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Le photovoltaïque

Silicium | Cellules | Modules | Couches minces | Onduleurs | Systèmes de montage | Connecteurs et câbles | Trackers | Sites isolés | Protection anti-foudre | Systèmes de surveillance | Rayonnement solaire | Aides | Histoire du photovoltaïque

L'effet photovoltaïque permet de transformer l'énergie solaire en électricité. Le mot "photovoltaïque" vient du grec "photos" (lumière) et de "volta" du nom du physicien italien qui découvrit la pile électrique. C'est le savant français Alexandre-Edmond Becquerel qui le premier, en 1839, mit en évidence la variation de la conductivité d'un matériau sous l'effet de la lumière et le décrivit dans un "Mémoire sur les effets chimiques et électriques produits sous l'influence de la lumière solaires".

Production de cellules au silicium mono et poly-cristallin

Un module photovoltaïque est composé de plusieurs cellules assemblées en série. La majorité des panneaux sont fabriqués à partir de cellules au silicium cristallin (monocristallin ou polycristallin).

Le silicium est le deuxième élément de la croûte terrestre où il existe souvent sous la forme oxydée (sable, silice, quartz). Avant de le transformer en cellule photovoltaïque, il faut l'isoler et le purifier. La première étape constitue un procédé métallurgique classique: silice et carbone sont cuits à très haute température dans des fours à arcs. Ainsi on arrive à un silicium pur à 99 % (désigné par 2N) dit de qualité "métallurgique" (Si-MG Metallurgic grade silicon). La production mondiale s'élève à environ un million et demi de tonnes par an, surtout pour l'industrie automobile.

Ensuite, on ajoute une étape de purification supplémentaire, qui pendant longtemps a été réalisé surtout pour la filière électronique et l'industrie photovoltaïque s'est contenté de recupérer les rébuts de l'électronique. Pour les applications électroniques on utilise du silicium pur à 99,9999 % (6N). En revanche, pour des applications solaires, un silicium 4N devrait suffir. Pour pouvoir produire 1 tonne de silicium 6N, il faut environ 1,5 tonne de silicium 2N.

Il y a désormais un grand nombre de fabricants de silicium de qualité "solaire": 6N Silicon (Canada), AE Polysilicon (USA), AMG (USA), Chisso (Japon), DC Chemical (Corée du Sud), Estelux (Italie), Hankook, Hemlock (USA), Hoku Scientific (Hawai), JFE Steel (Japon), Joint Solar Silicon (JSSI) (Allemagne), Maharishi (Inde), MEMC (USA), Mitsubishi Polycrystalline Silicon, Nitol (Russie), NorSun (Norvège), Norwegian Silicon Refinery (Norvège), Osaka Titanium Technologies, PCMP (Russie), Peak Sun Silicon (USA), Prime Solar (Allemagne), PV Crystalox Solar (Angleterre), REC Silicon (Norwège), RSI Silicon (USA), Setek (Japon), Schmid Silicon (Allemagne), Silfab (Italie), Silicon Mine (Pays-Bas), Siliken (Espagne), Sumitomo (Japon), Sino-American Silicon (Chine-USA), Sunlight Group (USA), Timminco (Canada), Tokuyama, Topsil (Danemark)... et des dizaines de fabricants chinois: Asia Silicon, Changzhou Eging (Chine), CSG, Dalu Polysilicon, Emei, GCL Silicon, Honbridge, Jaco, Jinhua Smelting, Niking Technology, Sanjing, Shaanxi Tianhong Silicon, Shunda, Solargiga Energy, Solsitek, Sunshine Silicon, Tehua, Yingli,...

 

Lingots

Des blocs et granulats de silicium sont placés dans un creuset. Sous atmosphère d’argon, un four porte le silicium à plus de 1500 °C. Le creuset est alors lentement refroidi du bas vers le haut, pour concentrer les impuretés en haut et donner au silicium une structure multicristalline à gros grains. L’opération dure plusieurs heures. Le lingot de 230 kg à 240 kg est écrêté de sa partie supérieure, puis découpé en briques de 100x100 mm ou 125x125 mm de section sur environ 25 cm de long.

