Comment augmenter l’Efficacité des Panneaux solaires? Qu’Est-Ce Qui Rend Un Panneau Solaire Plus Efficace?

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L’efficacité d’un panneau solaire est un facteur important lors de son utilisation comme source d’énergie viable – plus l’efficacité est élevée, plus l’installation sera rentable. La recherche constante apporte cependant des résultats, et le développement de cette technologie et l’amélioration de l’efficacité des cellules solaires sont le principal domaine d’intérêt.

Lorsque les scientifiques ont commencé à explorer cette technologie en 1839, ils prévoyaient que l’efficacité des cellules solaires atteindrait 1% d’efficacité en 1948 – cela a été considéré comme bon. Aujourd’hui, nous avons des technologies de cellules solaires atteignant 40% d’efficacité ou plus, mais avec un coût élevé et généralement utilisées pour des projets spécialisés comme l’exploration spatiale de la NASA.

Mais qu’en est-il de nous sur terre ?

Trois méthodes communes sont utilisées pour maximiser l’efficacité des panneaux solaires: les concentrateurs solaires qui concentrent plus intensément la lumière du soleil, les miroirs solaires qui réfléchissent plus de lumière sur la zone du panneau solaire et le suivi automatique, qui suit le soleil lorsqu’il se déplace dans le ciel.

De quoi sont faites les cellules solaires et comment fonctionnent-elles ?

Le panneau solaire, également appelé module solaire, est techniquement appelé PV ou photovoltaïque. Il est composé d’un certain nombre de cellules solaires individuelles. Ces cellules solaires définissent le type de panneau solaire.

Certains panneaux sont noirs et certains bleus. Certains ont des formes blanches de diamants entre les lignes horizontales et verticales et d’autres n’ont pas ces diamants.

La couleur, la conception et la taille du panneau solaire dépendent du type de cellule solaire utilisée. La forme du panneau solaire est conçue pour utiliser au maximum la surface disponible et la forme rectangulaire le rend simplement plus « pratique » et moins cher à fabriquer.

Fondamentalement, le cœur de la production d’électricité à partir d’une installation solaire est la cellule solaire.

Il existe de nombreux types de cellules solaires. Les trois principaux types utilisés et disponibles sur le marché aujourd’hui sont:

• Cristal monocristallin ou monocristallin
  Cristal polycristallin ou multicristallin
  Couche mince (peut être du silicium amorphe ou d’autres substances comme le cadmium, le cuivre et le gallium, etc.)

Les rendements de ces trois types de cellules solaires sont:

• Monocristallin : 22%
• polycristallin: 15%
• Couche mince: 10%

Même la plus grande efficacité des panneaux solaires monocristallins n’est pas trop bonne du point de vue d’un profane. Pourquoi si bas? En ces temps hautement technologiques, il semble incroyable que nous ne puissions pas avoir de cellules photovoltaïques super efficaces à utiliser dans les maisons.

Pourquoi les panneaux solaires sont-ils si inefficaces ?

Ces cellules solaires sont si inefficaces en raison du processus de fabrication, du matériau dont elles sont faites et du processus par lequel ces matériaux génèrent de l’énergie électrique.

La lumière du soleil est également composée de paquets ou de photons d’énergie. Ces photons frappent le panneau solaire et échangent leur énergie avec des électrons dans le matériau qui commencent à circuler à travers les jonctions P-N en silicium et commencent à générer du courant.

Le processus de conversion d’énergie et la perte d’énergie au sein du processus dépendent du type de matériau solaire (silicium) utilisé pour fabriquer les cellules solaires.

Dans le cas des cellules solaires à base de silicium, lorsqu’elles reçoivent les photons énergétiques de la lumière du soleil, elles perdent 23% de leur énergie car elles ne sont pas assez énergétiques pour alimenter les électrons dans le réseau cristallin de silicium.

Encore 33% sont si énergiques que lorsqu’ils frappent la matière solaire, l’énergie est perdue sous forme de chaleur.

Environ 16% sont perdus par les électrons eux-mêmes au cours du processus. Théoriquement, les cellules solaires en silicium peuvent atteindre une efficacité maximale d’environ 33%, mais dans la pratique, l’efficacité maximale pour les panneaux solaires commerciaux est de 22%.

Des cellules solaires à base de silicium ont été enregistrées avec une efficacité de 40% en laboratoire et d’autres matériaux ont des propriétés photovoltaïques. Ceux-ci sont trop chers pour le moment, donc les cellules solaires en silicium sont le seul jeu en ville pour le moment.

Le Centre de recherche Glenn de la NASA a mis au point une cellule solaire hybride composée de silicium, de matériaux à couches minces et de sélénium avec des rendements allant de 30% à 40%.

Si le coût de production est réduit, cela pourrait être l’avenir des cellules solaires avec le double de l’efficacité des cellules solaires existantes.

