Panneaux solaires pour la maison : comment choisir les meilleurs panneaux

Aujourd'hui, les panneaux solaires sont devenus de véritables sources d'alimentation alternatives pour une maison particulière. Ils sont largement représentés sur le marché et l'utilisation d'une mini-centrale solaire est assez rentable. Cette situation est due à la croissance constante de la production de panneaux solaires et d'équipements supplémentaires, à une baisse des prix des éléments du système et, par conséquent, au coût de production.

Le principe de fonctionnement de la batterie solaire

Toute batterie solaire est un convertisseur photovoltaïque qui utilise la lumière pour produire de l'énergie électrique. À l'heure actuelle, l'effet photoélectrique dans les matériaux semi-conducteurs a une valeur pratique.

L'effet est basé sur l'apparition de porteurs de charge électrique libres dans des structures semi-conductrices inhomogènes lorsqu'elles sont exposées à des photons lumineux. Il est observé dans divers semi-conducteurs - à base de silicium, d'arséniure de gallium, de tellurure de cadmium, de grosses molécules de polymère.

En raison de l'apparition de porteurs libres, dont l'énergie n'est pas suffisante pour surmonter la bande interdite, une différence de potentiel (tension) se forme entre les électrodes de l'élément. Lorsque des circuits externes sont connectés, un courant électrique apparaît entre eux.

Schéma des panneaux solaires

Les cellules photoélectriques à base de divers semi-conducteurs convertissent diverses parties du spectre solaire en énergie électrique. Ainsi, les modules de silicium cristallin captent jusqu'à 80 % du rayonnement avec un décalage vers le rouge, les éléments de film à base de silicium amorphe peuvent également fonctionner dans la gamme infrarouge, le dioxyde de titane absorbe rayons violets et ultraviolets.

Dans certains échantillons de laboratoire, les chercheurs ont frôlé la barre des 50 %. Si les mêmes résultats sont obtenus dans la production industrielle, le coût de production peut être réduit de plus de moitié par rapport au niveau actuel.

Types de panneaux solaires

La principale caractéristique de la classification des modules solaires est les matériaux semi-conducteurs utilisés dans la fabrication. Aujourd'hui, plus de 80% est occupé par des panneaux solaires à base de silicium. Ce sont ces types qui ont reçu l'utilisation commerciale la plus large possible, ils sont proposés par la grande majorité des vendeurs travaillant dans l'industrie.

À leur tour, les panneaux solaires au silicium sont divisés en :

Types de panneaux solaires en silicium

Cellules solaires en silicium monocristallin

Les cellules solaires monocristallines sont des cellules connectées électriquement constituées de plaquettes monocristallines de silicium minces (240 microns). Les axes optiques sont orientés dans la même direction, un matériau de haute pureté (plus de 99,99%) est utilisé. Cela garantit une efficacité de conversion maximale.Avec une efficacité théoriquement possible pour un élément en silicium de 30%, dans des échantillons en série, le chiffre atteint 18-24%.

Extérieurement, les batteries monocristallines sont faciles à distinguer - elles ont une couleur noire profonde, l'élément est façonné en un carré régulier (rectangle) avec des coins coupés lors de la coupe.

La technologie de production de telles cellules solaires détient le record en termes de coût parmi les cellules au silicium. Le coût de production élevé s'explique par les processus complexes de nettoyage des matières premières, de croissance d'un monocristal et de sa découpe précise.

En conséquence, les batteries monocristallines ont le prix le plus élevé - environ 0,9 à 1,1 dollar pour 1 W de puissance.

De tels éléments présentent également un autre inconvénient sérieux - en raison de l'orientation précise des axes optiques des cristaux, le retour optimal ne peut être obtenu que lorsque les rayons du soleil tombent perpendiculairement au plan de l'élément. Avec un changement significatif de l'angle d'éclairage, ainsi que de la lumière diffusée, une forte diminution de la génération est observée.

Cellules en silicium polycristallin

Cellules en silicium polycristallin

Dans les batteries polycristallines, la cellule comprend une pluralité de cristaux avec une orientation aléatoire des axes optiques. Leur production ne nécessite pas de matières premières à haut degré de purification - des sources secondaires (notamment des batteries au silicium recyclées), les déchets de la production métallurgique peuvent être utilisés.

