La bifacialité des panneaux solaires : un guide complet des principes aux applications

Table des matières

1. Introduction
2. Qu'est-ce que la bifacialité des panneaux solaires ?
3. Comparaison des modules bifaciaux et monofaciaux
4. Types de panneaux solaires bifaciaux sur le marché
5. Quels facteurs influencent le gain de production d'énergie des modules bifaciaux ?
6. Scénarios d'application des panneaux solaires bifaciaux
7. Scénarios où les panneaux solaires bifaciaux ne sont pas recommandés
8. Conclusion

Introduction

Alors que les énergies renouvelables évoluent rapidement, la technologie photovoltaïque continue de progresser pour répondre aux besoins énergétiques croissants. Les panneaux solaires bifaciaux, en tant que solution solaire innovante, deviennent progressivement un choix populaire sur le marché grâce à leur capacité de générer de l'énergie des deux côtés simultanément. Par rapport aux modules monofaciaux traditionnels, les modules bifaciaux peuvent utiliser plus efficacement la lumière ambiante, améliorant ainsi de manière significative l'efficacité de la production d'énergie et jouant un rôle crucial dans la transition énergétique mondiale. Cet article se penchera sur le concept des panneaux solaires bifaciaux, les différents types disponibles sur le marché, les facteurs influençant le gain de production d'énergie, l'analyse coût-avantage et leurs vastes scénarios d'application. L'objectif est de fournir aux lecteurs une compréhension et des perspectives approfondies de cette technologie de pointe. À travers une exploration détaillée de la technologie photovoltaïque bifaciale, nous espérons susciter un intérêt accru pour les solutions énergétiques durables et promouvoir le développement des énergies vertes.

Qu'est-ce que la bifacialité des panneaux solaires?

Les panneaux solaires bifaciaux sont des modules solaires capables de générer de l'électricité à la fois à partir de l'avant et de l'arrière. Ils utilisent des cellules solaires bifaciales, dont l'arrière est généralement encapsulé dans des matériaux transparents (comme du verre ou des feuilles de fond transparentes). En plus de produire de l'énergie à partir de la face avant, la face arrière peut également capter la lumière ambiante diffuse et réfléchie pour une production d'électricité supplémentaire.

En raison de la capacité des panneaux solaires bifaciaux à produire de l'énergie dans deux directions, la bifacialité est devenue un indicateur important pour évaluer leur performance. La bifacialité, également appelée facteur bifacial ou ratio bifacial, mesure le rapport entre les capacités de production d'énergie de l'arrière et de l'avant des modules bifaciaux dans des conditions de test standard, jouant un rôle essentiel dans l'évaluation de la performance des panneaux solaires bifaciaux.

Par exemple, dans des conditions de test standard (STC), si la puissance de test de l'arrière d'un module photovoltaïque bifacial est de 350 watts et celle de l'avant est de 500 watts, le calcul de la bifacialité serait 350/500 = 70 %. Cela signifie que l'arrière contribue à 70 % de la capacité de production d'énergie par rapport à l'avant.

Comparaison des modules bifaciaux et monofaciaux

En comparant les performances et les caractéristiques des panneaux solaires bifaciaux avec celles des modules monofaciaux, on observe des différences notables dans plusieurs aspects. Le tableau suivant présente une comparaison complète des deux types de panneaux solaires, permettant de clarifier les avantages et les limites des panneaux bifaciaux par rapport aux monofaciaux en termes de conversion d'énergie, d'environnement d'installation, de production d'énergie, de coût, de durabilité, d'apparence et d'efficacité d'utilisation du sol.

Les panneaux solaires bifaciaux présentent des avantages évidents en matière de production d'énergie, d'adaptabilité aux environnements d'installation et d'efficacité d'utilisation du terrain, notamment dans des environnements à haute réflectivité où ils peuvent significativement augmenter la production d'énergie. Cependant, l'investissement initial et la complexité structurelle sont des facteurs à prendre en compte. Par conséquent, pour choisir la solution photovoltaïque appropriée, les utilisateurs devraient évaluer les forces et les faiblesses des deux types de modules en fonction de leur environnement d'installation, de leur budget et de leurs besoins en production d'énergie afin de prendre la décision la plus adaptée à leur situation.

