusqu’à un échangeur qui produit ensuite de la vapeur.

Ce type de panneau solaire présente plusieurs avantages et inconvénients :

• Il permet de différer la production d’électricité pendant la nuit, par exemple. Cela est rendu possible par l’inertie thermique du liquide caloporteur. Cet atout s’avère particulièrement intéressant lorsqu’on sait que le stockage de l’électricité solaire représente l’une des principales faiblesses des systèmes photovoltaïques classiques ;
• Ce dispositif requiert un fort taux d’ensoleillement pour être rentable.

Des capteurs solaires intégrés dans la toiture : tout le monde en rêvait. C’est Elon Musk, l’emblématique fondateur de Tesla, qui s’est lancé le premier dans le développement de cette technologie de pointe. Plusieurs entreprises françaises lui ont emboîté le pas.

Le dispositif est simple : les tuiles solaires remplacent les tuiles traditionnelles des toitures. Le courant produit par les cellules photovoltaïques et transformé grâce à l’onduleur central et l’énergie est conservée dans une batterie.

Il existe aujourd’hui 4 types de tuiles :

• La tuile solaire ;
• La tuile solaire large ;
• La tuile solaire invisible ;
• L’ardoise solaire.

Les qualités et les défauts des tuiles et ardoises photovoltaïques sont les suivants :

• Une solution esthétique et discrète qui s’intègre parfaitement à la toiture ;
• La possibilité de créer une toiture entièrement « solaire » et d’augmenter ainsi la surface de panneaux solaires ;
• Efficace pour produire son électricité solaire ;
• Ce dispositif est soumis aux règles d’urbanisme de la région d’habitation : il convient donc de se renseigner sur celles-ci avant d’installer des tuiles solaires ;
• Une maintenance problématique : difficile de déterminer et réparer la tuile défaillante en cas de baisse de production du système.

La particularité de ces panneaux solaires ? Une fabrication à base de silicium, mais en couches très fines.

Dans ce système, le matériau semi-conducteur est simplement vaporisé sur le support tel que le verre, par exemple.

Les panneaux solaires en couches minces présentent à la fois des avantages et des limites :

• Il s'agit d'une technologie financièrement accessible, car elle requiert une moindre quantité de matériaux semi-conducteurs ;
• Une fabrication moins polluante que pour les panneaux classiques, puisque le silicium n’a pas besoin d’être transformé ;
• Les panneaux solaires en couches minces sont plus légers et plus souples que des panneaux classiques ;
• Un rendement plus faible qu’avec un système photovoltaïque classique : pour obtenir un rendement équivalent à un panneau traditionnel, les cellules photovoltaïques en couches minces doivent être posées sur une plus grande surface.

La technologie « Back Contact » permet d’étendre la surface de production d’électricité en reliant les cellules monocristallines les unes aux autres à l’arrière des panneaux (en contact arrière, d’où le nom « Back Contact »).

Les principales forces et faiblesses des panneaux solaires « Back Contact » sont les suivantes :

• Un rendement optimisé grâce à une surface de production plus large ;
• De meilleures performances, même lors des périodes faible irradiance ;
• Des panneaux solaires plus discrets ;
• Un dispositif plus onéreux dû au coût de fabrication plus élevé qu’un panneau classique.

Si elle est quasi-imperceptible à l’œil nu, la technologie MBB (« multi-bus bar ») est considérée comme étant prometteuse.

Un « bus bar », est un dispositif conducteur électrique constitué de métal qui permet de faire circuler du courant de la cellule photovoltaïque au panneau. Les cellules classiques sont composées de 3 à 4 bus bars, alors que les cellules MBB sont équipées de plus de 5 bus bars. L’objectif ? Optimiser la production d’électricité des panneaux solaires.

Il s’agit d’une véritable petite révolution : des capteurs solaires organiques peuvent être intégrés sur tous types d’objets.

Pour information, une cellule organique est composée d’une couche dite « active », réalisée à partir d’une molécule organique (azote, carbone, etc). Cela permet donc d’obtenir des panneaux solaires plus fins, plus résistants et plus flexibles à la fois. Ils peuvent être posés sur des objets variés : carrosserie de voiture, meubles, dômes, papiers peints, etc. Cette technologie permet donc d’ouvrir l’avenir du solaire vers de larges perspectives d'innovation.

