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Technologies solaires : astuces générales pour les reconnaître

Comment reconnaître des panneaux solaires thermique ou photovoltaïque, en silicium mono ou polycristallin ou encore en couches minces ? Voici quelques astuces générales.

Plusieurs technologies de panneaux solaires, photovoltaïques (PV) et thermiques existent. Mais beaucoup de gens ont du mal à les distinguer à l’œil nu. Pourtant, dans certains cas, c’est facile quand on sait ce qu’il faut regarder. Parfois, les journalistes confondent même les panneaux solaires thermiques et photovoltaïques, et utilisent des photos des mauvais exemples pour leurs articles. Ceci ne rend pas un grand service à l’information du grand public.

Beaucoup de gens sont curieux par rapport aux différentes technologies solaires existantes et souhaitent les reconnaître, mais il leur manque quelques petits trucs pour pouvoir y parvenir.

Voici donc quelques astuces pour les reconnaître en un simple coup d’œil.

Il existe deux types principaux de panneaux solaires : les panneaux solaires photovoltaïques (PV) qui transforment la lumière en électricité, et les panneaux solaires thermiques qui transforment la lumière en chaleur. Il existe également un cas mixte, les panneaux solaires hybrides, qui combinent les deux technologies sur un même panneau solaire, mais qui sont beaucoup moins fréquents.

Nous reprenons ces technologies une par une, et dans chaque technologie principale nous analysons les différents types de technologies existantes. Cet article ne prétend pas présenter toutes les technologies, qui de toute façon évoluent sans cesse au cours du temps. Il présente uniquement les technologies les plus courantes, et qui sont observées sur plus de 99% des installations croisées aux quatre coins de la Belgique.

 

Panneaux solaires thermiques

Il existe deux catégories principales de panneaux solaires thermiques : les collecteurs plans et les tubes à vide. Dans tous les cas, on observe des tuyauteries autour de ces panneaux, puisque les panneaux solaires thermiques relèvent surtout du domaine de la plomberie.

 

Panneaux thermiques collecteurs plan

 

Le concept des panneaux solaires thermiques plan est relativement simple. Ils sont munis d’une surface de couleur sombre, souvent noire, qui capte la lumière du soleil et la convertit en chaleur. Derrière cette surface sombre circulent des tuyauteries dans lesquelles passe un fluide qui se chauffe au contact de la surface noire.

Figure: Panneaux solaires thermiques plan sur un toit. On y apprécie la surface noire et les tuyauteries de plomberie sur les côtés.

 

Sur certains panneaux thermiques collecteurs plans, on observe également un siphon au-dessus, comme sur la figure suivante :

Figure: panneaux solaires thermiques collecteur plan avec siphon.

 

Les panneaux solaires thermiques sont souvent installés sur les toits de maisons, ou sur les plateformes de bâtiments publiques, par exemples les hôtels ou piscines municipales. Cependant, il arrive également qu’ils soient installés au sol pour former de grandes centrales solaires, comme le montre la figure suivante, qui est une centrale solaire thermique au Danemark.

Figure: centrale solaire thermique au sol avec collecteurs plans au Danemark.

 

Panneaux thermiques munis de tubes à vide

 

Le principe des panneaux solaires thermiques munis de tubes à vide est également relativement simple. Dans ces panneaux, la lumière du soleil ne chauffe pas directement un fluide. Les collecteurs sont faits à partir de nombreux petits tubes en verre sous vide, dans lesquels se trouve une surface sombre qui couvre un conducteur thermique métallique, par exemple du cuivre. La chaleur est ainsi transférée jusqu’à l’extrémité des tubes, ou elle est mise en contact du fluide qui doit être réchauffé.  

Cette technologie est un peu plus complexe que les collecteurs plans. En contrepartie, elle possède plusieurs avantages. La forme cylindrique des capteurs permet notamment de capter la lumière même lorsque l’orientation est moins favorable. D’autre part, la présence de vide dans les tubes permet de réduire les pertes de chaleur dans le collecteur.

Figure : Panneaux solaires thermiques avec tubes à vide. Vue de près.

Figure : Panneaux solaires thermiques avec tubes à vide. Plusieurs collecteurs ensemble.