Wafers

Chaque brique est alors découpée en plaques par une scie à fil. Des spires juxtaposées de fil d’acier entrainent un abrasif, du carbure de silicium, et tranchent régulièrement la brique en plaques de 0,2 à 0,3 mm d’épaisseur. L’épaisseur de la coupe, environ 0,2 mm, fait perdre quasiment la moitié du silicium. Des procédés sont à l’étude pour séparer des déchets de coupe (carbure, huile) et le recycler. Nettoyées de l’huile de coupe, les plaques obtenues sont appelées des wafers.

Fabricant de wafers: Advansil (Chine), Al-Afandi Solar (Arabie Saoudite), Amex (Russie), Anhui Silicon (Chine), CaliSolar (USA), DC Wafers, Deutsche Solar (Allemagne), Ersol (Allemagne), ET Solar (Chine), Helios Ressource, Jiawei Solar (Chine), JSC Kvazar (Ukraine), LDK Solar (Chine), Long Energy (Chine), Photowatt (France), Prolog Semicor (Ukraine), Purewafer (Pays de Galles), PV Crystalox (Japon), Silcio (Grèce), Smic (Chine), Solargiga (Chine), Sovello (Allemagne), Space Energy (Japon), Stream Solar Shuqimeng (Chine), Swiss Wafers (Suisse), Wacker Schott (Allemagne), ZNShine (Chine)...


Cellules

Plusieurs opérations se succèdent pour transformer le wafer en cellule photovoltaïque.

  • Préparation de la surface
    Le sciage des plaques crée des dommages superficiels de quelques micromètres de profondeur qu'il faut résoudre chimiquement par attaque basique ou par attaque acide.
  • Formation de la jonction face avant
    Les électrodes nécessaires à la collecte du courant sont déposées par sérigraphie et cuisson sur les deux faces de la cellule. Ensuite la diffusion transforme la plaque en diode active. Du phosphore (pour le dopage n) est apporté à la plaque, qui passe dans un tube à 800 °C pendant quelques minutes. La jontion p-n est ainsi réalisée.
  • Formation de la jonction face arrière et métallisation
  • Couche antireflet
    Une couche anti-reflet (du nitrure de silicium) est appliquée. C’est elle qui colore la plaque en bleu et permet d’augmenter l’absorption de la lumière.
  • Formation de la grille face avant
    Enfin les connections qui permettront d’assembler les cellules en modules sont soudées.
  • Test électrique
    Chaque cellule est testée et classée selon des catégories de puissance pour avoir des assemblages homogènes. C’est la moins bonne cellule qui déterminera le rendement de l’ensemble.