En conséquence, le coût de fabrication est fortement réduit. Cependant, cela réduit également l'efficacité de conversion - les meilleurs échantillons démontrent une efficacité de 15 à 18 %.

Extérieurement, les polycristallins sont des plaques rectangulaires régulières de couleur bleue saturée. Le coût de génération de panneaux "bleus" est d'environ 0,7 à 0,9 : pour 1 W.Dans le même temps, ils présentent une réduction significativement moindre de l'éclairage diffus et de l'incidence de la lumière à des angles autres que 90 degrés.

Batteries au silicium amorphe

Ils sont fabriqués à partir de silicium a-Si amorphe (non cristallin) en déposant de la vapeur d'hydrure de silicium sur un substrat flexible. En conséquence, un effet photoélectrique stable est déjà obtenu à une épaisseur de film de plusieurs microns.

Le processus technologique est nettement moins cher en raison de la quantité minimale de matières premières de silicium requises, des exigences réduites en matière de pureté et de l'absence d'opérations complexes, telles que la croissance d'un cristal et sa découpe.

L'efficacité de conversion est d'environ 8 à 11 %, le coût de génération se situe entre 0,5 et 0,7 % pour 1 W. Le principal inconvénient de ces batteries est le faible rendement de conversion, qui nécessite une grande surface pour fournir la puissance requise. Cependant, il est plus que compensé par la possibilité d'installer sur n'importe quelle surface - un substrat flexible ne nécessite même pas de bases ni de structures spéciales pour l'installation.

De plus, les modules polymorphes modernes peuvent fonctionner dans la gamme infrarouge, ce qui réduit considérablement les pertes d'efficacité sous un éclairage diffus. De ce fait, la part des éléments amorphes représente aujourd'hui environ 10% du marché mondial.

Piles CdTe à couches minces

Piles CdTe à couches minces

Les cellules solaires à base de tellurure de cadmium (CdTe) peuvent devenir une véritable alternative aux cellules au silicium. Actuellement, ils démontrent une efficacité de conversion, en moyenne, supérieure de 20 % à celle du silicium amorphe similaire à un coût inférieur de 20 %.Ceci est réalisé grâce aux caractéristiques uniques du semi-conducteur, qui fournit la bande interdite optimale.

De tels panneaux sont réalisés en appliquant une couche de matériau semi-conducteur sur des couches minces. La technologie est encore disponible pour un nombre limité de fabricants, mais la production en série de telles batteries a déjà été lancée par la société américaine First Solar.

Panneaux solaires en polymère

Dans les modules solaires polymères, l'effet photoélectrique est fourni par une couche de "polymère semi-conducteur" - de grosses molécules de composés organiques. À l'heure actuelle, la technologie de ces produits est proche du déploiement d'une production à grande échelle (certaines entreprises européennes ont déjà établi une production commerciale).

Panneaux solaires en polymère

L'efficacité de conversion de ces dispositifs est estimée entre 8 et 11 %. En raison d'une production bon marché record, de l'utilisation de matériaux polymères flexibles et de l'absence de problèmes d'élimination, dans un avenir proche, les modules solaires polymères pourront sérieusement concurrencer les produits déjà fabriqués.

Les industriels développent aussi activement des panneaux solaires basés sur :

Le choix des panneaux solaires

Lors du choix des panneaux solaires, il est nécessaire de déterminer non seulement le type, mais également les paramètres électriques - puissance et tension.

Type de

Choisir le type de panneau solaire parmi les conditions d'ensoleillement (nombre de jours ensoleillés, intensité de rayonnement) :

• Ainsi, les batteries au silicium monocristallin sont tout à fait adaptées à une installation dans les régions du sud.
• Dans la voie du milieu et dans d'autres territoires russes, la meilleure option serait les panneaux polycristallins, qui ont fait leurs preuves dans des conditions d'éclairage diffus.
• Aux latitudes nord, une plus grande attention doit être accordée aux modules amorphes, qui permettent de créer une zone de batterie importante sans travaux d'installation supplémentaires.