 

 

Panneaux hybrides photovoltaïques et thermiques

 

Certains panneaux solaires combinent les technologies photovoltaïques et thermiques : ce sont les panneaux hybrides photovoltaïques-thermiques (PVT). L’idée de base est séduisante : ils ressemblent à des collecteurs thermiques plan, mais puisqu’il faut une surface sombre pour collecter la chaleur, autant utiliser des cellules photovoltaïques (PV) pour ce faire, et donc produire de l’électricité en même temps. Sur ces panneaux hybrides, on voit donc des tuyauteries, mais aussi des cellules PV.

Figure : Panneaux solaires hybrides photovoltaïques-thermiques

Dans la pratique, cette technologie hybride se voit très peu et, malgré son développement depuis plusieurs décennies, sa part de marché reste très faible à cause des nombreux défis techniques additionnels. Cependant, quelques très belles réalisations sont à relever, comme par exemple l’installation sur le bâtiment du siège de Bouygues à Guyancourt, en France, en 2014 (photo ci-dessous).

Figure : Installation de panneaux solaires hybrides à Guyancourt, France.

 

Panneaux solaires photovoltaïques

Les panneaux solaires photovoltaïques transforment la lumière du soleil en électricité au moyen de matériaux semi-conducteurs. Ils sont de loin les plus observés sur les toits en Belgique en 2019. Il en existe de nombreuses technologies, et plusieurs sont actuellement en cours de développement, et verront la lumière du jour (sur les toits !) dans les prochaines années. Cependant, la technologie de loin la plus courante, et qui le restera encore quelques années, se base sur le silicium cristallin. Cette technologie représente plus de 90% des parts de marché en Belgique en 2019. Cette technologie se divise à son tour en deux grands groupes : silicium monocristallin et silicium polycristallin, qui sont vus à peu près à parts égales sur les toits belges. Les cellules de silicium (mono ou poly-) cristallin sont généralement bleu foncé, en raison de la couche anti réflexion qui les recouvre, même si d’autres couleurs sont possibles. De nombreuses cellules sont également rendues totalement noires, notamment pour des questions d’esthétique.

Il existe d’autres technologies basées sur le silicium cristallin ou sur d’autres matériaux, notamment les couches minces. Voici quelques technologies parmi les plus courantes.

Modules PV silicium monocristallin

 

Pour des raisons de fabrication, les modules en silicium monocristallin montrent souvent des cellules qui ne sont pas parfaitement carrées mais dont les coins ont été rabotés, ce qui est très caractéristique. Les cellules monocristallines sont généralement également plus foncées, bien que des exceptions existent.

Pour fabriquer ces cellules, on réalise d’abord des ligots de silicium monocristallin, qui acquièrent au cours du processus une forme cylindrique. Ce cylindre est ensuite découpé en fines tranches circulaires au moyen d’un fin fil métallique. Les cellules obtenues directement après ce premier découpage sont donc rondes.

Figure : lingot de silicium monocristallin et cellules PV obtenues par découpage.

 

Et d’ailleurs, les premiers modules photovoltaïques qui ont été commercialisés dans les années 1970 et 1980 étaient composés de ces cellules rondes. C’était notamment le cas de la centrale photovoltaïque installée en 1983 au Domaine Provincial de Chevetogne en Belgique, qui figurait parmi les pionnières de l’époque en Europe, et dont on a malheureusement si peu parlé en Belgique.  

Ces modules PV montraient des cellules rondes installées en quinconce. Problème : un espace important est perdu entre les cellules ; le module produit donc moins d’électricité par unité de surface. C’est pourquoi les cellules PV monocristallines modernes ont maintenant cette forme de carré aux bords rognés, puisqu’elles sont obtenues à partir d’une cellule ronde, mais dont on a voulu rogner les bords pour se rapprocher du carré. Ces cellules ne sont pas rendues exactement carrées car trop de matériel serait perdu, ce qui représenterait un surcoût. Leur forme actuelle correspond à un optimum technico-économique : “être le plus carré possible” et ne pas trop perdre de matériel dans la cellule.

 

Figure : Ancienne centrale PV de Chevetogne en opération de 1983 à 2009.

 

En 2009, après environ 25 ans de bons et loyaux services, les panneaux du Domaine de Chevetogne ont été recyclés et remplacés par d’autres, plus modernes. Ce fut une autre grande expérience pionnière en Belgique et dans le monde dans le recyclage de modules photovoltaïques. Ces panneaux étaient très dégradés après 25 ans, mais les technologies modernes tiendront probablement beaucoup plus longtemps, typiquement 30-40 ans.