Les fabricants de cellules en silicium: Advent (USA), Alex Solar (Chine), Arise (Canada-Allemagne), Beijing Hope (Chine), Big Sun Energy (Taïwan), Bosch-Ersol (Allemagne), BP Solar (USA),CEL (Inde), Changzhou Eging (Chine), Chinaland (Chine), Chinalight Solar (Chine), China Sunergy (Chine), Conergy (Allemagne), CSG PVTech (Chine), CSG Solar (Allemagne), CSI Canadian Solar (Canada), Delsolar (Taïwan), Deutsche Cell-Solarworld (Allemagne), Ekarat (Thaïland), Eni Power (Italie), Eoplly (Chine), E-Ton (Taïwan), Euro Multivision (Inde), Ever Energy (Taïwan), Evergreen (USA), Falconcell (Autriche), Gintech (Taïwan), Hanwha Chemical (Corée), Helios Technology (Italie), Higher Way (Taïwan), Hitachi (Japon), Hyundai Heavy Industries (Corée), Isofoton (Espagne), JA Solar (Chine), Jetion (Chine), Jiangsu Shunfeng (Chine), Jiangxi Solar PV (Chine), Jiawei Solar (Chine), Jinko (Chine), JSC Kvazar (Ukraine), KPE (Corée), Kyocera (Japon), Linuo (Chine), Long Energy (Chine), Microsol (Emirats arabes unis), Millinet (Corée), Mosel Vitelic (Taïwan), Motech (Taïwan), Neo Solar (Taïwan), Ningbo Solar Electric (Chine), Omniasolar (Italie), PCMP (Russie), Perfectenergy (Chine), Perlight (Chine), Pevafersa (Espagne), Photovoltech (Belgique), Photowatt (France), Q-Cells (Allemagne), REC Scancell (Norvège), Risen (Chine), Sanyo (Japon), Sharp (Japon), Shinsung (Corée), Silcio (Grèce), Solar Cells Hellas (Grèce), Solar EnerTech (Chine), Solarfun (Chine), Solaria (USA), Solaria Energia (Espagne), Solar Power industries (USA), Solartech Energy (Taïwan), Solarwatt (Allemagne), Solar Wind (Russie), Solland (Pays-Bas), Solsonica (Italie), Sovello (Allemagne), Space Energy (Japon), SparkSolar (Australie), SSEC-Shanghai Solar Energy S&T (Chine), Star Power (Chine), Stream Solar (Chine), SunPower (USA), Sunrise Global (Taïwan), Suntech (Chine), Sunways (Allemagne), Tainergy (Taïwan), Tindoz (Australie), Top Green Energy (Taïwan), Trina (Chine), Ulica (Chine), Unitech (Taïwan), UPV Solar (Inde), USL Solar (Inde), Viva Solar (Canada), Webel (Inde), Wuxi Shangpin (Chine), X Group (Italie), Yingli (Chine), ZNShine (Chine)

 


Modules

Les cellules sont assemblées dans un module. Placées sur une plaque de verre en face avant, les cellules sont connectées entre elles, puis recouvertes d’un polymère et enfin d’un support arrière en verre ou tedlar. Comprimé, le module passe dans un four d'environ 140 °C qui chasse l’air et fait fondre le polymère: en refroidissant il durcit et assure l’étanchéité. C’est le laminage. Placé dans un cadre en aluminium et doté d’un boîtier de câblage, le module est testé et emballé avec l’indication de la puissance mesurée.

  • Soudure des bus
  • Mise en chapelets
  • Encapsulation
  • Test final

Les modules se distinguent selon leur rendement, la puissance nominale, la puissance minimale, la tension de circuit ouvert, l'intensité de court circuit, la tension à la puissance nominale, l'intensité à la puissance nominale, la taille et le nombre des cellules, le type de connexion, le nombre des diodes by-pass, le coefficient de température, les dimensions, le type d'encapsulation,...

Fabricants de modules en silicium mono- ou polycristallin:

   
Europe
Allemagne Allemagne: Aleo, Alfasolar, Algatec, Alkasol, Antaris Solar, Arinna, Asola, AS Solar, Axitec, Azur Solar, Bosch-Ersol, Centrosolar, Conergy, GeckoVoltaik, GEG, German Solar, GSS, Heckert, Heizmann, IBC Solar, JMS, Luxor, Mage Solar, MDT, Mereg, Perfect Solar, Roto, Schott, Schüco, SCN Energy, SES 21, SHG, Solar-Fabrik, Solarnova, Solarwatt, Solarworld, Solea, Solon, Sovello, Sunways, Sunworx, Systaic, Van de Loo, Viessmann
Autriche Autriche: Blue Chip Energy, Energetica, Ertex, Kioto Photovoltaics, Powerquant, PVT
Belgique Belgique: GH Solar, Issol
Bulgarie Bulgarie: BG Solar Panels
Chypre Chypre: Enfoton
Chypre Croatie: Solaris d.o.o.
Espagne Espagne: Atersa, Austrian Enviro, Cuantum, Eurener, Fluitecnik, Gahelios, Gamesa, Gruposolar, Helios Energy, Iatso, Ibersolar, Isofoton, Siliken, Solaico, Solaria Energia, Unitec, Vidursolar, Yohkon Energia, Zytech
Finlande Finlande: Naps
France France: Auversun, Fonroche Energie/Pevafersa, Francewatts, Photowatt, Sillia, Systovi, Tenesol
Grande-Bretagne Grande-Bretagne: BP Solar, GB-Sol, Romag
Grèce Grèce: Alpha Omega Ecological Solutions, Energy Solutions, Silcio
Hongrie Hongrie: Korax
Italie Italie: 3E, Ancora, Arendi, Azimut, Brandoni, Coenergia, DG Energy, Enecom, Eni Power, Erit, FVG Energy, Helios Technology, Invent, Istar, Renergies Italia, Saiphil Sunny, Solarday, Solsonica, Sorgenia, Sunerg, Vipiemme, X Group
Liechtenstein Liechtenstein: Solarenergy Anstalt
Luxembourg Luxembourg: Solarwood
Norvege Norvège: REC Scanmodule
Pays-Bas Pays-Bas: Scheuten
Pologne Pologne: AIT
Portugal Portugal: Lobosolar, Martifer
Russie Russie: NPP Kvant, RMCIP, Solar Wind, Telecom-STV
Slovenie Slovénie: Adria Solar, Bisol
Suede Suède: GPV Gällivare PhotoVoltaic, Latitude, PV Enterprise
Suisse Suisse: 3S, HB-Tech, ILB Helios, Solar Swiss, Sunage
Ukraine Ukraine: JSC Kvazar
Asie
Chine
Chine: Aero-Sharp, Aide Solar, Alex Solar, Anji Dasol, Astronergy, Aurora PV, Beijing Hope, Biaodi, BLD Solar, CAT Solar, Chaori Solar, Chinaland, Chinalight Solar, China Sunergy-CEEG, Cixi City Rixing, CNBM, CNPV, CP Solar, CSG PVTech, CTI Solar, Dongguan Quoncion, Eco-Energy, Eoplly, ET Solar, Gaia, Great Forest Solar, Greenway, Guanghui, Hareon, Himin, Hongchen, Jetion, Jiasheng, Jiawei Technologies, Jinghui, JingLong Solar, Jinko, Jumao Photonics, Linuo, Long Energy, Ningbo Dragon, Ningbo Loyal Lighting, Ningbo Maxsolar, Ningbo Qixin, Ningbo Solar, Perfectenergy, Perlight, Phono Solar, Prefersolar, Prime Sola Energy, Pubsolar, Risen, Risun , Rixin, Rodmo, Seasun New Energy, Shanghai Jinglong, Shenzen ZY PV, Sinosolar, Shunda, Sinodeu, Solar EnerTech, Solarfun, Solpower, Sopray, SSEC-Shanghai Solar Energy S&T, Star Power, Stream Solar Shuqimeng, ST Solar, Sunflower, Sunlink, Sunsys, Suntech Power, Sun Tech Solar, Suoyang, Topray, Topsolar Green, Trina, Ulica, Trunsun, Union Solar, Universal Energy, Wanxiang, Wuxi Changle, Wuxi Erquan Solar, Wuxi Shangpin, Xiamen Fortune-Wide, Xinhonghua Solar-Energy, Yangzhou Tianhua, Yingli, Yuhuan Solar Energy Source, Yunnan Tianda, Zhongkexin Electronics Equipment, ZNShine
Corée
Inde
Israel
Israël: Millenium
Japon
Taiwan
Thailand
Thaïland: Ekarat, Kinmac, SPOT
Turquie
Turquie: Data TSP
 
Amérique
Canada
Mexique
Mexique: ERDM
USA
 
Australie
Australie Tindoz

 


Couches minces

Avantages des couches minces :

  • plus économe en matériau (épaisseur de 2-3 microns)
  • coût de production réduit
  • faible consommation énergétique durant le cycle de production
  • bon coéfficient de température
  • capacité de produire de grandes plaques où l'interconnexion des cellules est intégrée
  • applications flexibles

Techniques de dépôt

Il existe plusieurs techniques de dépôt des couches minces, notamment des techniques sous vide et des réactions chimiques en phase vapeur.