Qu’Est-Ce Que L’Irradiance Et L’Insolation?

L’efficacité de la production d’électricité à partir d’un panneau solaire dépend également de la quantité de lumière solaire tombant à sa surface.

Deux termes solaires utilisés sont importants pour comprendre l’énergie solaire qui tombe sur Terre et comment nous la mesurons. C’est une façon de mesurer ou de calculer la quantité d’électricité que nous pouvons générer à partir de notre panneau solaire.

• L’irradiance est la puissance (quantité d’énergie par unité de temps) de la lumière solaire par unité de surface (Watt / sq. m ou L/m2).
• L’insolation est l’énergie de la lumière solaire par unité de surface au fil du temps (kilo Watt-heure/sq. m ou kWh/m2).

Lorsque l’insolation est élevée, plus la production d’électricité à partir de panneaux solaires est élevée et plus l’efficacité est élevée. Pour les panneaux solaires fixes, cela ne se produit pas en continu car ils ne font pas face au soleil tout au long de la journée.

C’est la raison pour laquelle les panneaux solaires fixes sont inefficaces de chaque côté de la mi-journée, même si le réseau de panneaux solaires est placé exactement à l’angle le mieux par rapport au sol et est orienté au sud (si dans l’hémisphère nord).

Comment rendre les panneaux solaires plus efficaces à l’aide d’un concentrateur solaire

L’utilisation d’un concentrateur solaire pour les panneaux solaires peut augmenter leur efficacité jusqu’à 40%. Certaines entreprises ont commercialisé cette technologie et elle est assez efficace, même si elle est un peu chère.

Une lentille appelée « lentille de Fresnel » est utilisée pour concentrer la lumière du soleil sur la cellule solaire. Ces cellules solaires sont fabriquées en fonction du niveau de concentration de la lentille. Les lentilles à faible concentration fonctionnent avec des cellules en silicium et ne nécessitent ni suivi ni refroidissement.

Les lentilles à concentration de force moyenne fonctionnent avec des cellules solaires au silicium, au cadmium et au tellurure qui nécessitent un refroidissement et un suivi.

La lentille à haute concentration fonctionne avec une cellule multi-jonctions ou multi-matériaux et nécessite un refroidissement et un suivi approfondis.

Les panneaux solaires à concentration sont fabriqués de manière spécifique – ils ne sont pas comme les panneaux solaires traditionnels. La lumière du soleil se concentre sur une très petite zone où la cellule solaire est placée.

La concentration de la lumière du soleil sur un panneau solaire traditionnel n’est pas très utile et peut nuire au panneau solaire avec une irradiance excessive conduisant à la chaleur, ce qui réduit également l’efficacité globale de toute façon.

Augmenter l’efficacité des panneaux solaires avec des miroirs – panneaux à réflecteur solaire

Des recherches sont en cours et très prometteuses pour améliorer les systèmes de panneaux solaires. Divers chercheurs aux États-Unis et en Inde ont essayé d’ajouter des miroirs adjacents aux panneaux solaires. Ces miroirs lorsqu’ils sont maintenus à des angles spécifiques ont tendance à augmenter la production d’électricité à partir des panneaux jusqu’à 30%.

La surchauffe des panneaux solaires est à éviter si l’on veut commercialiser cette technologie, mais ce sera une bénédiction pour les régions plus froides avec des niveaux d’insolation élevés. Un travail publié dans le Journal of Photovoltaic de l’IEEE prouve l’utilisation réussie des miroirs comme réflecteurs dans les fermes solaires pour augmenter sa production d’énergie.

Comment augmenter la puissance du panneau solaire en optimisant l’angle du panneau

Idéalement, le panneau solaire doit faire face au soleil perpendiculairement et cela se produit lorsqu’il est placé à un angle spécifique par rapport au sol. Pour un panneau solaire fixe à un angle spécifique du sol, l’énergie du soleil frappant un panneau solaire n’est maximale qu’en milieu de journée.

Si vous êtes dans l’hémisphère nord, le panneau solaire doit faire face au sud et s’il est dans l’hémisphère sud, il doit faire face au Nord. L’angle du panneau solaire auquel il doit être incliné par rapport à la surface de la Terre est différent pour différents endroits sur Terre.

Il y a un certain nombre de calculs pour obtenir l’angle exact du panneau solaire pour obtenir une efficacité maximale pour un emplacement particulier. Malgré cela, l’orientation fixe du panneau n’est pas optimale pour atteindre une production d’énergie maximale. Ces calculs sont effectués manuellement ou à l’aide d’algorithmes.

Le plus simple est de garder l’angle d’inclinaison + 15o de latitude de l’emplacement pour l’hiver et – 15o pour l’été. De plus, l’angle d’inclinaison peut être changé quatre fois par an pour obtenir une efficacité maximale à partir d’un panneau solaire fixe.