Types de panneaux solaires bifaciaux sur le marché

Actuellement, divers types de panneaux solaires bifaciaux sont disponibles sur le marché, notamment les modules Passivated Emitter Rear Cell (PERC), Passivated Emitter Rear Localized Diffusion (PERL), Passivated Emitter Rear Full Diffusion (PERT), Heterojunction Intrinsic Thin Layer (HIT), Interdigitated Back Contact (IBC) et Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon).

PERC

• Efficacité : Face avant 19,4–21,2 % ; Face arrière 16,7–18,1 %
• Bifacialité : 70–80 %
• Application principale : Commerciale ; progressivement en retrait, généralement basé sur des cellules en silicium monocristallin de type p.

IBC

• Efficacité : Face avant 22,0-23,2 % ; Face arrière 16,1-18,2 %
• Bifacialité : 70–80 %
• Principalement basé sur : Cellules en silicium monocristallin de type n, sans lignes métalliques sur la face avant.
• Application principale : Commerciale ; part de marché d'environ 15 %.

HJT

• Efficacité : Face avant 22,1-23,7 % ; Face arrière 21,4-23,3 %
• Bifacialité : 95–100 %
• Application principale : Commerciale ; part de marché d'environ 10 %, généralement basé sur des cellules en silicium monocristallin de type n.

TOPCon

• Efficacité : Face avant 22,0-23,3 % ; Face arrière 18,4-20,3 %
• Bifacialité : 70–90 %
• Basé sur : Cellules en silicium monocristallin de type n, offrant une excellente efficacité de conversion photoélectrique et un faible coefficient de température.
• Progressivement en voie de commercialisation : Part de marché d'environ 70 %.

Facteurs influençant le gain de puissance des modules bifaciaux

Hauteur minimale au-dessus du sol :En général, plus les panneaux solaires bifaciaux sont installés haut au-dessus du sol, plus l'effet de gain par l'arrière est prononcé. Cependant, lorsque la hauteur dépasse 1,3 mètre, l'augmentation de l'irradiance reçue par l'arrière commence à se stabiliser. Par conséquent, en tenant compte de facteurs tels que la charge des supports, le coût et l'entretien, il est recommandé de maintenir une hauteur entre 0,7 et 1,2 mètre au-dessus du sol.

Réflectivité du sol :L'arrière des panneaux solaires bifaciaux peut utiliser la lumière réfléchie par le sol pour générer de l'énergie. Plus la réflectivité du sol est élevée, plus la lumière reçue par l'arrière est forte, ce qui améliore la performance de la production d'énergie. Comparés aux systèmes de modules conventionnels, les modules bifaciaux obtiennent le gain de puissance le plus élevé sur un fond enneigé, avec un classement approximatif de la réflectivité comme suit : neige > sol sableux/ciment > terrain > herbe > eau. La réflectivité approximative peut être consultée dans le schéma suivant.

D'un point de vue rigoureux, les différents types de technologies (comme PERC, HJT, IBC, TOPCon, etc.) présentent des différences significatives en matière de gain par l'arrière pour les modules bifaciaux. Le tableau suivant détaille les effets de gain par l'arrière et les données de réflectivité associées pour les modules bifaciaux sur divers types de sols :

D'après les données du tableau, il apparaît que la technologie HJT offre les meilleures performances dans les environnements à haute réflectivité (comme la neige), tandis que la technologie PERC affiche des performances relativement moyennes dans tous les environnements, mais légèrement inférieures dans les conditions de haute réflectivité. Les technologies IBC et TOPCon démontrent des performances stables dans divers scénarios de réflectivité, notamment dans des contextes de réflectivité modérée (comme les sols sableux/ciment et les terres agricoles). Ainsi, lors du choix des lieux d'installation, prendre pleinement en compte les caractéristiques de réflectivité du sol peut optimiser efficacement l'efficacité de production d'énergie des modules bifaciaux. Le choix d'environnements réfléchissants appropriés, associé à un type de technologie adapté, contribuera à obtenir des avantages de production d'énergie plus élevés.

Angle d'inclinaison du module : Lors de l'installation, des efforts doivent être faits pour ajuster l'orientation des modules afin de maximiser leur exposition à l'irradiation solaire.

En France, où la latitude varie de 42°N à 51°N, l'angle d'inclinaison optimal pour l'installation de panneaux solaires se base également sur une soustraction de 10 degrés par rapport à la latitude locale. Dans le nord de Paris (environ 48° de latitude), l'angle d'inclinaison optimal est de 38°, tandis qu'à Marseille dans le sud (environ 43° de latitude), il est de 33°. L'azimut des modules en France devrait être orienté vers le sud, avec un léger biais vers le sud-ouest pour mieux capter le rayonnement solaire de l'après-midi.