Silicium amorphe

Le silicium amorphe est fabriqué à partir de silane (SiH4). Les réactifs sont injectés à l’état gazeux dans une enceinte sous-vide et déposés par plasma sur une surface de verre recouvert d’un matériau conducteur (comme l’oxyde d’étain). Le silicium et l’hydrogène sont libérés et reforment un matériau solide qui sera dopé par d’autres éléments introduits sous forme gazeuse. Les cellules produites ont des rendements de 6% (simple jonction) à 12 % (jonctions multiples). Elles sont couramment utilisées pour des applications de faible densité de puissance, montres, calculatrices, etc.

Il y a plusieurs fabricants de cellules au silicium amorphe: Alti (Corée), Amelio Solar (USA), Amplesun (Chine), Auria Solar (Taiwan), Bangkok Solar (Thailand), Blue Star Terra (Chine), Baoding Tianwei Solarfilms (Chine), Chi Mei Energy (Taiwan), CN Solar (Chine), DuPont Apollo (Chine), Epod Solar (Canada), EPV (USA), Ersol/Bosch (Allemagne), Flexcell (Suisse), Formosun (Taiwan), Free Energy Europe (France), Fuji Electric (Japon), General Solar Power (Chine), Genesis Energy (Hongrie), Green Energy (Taiwan), Grupo Unisolar (Espagne), GS Solar (Chine), Han Fung Solar (Taiwan), Heliodomi (Grèce), HHV (Inde), Jiasheng Solar (Chine), JN Solar (Chine), Jumao Photonics (Chine), Kaneka (Japon), Kenmos (Taiwan), Malibu (Allemagne), Mitsubishi (Japon), NexPower (Taiwan), Nuon Helianthos (Pays-Bas), Onyx (Espagne/Chine), Pfixx (Pays-Bas), Polar PV (Chine), PowerFilm (USA), Pramac (Swiss), QS Solar (Chine), Rixin (Chine), Schott (Allemagne), Signet (Allemagne), Sinonar (Taiwan), Solar Plus (Portugal), Solarpro (Bulgarie), Solartech Energy (Taiwan), Solems (France), ST Solar (Chine), Sungen (Chine), Sunner Solar (Taiwan), Suntech (Chine), Sun Well Solar (Taiwan), Suoyang (Chine), Tianjin Jinneng (Chine), Titan Solar (Inde), Topray (Chine), Trony (Chine), Uni-Solar (USA), Xunlight (USA),...

Des lignes de production "clés en main" sont fournies par Anwell (Chine), Applied Materials (USA), Centrotherm (Allemagne), Energosolar (Hongrie), Oerlikon (Suisse), Ulvac (Japon),...


Cadmium-tellurid


Ce semi-conducteur est caractérisé par une forte absorption de la quasi-totalité du spectre visible. Il est en générale déposé sur du sulfure de cadmium (CdS) de type n. Ce procédé permet d'atteindre les côuts de production les plus faibles. Ce qui risque de freiner le développement de ces techniques, c'est avant tout la toxité du cadmium. C'est avant tout un problème d'image, car le risque est surtout lié à la manipulation en usine et peut être maitrisé.

Il existe quelques fabricants de cellules en Cadmium-tellurid: Abound (USA), Calyxo Q-Cells (Allemagne), Canrom (Canada), First Solar (USA), PrimeStar Solar (USA), Sunovia (USA), Willard & Kelsey Solar (USA),...

