Panneaux solaires bi-faces : où en est-on aujourd’hui ?

Même si la technologie bifaciale (panneau solaire double face ou biface) est présente depuis aussi longtemps que les technologies monofaciales, les modules solaires bifaciaux ont commencé à attirer beaucoup d’attention du marché ces dernières années en raison de rendements plus élevés et de coûts d’électricité actualisés plus faibles.

Selon un rapport de américain, la capacité installée est passée de seulement 97 MW au niveau mondial en 2016; à plus de 2 600 MW en 2018 et elle devrait atteindre 20 000 MW en 2024. 

Qu’est ce qu’un panneau solaire double face / biface ?

Les panneaux solaires bifaciaux possèdent des cellules photovoltaïques à l’avant et à l’arrière du panneau solaire. Cela permet de collecter l’énergie solaire à l’arrière du panneau et d’améliorer le rendement énergétique du système de capteur solaire.

Les panneaux solaires traditionnels utilisent une couche de cellules solaires sur la face avant du module solaire; et ont une feuille blanche ou noire à l’arrière. Dans des conditions d’installation correctes, cette technologie permet de tirer un meilleur parti de la collecte de l’énergie solaire en capturant la lumière réfléchit par le sol – donc à la fois sur la face avant et sur la face arrière du panneau solaire.

Les panneaux solaires double face un nouvelle technologie ?

Les panneaux solaires double face utilisent la technologie des avancées modernes en matière de développement de modules; et de cellules solaires, telles que les modules à haute puissance, les panneaux à haut rendement; les conceptions de cellules à demi-coupure, etc. De nombreux fabricants de panneaux solaires (notamment américains et asiatiques); produisent de nouveaux panneaux de plus de 300 voir 400 watts. Les panneaux solaires de forte puissance comme ceux-ci vous permettent d’obtenir; des avantages supplémentaires en termes de coûts en réduisant la facture des matériaux et les coûts d’installation.

Le rendement supérieur des modules solaires augmente non seulement votre production d’énergie globale; mais aussi le rendement de votre système dans des conditions d’ensoleillement non idéales. La technologie des cellules semi-coupées réduit le risque de développement de « points chauds » sur vos modules, ce qui prolonge la durée de vie du module et augmente le rendement de vos modules.

La technologie des panneaux solaires bifaciaux tire parti de ces trois technologies et les combine en un module unique, capable de produire jusqu’à 30 % d’énergie en plus. Les panneaux solaires bifaciaux sont conçus avec des cellules solaires sur les deux côtés du module, contrairement aux modules traditionnels. Si vous cherchez à maximiser le rendement de votre système d’énergie solaire; les panneaux solaires bifaciaux peuvent être l’une des meilleures options de panneaux solaires pour vous.

L’histoire des capteurs solaires double face

L’histoire du PV bifacial commence en fait avec la toute première cellule solaire traitée aux Bell Labs en 1954.

Au début, la technologie double face était beaucoup plus coûteuse que les technologies de modules standard; et elle était principalement utilisée dans les années 70 pour des applications spatiales.

Ce n’est qu’au début de ce siècle que les premiers panneaux bifaciaux rentables sont arrivés sur le marché et vers 2012 qu’ils ont suscité un intérêt industriel.

Solar Wind, PVGS, Yingli et bSolar ont été les premiers producteurs; de cellules solaires bifaciales standard de type p et n avec des procédés à faible coût. Ils ont été suivis par les unités plus complexes de LG electronics et Sunpreme.

Etat actuel de l’industrie des panneaux solaire bifaces

Le marché des modules solaires double face connaît une croissance rapide en raison de plusieurs avantages qui l’ont rendu compétitif. Les principales caractéristiques sont leur conception; qui permet au module de capter la lumière du soleil des deux côtés du panneau; augmentant ainsi la capacité de production solaire jusqu’à 30 %, en fonction de facteurs tels que l’albédo et la hauteur.

L’amélioration de l’efficacité des structures cellulaires, l’augmentation de la durabilité et de la longévité et la facilité d’installation de ces panneaux solaires ont permis de réduire les coûts et de favoriser le développement de cette technologie partout dans le monde.

En termes de modules, la cellule bifaciale la plus classique; et la plus utilisée est la nPERT, suivie par la HJT et la PERCþ bifaciale.

Coût actualisé de l’électricité et avantages des systèmes solaires bifaciaux

Les forces motrices de la croissance des systèmes bifaciaux diffèrent selon les régions, mais un facteur unificateur est l’accessibilité financière croissante de ces nouveaux capteurs solaires.

La différence de coût de production entre les modules bifacials mono PERC et monofaciaux mono PERC est désormais d’environ 0,50 €. Par ailleurs, sur la base d’une autre étude sur l’analyse du coût actualisé de l’électricité le rapport a estimé que le coût actualisé de l’électricité réel (euro/MWh) pour les modules bifacials se situe autour de 17-35 €/MWh en fonction de l’emplacement du site, de la même manière que le coût actualisé de l’électricité des modules monofaciaux.