Espacement des modules : Un espacement adéquat entre les modules aide à réduire l'ombrage entre eux, garantissant que les faces avant et arrière de chaque module reçoivent suffisamment de lumière. Plus l'espacement entre les rangées de modules est important, plus l'effet de gain à l'arrière est prononcé. Cependant, lors de l'installation réelle, il est nécessaire de déterminer l'espacement des rangées en fonction des conditions spécifiques du projet afin d'équilibrer les bénéfices de production d'énergie et les coûts de construction.

Conception de la structure de support : Lors de l'installation de modules bifaciaux, les rails de support doivent être positionnés aux extrémités des modules pour éviter l'ombrage de la face arrière et minimiser également l'ombrage d'autres composants (comme les onduleurs) sur cette face. L'arrière et l'environnement environnant peuvent influencer de manière significative le gain de puissance de la face arrière, d'où la nécessité de prendre en compte le flux lumineux arrière dès la phase de conception initiale de l'installation.

Applications des panneaux solaires bifaciaux

En raison de leurs caractéristiques de production d'énergie bifaciale, les modules bifaciaux absorbent la lumière directe sur la face avant et reçoivent la lumière réfléchie par le sol ainsi que la lumière diffuse de l'air sur la face arrière, permettant ainsi aux deux faces de générer de l'électricité. Cela permet une orientation et des angles d'installation flexibles, rendant les modules bifaciaux adaptés à divers scénarios d'installation.

Centrales solaires au sol

• Déploiement à grande échelle : Les centrales au sol couvrent généralement de grandes surfaces, permettant une utilisation optimale des capacités de production d'énergie bifaciale des modules, améliorant ainsi l'efficacité de l'utilisation des terres.
• Disposition flexible : La disposition des centrales solaires au sol est relativement flexible et peut être optimisée en fonction de facteurs tels que le terrain, les conditions d'ensoleillement et la vitesse du vent, maximisant l'utilisation des ressources solaires.
• Intégration avec le stockage d'énergie : Les centrales au sol peuvent être combinées avec des systèmes de stockage d'énergie pour obtenir une production d'énergie stable, renforçant ainsi la stabilité du réseau.

Agrivoltaïque

• Complémentarité agriculture-solaire : Les modules bifaciaux peuvent être intégrés dans la production agricole pour combiner agriculture et énergie solaire, augmentant l'utilisation des terres.
• Amélioration de l'environnement de culture : L'ombre produite par les modules bifaciaux peut réduire la température de surface, améliorant l'environnement de croissance des cultures et augmentant le rendement et la qualité.
• Augmentation des revenus agricoles : Les agriculteurs peuvent générer des revenus supplémentaires en louant des toits ou des terres pour des installations solaires.

Toitures commerciales et industrielles

• Avantage d'angle : Pour les toitures commerciales et industrielles avec un angle supérieur à 20 degrés, la face arrière des modules bifaciaux peut recevoir davantage de lumière diffuse réfléchie, améliorant ainsi les retours en production d'énergie.
• Utilisation de l'espace de toiture : Les modules bifaciaux peuvent pleinement utiliser l'espace de la toiture, augmentant la production d'électricité tout en offrant de l'ombre et une isolation thermique.
• Autoconsommation : Les entreprises commerciales peuvent réduire leurs coûts d'électricité en installant des modules bifaciaux pour l'autoconsommation.

Carports et parkings

• Protection contre le soleil et la pluie : Les modules bifaciaux peuvent offrir de l'ombre et une protection contre la pluie pour les véhicules tout en utilisant de l'énergie propre.
• Esthétique et pratique : Les modules bifaciaux peuvent s'intégrer aux bâtiments, renforçant l'attrait esthétique et rehaussant la qualité des parkings.
• Valeur ajoutée : Les exploitants de parkings peuvent augmenter leurs revenus en offrant des services additionnels comme des stations de recharge.

Photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV)

• Esthétique et fonctionnel : Les modules bifaciaux peuvent être intégrés dans les façades de bâtiments, toits, etc., permettant une intégration architecturale et renforçant l'attrait visuel.
• Économique en énergie et écologique : Les systèmes BIPV peuvent réduire la consommation d'énergie dans les bâtiments et diminuer les émissions de carbone.