CIS (Cuivre, Indium, Selenid) ou CIGS (Cuivre, Indium, Gallium, Selenid)

Une façon d’améliorer le rendement est de déposer plusieurs couches de différents matériaux pour créer des jonction multiples. Le diséléniure de cuivre et d'indium est un matériau composé de type I-II-V. Sur un contact arrière en molybdène sont déposées entre 350 °C et 400 °C deux couches de CIS successivement de faible puis de haute résistivité. La cellule est complétée par le dépôt d'une couche de CdS et d'une grille de contact en alluminium. Les cellules CI(G)S permettent d'atteindre des rendements théoriques jusqu'à 25 %. En production industrielle on arrive à des rendements d'environ 11 %.

Il y a plusieurs fabricants de cellules CIS ou CIGS: Ascent Solar (USA), Avancis (Allemagne, coopération de Shell et Saint-Gobain), CIS Solartechnik (Allemagne), DayStar (USA), Flisom (Suisse), Global Solar (USA), Heliovolt (USA), Honda Soltec (Japon), ISET (USA), Jenn Feng (Taiwan), Johanna Solar (Allemagne), Me2Solar (Inde), Miasolé (USA), Nanosolar (USA), Odersun (Allemagne), PVflex (Allemagne), Ritek (Taiwan), Scheuten (NL), Shurjo (Inde), Solibro Q-Cells (Allemagne), Showa Shell (Japon), Shurjo (Inde), Solar Frontier (Japon), Solarion (Allemagne), Solo Power (USA), Solyndra (USA), Stellaris (USA), Sulfurcell (Allemagne), Sunvim (Chine), Titan Solar (Inde), Würth Solar (Allemagne),...



 Cellules micromorphes

Ces cellules sont composées d'une couche de silicium microcristallin et d'une couche de silicium amorphe, deux matériaux qui absorbent la lumière dans des plages différentes du spectre, d'où une meilleure exploitation de l'énergie solaire. Les cellules atteignent un rendement d'environ 8 %.

Fabricants decellules micromorphes: Astronergy-Chint (Chine), Best Solar (Chine), Beyond PV (Taïwan), Bosch Solar (Allemagne), ENN Solar (Chine), Gadir (Espagne), HelioSphera (Grèce), Inventux (Allemagne), Kaneka (Japon), Masdar PV (Allemagne), Mitsubishi (Japon), Moser Baer (Inde), NexPower (Taiwan), Sharp (Japon), Sunfilm (Allemagne), T-Solar (Espagne),...

Des lignes de production "clés en main" sont fournies par Applied Materials (USA), Oerlikon (Suisse),...


 Cellules organiques

Les premières cellules organiques à avoir été conçues sont des cellules à colorant, inventées par Michael Grätzel en Suisse. Dans les cellules photovoltaïques traditionnelles, le matériau semi-conducteur remplit l’ensemble des fonctions nécessaires, absorption de la lumière, création des paires électrons-trou, transport des charges libres vers les électrodes et tenue en tension, ce qui nécessite une très grande pureté du matériau et explique une partie du coût élevé. Dans une cellule à colorant, on utilise des matérieux différents pour chacunes des fonctions. La lumière est absorbée par un colorant, les électrons sont injectés et se déplace dans du dioxyde de titane, les charges positives dans un électrolyte liquide. Le colorant se trouvant oxydé par la lumière, il doit être réduit, ce qui s’effectue par l’intervention d’un couple d’oxydo-réduction via l’électrolyte. On obtient des rendements de 10% grâce à l’utilisation de dioxyde de titane nanocristallin. L’électrolyte peut être remplacé par des polymères conducteurs.

Fabricant de cellules organiques: 3GSolar (Israel), Aisin Seiki (Japon), Dyesol (Australie), ERG Renew (Italie), Fujikura (Japon), G24 Innovations (Angleterre), Konarka (USA), Nesli (Turkie), Peccell (Japon), Plextronics (USA), Solarmer Energy (USA), Solaronix (Suisse),...