L’étude arrive donc à la conclusion qu’actuellement, le coût actualisé de l’électricité des systèmes de panneaux solaires double face est compétitif par rapport aux systèmes monofaciaux, même avec un coût initial ajouté de 5-6 centime/W.

D’autres sources indiquent que l’analyse du coût actualisé de l’électricité produite par les modules solaires double face en est encore à ses débuts, le développement de normes de mesure uniformes étant toujours en cours.

Cependant, l’amélioration de la production et des performances au cours de la durée de vie des systèmes grâce aux gains d’énergie et à la meilleure durabilité des systèmes photovoltaïques bifaciaux, constitue un grand pas en avant vers l’objectif ultime d’un coût actualisé de l’électricité plus faible.

En outre, selon le BNEF, 80 % des experts du secteur estiment que cette technologie est désormais opérationnelle et déployable à l’échelle nationale. En bref, la technologie bifaciale est non seulement finançable, mais c’est une technologie qui est là pour rester.

Facteurs clés affectant la performance et le rendement énergétique des modules bifaciaux

Quels sont les aspects techniques qui affectent les performances des modules bifaciales ?

Différence entre les cellules monofaciales et les cellules bifaciales

Alors que les cellules photovoltaïques normales ont un contact arrière en aluminium sur toute la surface et un champ arrière opaque, la face arrière des cellules bifaciales n’est que partiellement couverte de métallisation. Bien que cette face arrière ne soit pas aussi efficace que la face avant, la technologie bifaciale permet un gain moyen de production d’énergie de 3 à 10 % et jusqu’à 30 % en fonction de facteurs tels que l’albédo, la hauteur de la structure et le taux de couverture du sol.

L’albédo

Pour rappel, l’albédo est fraction de la lumière qui est réfléchie par un corps ou une surface. Il est couramment utilisé en astronomie pour décrire les propriétés de réflexion des planètes, des satellites et des astéroïdes. Il s’agit d’un élément important en climatologie, car les récentes diminutions de l’albédo dans l’Arctique ont augmenté l’absorption de chaleur à la surface. Enfin on l’utilise dans les technologie s solaires pour déterminer les rendements potentiels des panneaux solaires double face.

Hauteur par rapport au sol

La hauteur au sol est un autre facteur clé à prendre en compte lors de la conception et de la simulation de centrales solaires avec la technologie bifaciale. L’augmentation de la hauteur du module améliore l’uniformité de l’irradiation de la face arrière, augmentant ainsi le gain de puissance bifaciale en raison de la perception accrue de la lumière réfléchie par le sol sur la face arrière.

Cependant, l’augmentation de la hauteur pourrait également entraîner une augmentation des charges de vent sur les modules.

Selon les études, la hauteur devrait être supérieure à 1m. L’optimum suggéré est de 1,2-1,3 pour les meilleurs résultats de rendement.

Rapport de couverture du sol

Le rapport de couverture du sol est le rapport entre la surface occupée par les modules PV et la surface totale disponible. Ce rapport est directement lié à la distance d’implantation, l’espacement entre les rangées de modules PV.

Diminuer le rapport de couverture du sol implique une plus grande distance entre les rangées, et donc une production d’énergie accrue. Cependant, cela a également un effet sur la surface de la centrale. Le rapport de couverture du sol suggéré pour des résultats optimisés serait d’environ 40-50%.

Le changement est-il difficile côté production des cellules ?

Il est important de noter que la conversion d’une ligne de production de cellules PERC monofaciales à des cellules PERC bifaciales ne nécessite pratiquement aucun coût supplémentaire ni aucune modification de la ligne de production ; mais juste un changement sur la disposition du capteur. Cela montre encore le potentiel de cette technologie et la facilité avec laquelle elle pourrait être adoptée.

Perspectives et conclusions

Diverses sources indiquent que le marché bifacial a connu une croissance au-delà des attentes au cours des deux dernières années et son développement devrait être remarquable.

On estime que les installations solaires bifaciales mondiales atteindront 20 GW en 2024, ce qui augmentera considérablement la taille du marché bifacial à ce jour.

En termes de part de marché, selon l’International Roadmap of Photovoltaic (ITRPV), la mise en œuvre de la technologie bifacial devrait passer de 12 % en 2019 à près de 60 % du total des installations mondiales d’ici 2029.

Bien que la technologie bifaciale puisse coûter 0,05 centimes/W de plus à installer qu’un système PV monofacial, un gain bifacial prudent de 10 % l’emporte facilement sur le risque.

Dans l’ensemble, plusieurs études prouvent déjà que les gains bifaciaux sont importants et que les prix sont de plus en plus abordables par rapport aux technologies monofaciales actuelles.

Il ne fait aucun doute que l’industrie continuera à voir de nouveaux développements de centrales solaires avec cette technologie, ainsi que des logiciels de simulation pour estimer leur rendement.

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