Scénarios où les panneaux solaires bifaciaux ne sont pas recommandés

Les panneaux solaires bifaciaux à double vitrage ne conviennent pas aux systèmes photovoltaïques de toitures résidentielles ni aux projets de toitures plates commerciales et industrielles, car ces scénarios limitent leurs performances et leur sécurité, empêchant ainsi d’exploiter pleinement leurs avantages techniques.

• Problèmes de poids : Les modules à double vitrage utilisent généralement du verre semi-trempé de 2,0*2,0 mm, ce qui est considérablement plus lourd que les modules à simple vitrage de même taille, augmentant ainsi la pression de charge sur les toits. Si la capacité portante de la toiture est limitée, l’installation de modules à double vitrage peut ne pas être adaptée.
• Absence de gain de production par l'arrière : L'installation affleurante avec le toit empêche l’utilisation des réflexions lumineuses, ce qui entraîne l’absence de production d'énergie supplémentaire par l'arrière des modules à double vitrage.
• Risque de casse spontanée : Les systèmes photovoltaïques sur les toits résidentiels nécessitent généralement un transport et une installation complexes. Comparés aux modules à simple vitrage (verre trempé de 3,2 mm), les modules à double vitrage sont plus susceptibles de se casser, augmentant ainsi les difficultés de construction.
• Résistance limitée aux impacts de grêle : Le verre avant des modules à double vitrage est en verre semi-trempé de 2,0 mm, offrant une résistance aux impacts de grêle inférieure à celle des panneaux solaires à simple vitrage avec du verre trempé de 3,2 mm, les rendant plus vulnérables aux intempéries.
• Mauvaise dissipation thermique : Les toitures résidentielles inclinées sont généralement installées à ras, et le verre arrière des modules à double vitrage ne dissipe pas la chaleur aussi efficacement que la feuille de fond des modules à simple vitrage. Cela entraîne une performance thermique inférieure, avec des températures de fonctionnement relativement élevées et une production d'électricité réduite en fonction du coefficient de température.

Conclusion

En tant qu'évolution majeure de la technologie solaire moderne, les panneaux solaires bifaciaux présentent un potentiel de marché et des perspectives d'application considérables grâce à leur capacité à générer de l'électricité des deux côtés. En évaluant le taux de bifacialité, nous pouvons mieux comprendre leurs avantages en termes de performance, notamment en matière de production d'électricité dans diverses conditions environnementales.

Différents types de modules bifaciaux sont disponibles sur le marché, tels que PERC, IBC et HJT, chacun ayant ses propres caractéristiques pour répondre aux besoins variés des utilisateurs. Ces modules deviennent progressivement un choix essentiel dans le secteur des énergies renouvelables grâce à leur conversion photovoltaïque efficace et à leurs méthodes d'application flexibles, dans des scénarios tels que les centrales au sol, l'agrivoltaïque et les toitures commerciales.

Bien que l'investissement initial dans les modules bifaciaux soit relativement élevé, les économies d'énergie et les avantages environnementaux qu'ils procurent à long terme en font un investissement rentable. Avec les avancées technologiques continues et la maturation progressive du marché, les panneaux solaires bifaciaux devraient guider les tendances futures du développement photovoltaïque et contribuer à atteindre les objectifs de durabilité énergétique.

Depuis 2008, Maysun Solar se consacre à la production de panneaux solaires de haute qualité, en particulier les modules bifaciaux. Nos produits incluent des panneaux solaires à double vitrage de type IBC, HJT et TOPCon, tous conçus avec une structure légère et une performance exceptionnelle en production d'énergie bifaciale pour maximiser l'utilisation de la lumière solaire et améliorer l'efficacité énergétique. De plus, nos stations solaires pour balcons offrent aux utilisateurs des choix d'application flexibles. Maysun Solar a établi avec succès des bureaux de vente et des entrepôts dans plusieurs pays de l'UE et a formé des partenariats durables avec d'excellents installateurs. Pour obtenir les derniers devis sur les panneaux solaires ou pour toute question relative au photovoltaïque, veuillez nous contacter. Nous nous engageons à vous aider à faire les meilleurs choix concernant l'utilisation et la sélection de panneaux solaires lors de la conception et de l'installation de systèmes.

Référence:

Wikipedia contributors. (2024, September 6). Bifacial solar cells. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Bifacial_solar_cells

David, L. (2024, October 22). A guide to bifacial solar panels. https://www.marketwatch.com/guides/solar/bifacial-solar-panels/

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