Panneaux solaires à concentration

En plaçant une lentille au-dessus d'une cellule photovoltaïque, il est possible de concentrer la lumière du soleil plusieurs centaine de fois. Ainsi, pour une concentration dite de "100 soleils", on obtient, avec 1 cm2 de cellule sous concentrateur, le même résultat qu'avec 100 cm2 de ces mêmes cellules sous un éclairage naturel. Plusieurs technologies de lentilles et de prismes se concurrencent pour obtenir ce résultat, mais il s'agit en générale d'une lentille de Fresnel en plastique (légère et peu coûteuse), parfois accompagnée d'une structure prismatique accolée à la cellule. Pour fonctionner correctement la cellule doit cependant toujours être perpendiculaire au soleil.

Fabricants: Aavid Thermalloy (USA), Abengoa (Espagne), Absolicon (Suède), AEST (Italie), Amonix (USA), Arima Eco Energy (Taïwan), Beghelli (Italie), CompSolar (Taïwan), Concentración Solar la Mancha (Espagne), Concentrix Solar (Allemagne), Cool Erth Solar (USA), CPower (Italie), Daido (Japon), Day4Energy (Canada), Delta Electronics (Taïwan), Emcore (USA), Enea (Italie), Energy Innovations (USA), Enfocus ( ), Entech (USA), Green and Gold Energy (Australie), GreenVolts (USA), Guascor Foton (Italie), Isofoton (Espagne), JX Crystals (USA), Menova Energy (Canada), Morgan Solar (Canada), NuEdison ( ), Opel (USA), Pacific Solartech (USA), Prism Solar Technology (USA), Pyron Solar (USA), Shap (Italie), Sharp (Japon), Silicon CPV (Grande-Bretagne), Sol3g (Espagne), Solaria (USA), Solar Systels Pty (Australie), Solartec (Allemagne), Solfocus (USA), Stellaris (USA), Sunrgi (USA), Taihan ( ), Telicom ( ), Whitfield (Grande-Bretagne), WS Energia (Portugal), Zytech Solar (Espagne)

 

Les verres solaires sont produits par AGC, Centrosolar, Changshu SYP, Dongguan CSG, Flat Glass, GMB Interfloat, Guardian, Hecker, Lasry, Lipik, Nanjing Zhongyu, PFG, Qingdao Jinjing, Saint-Gobain, Scholl, Sisecam, Vetro, Vivatex, Xinyi, Zhejiang Hehe,...

Certification des modules

La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux. Elle a publié plusieurs normes pour favoriser la coopération internationale dans le domaine du photovoltaïque.

a) La norme IEC 61215 présente les exigences sur la qualification de la conception et l'homologation des modules photovoltaïques au silicium cristallin pour application terrestre et pour une utilisation de longue durée dans les climats généraux d'air libre.

b) La norme IEC 61646 contient les exigences sur la qualification de la conception et l'homologation des modules photovoltaïques en couches minces pour application terrestre et pour une utilisation de longue durée dans les climats généraux d'air libre.

Les procédures d'essai contiennent les séquences suivantes: examen visuel, détermination de la puissance maximale, essai d'isolement, mesure des coefficients de température, mesure de la température nominale d'utilisation des cellules (NOCT), performance à STC et NOCT, performance sous faible éclairement, essai d'exposition en site naturel, essai de tenue à l'échauffement localisé, essai de préconditionnement pour les UV, essai de cycle thermique, essai humidité-gel, essai continu de chaleur humide, essai de robustesse des sorties, essai de courant de fuite, essai de charge mécanique, essai à la grêle, essai thermique de la diode bypass et exposition prolongée au rayonnement lumineux.