Les principaux avantages et inconvénients des panneaux solaires organiques sont les suivants :

• Une grande polyvalence : les cellules organiques peuvent être posés sur du mobilier, mais aussi sur des surfaces vitrées, par exemple ;
• Un rendement plus intéressant que les panneaux solaires classiques selon les études récentes du CEA-Liten¹ ;
• Une meilleure stabilité de rendement : les films photovoltaïques organiques n’étant pas sensibles à la chaleur, ils garantissent un rendement stable tout au long de l’année ;
• Une durée de vie inférieure à celle des panneaux solaires classiques ;
• Des performances variables selon les technologies adoptées.

¹Source chiffres : Nouveau panneau solaire, Otovo (ex In Sun We Trust)

Qu’est-ce que la peinture solaire ? La technologie des cellules solaires organiques peut être intégrée à tous les objets et matériaux, y compris aux peintures et aux papiers peints. La peinture solaire permet ainsi de capter l’énergie solaire et l’humidité de l’air pour les transformer en hydrogène et faire fonctionne des piles à combustible, par exemple. Si elle s’avère intéressante financièrement, cette solution présente des performances peu convaincantes. Cependant, des recherches sont en cours pour en optimiser le rendement.

Les panneaux solaires hybrides permettent de produire à la fois :

• De l’électricité ;
• De l’eau chaude sanitaire ou de l’air chaud : ils peuvent être utilisés pour faire fonctionner le ballon d’eau chaude ou pour chauffer la maison.

Il s’agit donc de panneaux solaires thermiques améliorés, puisqu’ils permettent également de produire de l’électricité.

Un panneau solaire hybride est composé de deux couches :

1. Une couche supérieure constituée de cellules photovoltaïques ;
2. Une couche inférieure pouvant être constituée d’un ventilateur permettant de capter la chaleur solaire et la diffuser dans le foyer ou d’un circuit avec fluide caloporteur visant à alimenter le chauffage ou le chauffe-eau.

Comme tous les dispositifs photovoltaïques, les panneaux solaires hybrides présentent des avantages et des inconvénients :

• Un double-usage : chauffage de l’air ou de l’eau et production d’électricité ;
• Un rendement optimisé : la température du panneau aérovoltaïque est limitée grâce à l’utilisation et à l’évacuation de la chaleur, ce qui impacte directement le niveau de rendement ;
• Ne permet pas de remplacer totalement le système de chauffage ;
• Des économies de chauffage relatives qui dépendent notamment du niveau d’isolation de la maison : l’installation d’un panneau solaire hybride peut même engendrer des dépenses supplémentaires, par exemple si l’habitation est exposée à de forts vents ou à des températures extérieures très basses ;
• Nécessité de changer le filtre tous les ans afin d’assurer le bon fonctionnement du dispositif ;
• Les économies d’eau chaude sont, elles aussi, limitées. De plus, elles ne peuvent être réalisées qu’en modifiant sa façon de consommer de l’électricité (en déclenchant le chauffe-eau en journée, par exemple).
• Un prix d’achat élevé et difficile à rentabiliser.

Voici une technologie qui fait parler d’elle depuis plus de 10 ans sur le marché solaire.

La pérovskite, matériau semi-conducteur créé en 2009, est un minéral que l'on trouve dans la nature en faible quantité. Cependant, sa structure peut aisément être reproduite par l’humain.

Voici les atouts et les inconvénients des cellules en pérovskite :

• Des taux de rendement équivalents à ceux des cellules faites en silicium ;
• Des cellules plus rapides à produire que celles en silicium. En effet, le silicium doit être pur et dépourvu de défauts pour être exploité. La pérovskite, en revanche, tolère les défauts et peut être exploitée plus facilement ;
• Un matériau transparent, souple et léger qui peut être utilisé pour réaliser des vitres de fenêtres solaires ;
• Un prix inférieur aux cellules en silicium dû à un coût de production plus bas : le Laboratoire National des Énergies Renouvelables parle d’un coût de production 10 fois moins élevé que pour les panneaux classiques ;
• Les résultats de rendement ne sont liés qu’à des dispositifs expérimentaux de 10 cm sur 10 cm, et n'ont pas été testés en conditions réelles ;
• Les cellules en pérovskite sont constituées d’une petite quantité de plomb, nocif pour l’environnement et la santé ;
• Une plus grande fragilité que les cellules en silicium.

¹Source : « Nouveau panneau solaire 2021 : panorama des avancées technologiques », NouvelR énergie