Cependant, il est préférable de continuer à suivre le mouvement du soleil et de générer un maximum d’énergie tout au long de l’année, ce qui est coûteux mais apporte des retours sur investissement beaucoup plus élevés pour l’équipement de suivi.

Différences saisonnières et régionales des niveaux d’irradiation ou d’insolation

Une source gratuite pour vérifier les variations régionales des niveaux d’insolation est fournie par la NASA en tant que Visionneuse d’accès aux données de puissance. Obtenir des informations de base sur le niveau d’insolation annuel à votre emplacement peut vous donner une bonne idée du potentiel de l’énergie solaire et de la quantité d’électricité que vous pourriez générer par mètre carré de panneaux solaires.

Comment augmenter la sortie du panneau solaire par le tracker solaire automatique

Le tournesol qui suit chaque mouvement du soleil. C’est ce qui est réellement nécessaire pour obtenir une efficacité maximale d’un panneau solaire tout au long de l’année.

Nous ne pouvons pas empêcher les nuages de bloquer le soleil, donc nous perdons évidemment là-bas, mais lorsque le soleil est suivi par le panneau solaire comme le fait un tournesol, il fonctionne à son efficacité maximale.

Les deux types de suivi – axe simple et axe double.

Le suivi à axe unique augmente la puissance de sortie du panneau solaire de 20% et le suivi à double axe l’augmente de 30%.

Le graphique ci-dessous publié dans une étude réalisée sur l’efficacité du suivi simple et double axe montre la comparaison des panneaux de suivi simple et double axe avec celle des panneaux fixes.

La comparaison du panneau solaire à montage fixe avec un seul tracker sur le graphique de gauche et un double tracker sur le graphique de droite peut être vue ci-dessus.

Les pics précoces à 8 heures du matin et à 6 heures du soir indiquent clairement le potentiel du dual tracker pour augmenter l’efficacité des panneaux solaires à la lumière du jour. Si nos panneaux solaires peuvent être conçus pour suivre le soleil grâce à une rotation à deux axes, ce sera la meilleure chose à faire pour augmenter l’efficacité.

Un couple de moteurs et de capteur de rayonnement le rend facilement possible et devrait être envisagé pour toutes les installations solaires domestiques.

Comment mesurer la puissance de sortie d’un panneau solaire

La sortie d’électricité d’un panneau solaire peut être mesurée par un appareil appelé multimètre. Un multimètre mesure le courant, la résistance et la tension dans n’importe quel circuit.

Le panneau solaire devrait recevoir la pleine lumière du soleil en faisant face au soleil à l’angle optimal, puis vous découvrirez la puissance du panneau solaire à cet exemple particulier.

• Puissance = Ampères x Tension

Pour calculer la puissance d’un panneau solaire, vous devez obtenir l’ampérage et la tension du multimètre et les multiplier ensemble.

Vérifiez l’arrière ou le côté du panneau pour trouver sa tension en circuit ouvert (Cov) et son courant de fonctionnement as (Imp). En les prenant comme référence, vous pouvez vérifier le panneau solaire en connectant ses fils au multimètre et l’optimiser pour vérifier le courant et la tension.

Un bon moyen de tester la puissance en watts d’un panneau solaire sur toute sa plage est d’avoir un moyen de court-circuiter les fils (il ne sera pas endommagé) et de balayer la tension jusqu’à son maximum par étapes tout en mesurant des ampères x volts à chaque étape.

C’est un excellent moyen de dériver une courbe de puissance de sortie et montrera toute différence de puissance de sortie pour différentes charges. Le courant de court-circuit (Isc) est de toute façon très proche du courant nominal de pleine puissance, il n’est donc pas nocif pour le panneau.

Questions connexes

Pourquoi les panneaux solaires font-ils face au sud?

Les panneaux solaires devraient être orientés vers le Sud dans l’hémisphère nord alors que le soleil traverse le ciel dans cette direction. Dans l’hémisphère sud, les panneaux solaires doivent être orientés vers le Nord.

Comment sont fabriqués les panneaux solaires ?

Les panneaux solaires monocristallins sont fabriqués en connectant des cellules solaires individuelles issues d’un seul lingot tubulaire de silicium. Les panneaux solaires polycristallins sont fabriqués en coupant des tranches de silicium formant un grand cristal de silicium et en les reliant entre elles.

Comment maximiser l’efficacité du panneau solaire?

Trois méthodes communes sont utilisées pour maximiser l’efficacité des panneaux solaires: les concentrateurs solaires qui concentrent plus intensément la lumière du soleil, les miroirs solaires qui réfléchissent plus de lumière sur la zone du panneau solaire et le suivi automatique, qui suit le soleil lorsqu’il se déplace dans le ciel.