Figure: Ancien panneaux solaires de la centrale de Chevetogne, après démontage et avant recyclage, dans le cadre du projet international PV Cycle.

 

Figure : Panneaux en silicium monocristallin modernes, caractérisés par les cellules carrées avec bords rognés.

 

Modules PV silicium polycristallin

 

Les cellules en silicium polycristallin, quant à elles, sont obtenues à partir d’un processus de fonte dans un moulage. Ce procédé de fabrication donne des cellules dont le rendement par unité de surface est légèrement moindre, mais dont les coûts sont également plus faibles. Avec ce processus, il est possible d’utiliser un moule de forme cubique, qui permet ensuite de facilement découper des cellules carrées en minimisant la perte matérielle. C’est la raison pour laquelle les modules avec ces cellules montrent des cellules parfaitement carrées.

Figure: Silicium polycristallin après démoulage, après première découpe du cube en parallélépipèdes rectangles, et avant découpage en cellules carrées.

 

Sur certains de ces panneaux, on observe parfois assez clairement (mais pas toujours) la nature polycristalline de la cellule, avec plusieurs facettes cristallines nettement visibles. Certaines de ces cellules subissent par contre un polissage et un traitement de surface après découpe, ce qui rend ces facettes beaucoup moins visibles à l’œil nu.

 

Figure : Panneaux PV silicium polycristallin. On y voit distinctivement la forme carrée des cellules et les facette cristallines.

 

Technologies PV couches minces

 

Les modules PV fabriqués en technologie de couches minces montrent souvent des cellules dont la taille et la forme sont très différentes des cellules en silicium cristallin. Les modules, rigides avec un cadre, contiennent souvent une seule grande cellule apparente. Les principales technologies en couches minces sont : le silicium amorphe, le tellure de cadmium (CdTe), et le CIS/CIGS (Cuivre-Indium-Gallium-Selenium).

 

Modules couches minces silicium amorphe

 

Il n’est pas toujours simple de distinguer les panneaux en technologie de couche mince fabriqués en silicium amorphes, des panneaux CIS/CIGS. Des tendances générales permettent cependant de savoir de quelle technologie il s’agit.

De manière générale, les panneaux en CIS/CIGS sont plus noirs, et les panneaux en silicium amorphe, surtout après quelques années d’exposition, présentent des phénomènes d’irisation avec des tons violets mélangés au noir, notamment parce qu’ils se dégradent plus vite (pas de réseau cristallin, moins de stabilité électronique).

Figure : Panneaux de silicium amorphe après 11 ans d’exposition. Irisation visible.

 

Panneaux CIS/CIGS

 

Les modules couches minces CIS/CIGS présentent une couleur assez noire en général.

Figure : Modules CIS/CIGS. Il s’agit d’un module « verre-verre », qui ne possède pas de cadre.

 

Figure : Modules couches minces CIS/CIGS. Couleur assez noire en général.

 

Modules PV Tellure de Cadmium (CdTe)

 

Les modules couches minces en tellure de cadmium (CdTe) ont également une couleur noire, et ne sont pas toujours faciles à distinguer des modules CIGS. Il existe par contre une autre astuce qui permet en générale de les identifier. La plupart de ces panneaux sont fabriqués par la compagnie américaine First Solar, qui ne produit que cette technologie. Pour savoir si un panneau est de technologie CdTe, le plus simple est souvent donc de le retourner, et de chercher l’étiquette du fabricant. Si c’est First Solar, c’est du CdTe.

 

Figure : Modules PV couches minces First Solar CdTe.

 

Modules couches minces en rouleaux

 

Les modules en couches minces sont, comme leur nom l’indiquent, très minces, et cette faible épaisseur permet également de les fabriquer en rouleaux, ce qui est très pratique dans certains cas. Le cas le plus connu est représenté par les modules de silicium amorphe vendus en rouleaux par Uni-Solar, une société américaine qui a existé jusqu’à sa faillite en 2012.

Figure : Modules PV silicium amorphe en rouleaux Uni-Solar

 

Remerciements

 

Merci à l’un de nos lecteurs, Raymond Betz, pour sa lecture attentive de l’article et ses apports d’information concernant la technologie solaire hybride.

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