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Les panneaux photovoltaïques prennent le soleil
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Les panneaux photovoltaïques prennent le soleil

Énergie

Publié le
jeudi 30 novembre 2017 à 04:00

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De la simple calculatrice à la centrale solaire, en passant par les voitures électriques, les cellules photovoltaïques ont de nombreux domaines d’application. Le secteur du bâtiment utilise depuis longtemps également cette technologie afin de produire sa propre électricité. Ces installations permettent d’alimenter les bâtiments en énergie et évitent les surcharges sur le réseau. Avec le développement des cellules photovoltaïques, plusieurs types de panneaux ont vu le jour. Alors lesquels choisir ? Quelles sont leurs performances ? Neobuild a testé pour vous !

Les panneaux photovoltaïques sont aujourd’hui présents sur tous les marchés de la production d’énergie. Le secteur du bâtiment utilise cette technologie en grande quantité et beaucoup de nos habitations en sont aujourd’hui équipées. Il existe ainsi différents types de panneaux qui ont des caractéristiques différentes.

Il existe 3 grandes familles de cellules :

  • Les cellules polycristallines
  • Les cellules monocristallines
  • Le silicium amorphe
Panneaux monocristallins
Panneaux monocristallins
Panneaux polycristallins
Panneaux polycristallins

Chaque famille de cellules a des rendements et un coût de production différents.

Les cellules polycristallines ont des rendements variant globalement entre 11 % et 15 %, elles sont peu coûteuses lors de leur fabrication.

Les cellules monocristallines, elles, ont un meilleur rendement, variant de façon générale entre 14 % et 18 % contrairement aux cellules précédentes. Les panneaux sont en revanche moins performants dans les régions à fortes variations de température, comme le Luxembourg. De même, les cellules sont plus complexes à mettre en œuvre et donc plus coûteuses.

Le silicium amorphe quant à lui a un rendement inférieur aux deux autres cellules, entre 7 % et 9 % et un coût de production également plus bas que les deux précédents.

De nouveaux types de panneaux photovoltaïques à cellule naturelle font également leur apparition. Le professeur de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) Michael Grätzel, véritable précurseur dans ce domaine, a ainsi mis en place de nouvelles cellules photovoltaïques inspirées de la photosynthèse végétale. Pour en savoir plus, consulter le numéro 6 de NEOMAG, dont un dossier entier est consacré à ce sujet.

En tant que bâtiment laboratoire, le Neobuild Innovation Center s’est équipé des deux premières familles de panneaux, afin de comparer leurs performances de production. Les panneaux ont ainsi été installés sur la toiture plate, direction sud pour garantir la meilleure production possible. Ce sont des panneaux fixes, qui ne suivent donc pas la trajectoire du soleil.

Disposition des panneaux photovoltaïques sur la toiture du NILL
Disposition des panneaux photovoltaïques sur la toiture du NILL

Chaque groupe de panneaux de marques différentes (LG, Soluxtec, Qcells, YIngli, REC, NSP, BenQ) est relié à un onduleur, soit 7 onduleurs au total. Tous les onduleurs ont été fournis par le même fabricant SMA. L’installation photovoltaïque a été réalisée par l’entreprise A+P Kieffer Omnitec. Cela permet de connaître la production de chaque groupe et donc la quantité totale d’électricité produite.

Afin de pouvoir mettre en place les panneaux de façon simple, rapide et sans dommages, ces derniers ont été fixés sur des bacs lestés. Ceux-ci ont la particularité d’être simplement posés sur la couche drainante qui sert de protection à l’étanchéité sur la toiture, évitant ainsi les fixations en toiture et les problèmes d’étanchéité. Le simple lestage avec du gravier suffit à maintenir le bac.

Dans le cas de notre smart building, les onduleurs SMA sont liés à un système de monitoring en ligne permettant ainsi à chaque instant de connaître la performance des panneaux.

Afin de pouvoir vérifier la performance des panneaux en situation réelle, nous avons dans un premier temps laissé les panneaux fonctionner sans aucune intervention humaine (nettoyage notamment) durant l’année 2016. Cela permet de vérifier si les courbes obtenues sur une année, malgré les intempéries ou autre événement extérieur, sont à la hauteur des attentes de production.

Interface des systèmes de monitoring des panneaux
Interface des systèmes de monitoring des panneaux

Ci-dessous les résultats obtenus pour l’année 2016 :

Histogramme de production d’énergie en 2016
Histogramme de production d’énergie en 2016

L’histogramme annuel obtenu est tout à fait « standard » pour une production électrique photovoltaïque. En effet, ce sont les mois d’été, lorsque le Soleil est au plus près de la Terre, que la production électrique est optimale. Toutefois, on constate une baisse de production au mois de juin dû à une mauvaise météo en 2016.

La production théorique calculée et estimée pour le bâtiment Neobuild en fonction de sa position géographique est de 12 MWh annuelle pour une puissance installée de 18,2 kWp. Les panneaux photovoltaïques ont produit pour l’année 2016 12 634 kWh soit 12,634 MWh, une valeur supérieure à celle estimée donc. Cette production électrique pourrait alimenter annuellement une maison de 4 personnes de 110 m2 avec chauffage électrique.

Voici la comparaison de production des 7 groupes de panneaux installés sur la toiture de Neobuild :

Histogramme sur la production électrique des groupes de panneaux photovoltaïques sur l’année 2016
Histogramme sur la production électrique des groupes de panneaux photovoltaïques sur l’année 2016

Concernant l’efficacité des types de panneaux, nous avons pu en déduire que :

  • Les 27 panneaux monocristallins avec une surface de 44,1 m2 ont produit 4 825 kWh, ce qui représente 38,2 % de la production totale. Les panneaux ont produit 110 kWh/m2
  • Les 40 panneaux polycristallins d’une surface totale de 61,9 m2 ont quant à eux produit 7 809 kWh soit 61,8 % de la production totale avec un rapport de 126 kWh/m2.

Grâce à ces résultats, nous constatons donc que les panneaux monocristallins sont moins efficaces que les panneaux polycristallins, malgré le rendement supérieur à ces derniers. Cependant, plusieurs facteurs influencent ces résultats sur le bâtiment. Tout d’abord les variations importantes de températures très fréquentes dans la région qui diminuent la performance des panneaux. Dans le cas du Neobuild Innovation Center, les panneaux monocristallins (situés du côté ouest) sont installés près du « rebord » du vitrage électrochromatique, ce qui a pour conséquence de limiter la captation du rayonnement solaire lorsque le soleil est rasant (l’autre partie du panneau étant dans l’ombrage du rebord). Les panneaux polycristallins quant à eux perçoivent dès le lever du soleil la totalité des rayons et sont loin du rebord. Malgré celui-ci, la production est supérieure à la valeur attendue.

Pour conforter l’intérêt des panneaux photovoltaïques, ces derniers ont récemment été couplés à des batteries de stockage électrique de la marque TESLA. L’objectif de cette nouvelle installation est de simuler l’autoconsommation électrique d’une maison unifamiliale.

NEOMAG vous présentera les prochains résultats de ce nouveau test dans un prochain numéro.

Lucas Karmann, Innovation Development Engineer, Neobuild

Consultez en ligne NEOMAG #10

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