La catégorie de qualité requiert également de l'attention. Dans le marquage des batteries, ce paramètre est indiqué comme Grade A, B ou C. Ceteris paribus, les produits de Grade A doivent être préférés - ils dureront 20 à 30 ans avec peu (pas plus de 20%) de dégradation.

Des catégories de qualité inférieure sont attribuées aux produits sur la base des résultats des tests en usine, qui révèlent un écart par rapport aux paramètres nominaux ne dépassant pas 5% (Grade B) et 30% (Grade C) pendant le fonctionnement.

Puissance et tension

La puissance des panneaux est déterminée comme suit :

• Calculez la consommation électrique totale moyenne (selon les indicateurs du compteur électrique, les factures d'électricité). Pour la consommation journalière moyenne, les chiffres mensuels sont divisés par le nombre de jours.
• 20-30% sont ajoutés au résultat obtenu afin d'obtenir une marge, en tenant compte du facteur de conversion (pertes en charge de la batterie et fonctionnement de l'onduleur).
• Sur la base des données obtenues, la puissance de sortie des panneaux est calculée en tenant compte de la durée des heures de clarté. Pour les calculs, il est pris égal à 6 heures, respectivement, la puissance de la batterie doit dépasser la consommation moyenne de 4 fois.
• Sélectionnez la tension du panneau. En règle générale, les fabricants proposent des batteries avec une tension de sortie de 12V.Cependant, pour charger les dispositifs de stockage et augmenter l'efficacité de la conversion de la tension continue en tension alternative sur l'onduleur (surtout à forte puissance), il est plus rentable d'avoir des valeurs plus élevées.
  Utilisation normale :
  • 12 V pour les systèmes jusqu'à 1 kW.
  • 24 V ou 36 V - jusqu'à 5 kW.
  • 48 V - plus de 5 kW.

De telles tensions sont obtenues en connectant des panneaux en série.

• La puissance de crête est déterminée en additionnant la puissance de tous les consommateurs de la maison.
• La puissance de crête est déterminée avec une marge de 10 à 20%, par exemple, pour les courants de démarrage des moteurs électriques et le fonctionnement des éléments chauffants du système d'eau chaude, du lavage et des lave-vaisselle, etc.
• La puissance crête détermine le courant maximal des panneaux.
• Les ouvrages de référence trouvent le coefficient d'insolation (en été et en hiver) pour la région.

Pour d'autres calculs, utilisez la formule :

P = Kc * Wn * Ki, en tenant compte

• Кс – coefficient saisonnier, pour l'heure d'été, il est pris égal à 0,5, pour l'hiver — 0,7 ;
• Ki est le coefficient d'insolation pour l'heure d'été et d'hiver ;
• Wn est la puissance nominale du panneau.

Après avoir sélectionné plusieurs modèles de batteries dans les catalogues des constructeurs, pour chacun d'eux, la puissance de production est calculée en hiver et en été.

Ensuite, le nombre de panneaux requis est déterminé en divisant la consommation électrique moyenne calculée ci-dessus (avec une marge) par la puissance de production. Les calculs sont effectués pour les périodes d'hiver et d'été, ils prennent donc une valeur plus grande.

Après les calculs, vérifiez :

Installation de panneaux solaires

Il n'y a pas d'exigences strictes pour l'installation de panneaux solaires. Le capteur solaire peut être monté en biais, sur une surface verticale ou horizontale. Parallèlement, des panneaux rigides (mono et polycristallins) sont installés sur un cadre rigide, fixés aux points de fixation à l'aide de fixations complètes. Les batteries sur support élastique permettent la pose sur des surfaces inégales (par exemple, un toit ondulé).

Les connexions entre les panneaux sont réalisées avec des conducteurs toronnés avec embouts. La section des éléments porteurs de courant est calculée à partir de la valeur du courant nominal et maximal.

Lors du choix d'un emplacement et d'un angle d'installation, il convient de prendre en compte la condition principale pour une génération maximale - l'incidence de la lumière solaire perpendiculaire au plan de la batterie.

Ceci peut être réalisé :

De plus, pour les panneaux monocristallins, il est essentiel de veiller à l'absence d'ombrage - en lumière diffuse, leur efficacité chute considérablement.

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