Les modules peuvent être testés et certifiés dans les laboratoires suivants:

Europe
GTAC Cologne - Global Technology Assessment Center, ESTI - European Solar Test Installation, OFPZ Arsenal, TZPV - Frauenhofer ISE-Testzentrum Photovoltaik, LEMF - Laboratorio de Ensayos de Modules Fotovoltaicos, Eurotest Laboratori, AT4 Wireless, Photovoltaik Institut

Amérique
San Jose PVTCE - Photovoltaic Technology Center of Excellence, Mississauga Laboratory - Bodycote Materials Testing Canada

Asie
Suzhou PVTCE - Photovoltaic Technology Center of Excellence, Photovoltaic and Wind Power Systems Quality Test Center, GTAC Yokohama - Global Technology Assessment Center, GTAC Shanghai - Global Technology Assessment Center, JET Tokio, ETDC Electronics Test and Development Center, KTL Korea Testing Laboratory

 


Onduleur

Un onduleur ne se limite pas seulement à transformer le courant continu (DC) généré par le panneau photovoltaïque en courant alternatif (AC) à la tension et à la fréquence souhaitées (par exemple 230 V et 50 Hz), mais il s'agit également d'exploiter le champ photovoltaïque à son point de puissance maximal (Maximum Power Point MPP). De plus, les onduleurs assurent la surveillance du réseau pour protéger ce dernier contre les pannes et interrompre l'alimentation en électricité en cas d'erreurs du réseau.

Avant de choisir un onduleur il convient de faire une étude sur la configuration des modules qu'on souhaite installer et les facteurs qui définissent leurs performance: le temps et l'intensité de l'ensoleillement, ombrage, direction et inclinaison de la toiture, etc.

Fabricants d'onduleurs: Abb ( ), Ablerex (Taïwan), AEG (Allemagne), Aero Sharp (Chine), Atersa (Espagne), Beghelli (Italie), Bonfiglioli (Italie), Carlo Gavazzi (Italie), Centrosolar (Allemagne), Conergy (Allemagne), Control Techniques (USA), Danfoss (Danemark), Delta Energy (Taïwan), Diehl AKO (Allemagne), Dorfmüller (Allemagne), Effekta (Allemagne), Eurener (Espagne), Fagor Automation (Espagne), Fronius (Autriche), Helios Systems (Espagne), IDS (Suisse), Ingeteam (Espagne), Kaco (Allemagne), Kostal (Allemagne), Layer (Italie), Leonics (Taïland), LTI Reenergy (Allemagne), Mastervolt (Pays-Bas), Mitsubishi (Japon), Motech (Taïwan), Oelmaier (Allemagne), Padcon (Allemagne), Pairan (Allemagne), Phoenixtec Power (Taïwan), Powercom (USA), Power-One (USA), Refu (Allemagne), Riello (Italie), Rudolf Fritz (Allemagne), Salicru (Espagne), Santerno (Italie), Satcon (USA), Siel (Italie), Siemens (Allemagne), Siliken (Espagne), SMA (Allemagne), Socomec (France), Solar Konzept (Allemagne), Solutronic (Allemagne), Sputnik (Suisse), Steca (Allemagne), Studer Innotec (Suisse), Sungrow Power Supply (Chine), Sunways (Allemagne), Sustainable Energy Technologies (Canada), Voltwerk (Allemagne), Xantrex-Schneider (Canada), Zigor (Espagne)


Les onduleurs se distinguent selon leurs valeurs d'entrée (puissance DC max., tension DC max., plage de tension, courant d'entrée max., tension DC résiduelle, nombre max. de strings, dispositif d'interruption DC, varistors à surveillance thermique, surveillance du contact à la terre, protection inversion des pôles) et leurs valeurs de sortie (puissance AC max., puissance nominale, tension nominale AC, fréquence nominale, coéfficient de puissance, résistance aux courts-circuit, raccordement au réseau,...) ainsi que leur rendement maximal et le rendement européen (pondéré), leurs caractéristiques mécaniques (dimensions, poids) et leur type de protection (IP),....

 

 Les types d'onduleurs

A ) Onduleurs centraux

Les divers panneaux photovoltaïques d'une grande installation (> 10 kW) sont montés en rangée pour former des strings, eux-mêmes couplés en parallèle au moyen de fusibles ou diodes par string le cas échéant. Le générateur photovoltaïque ainsi structuré est relié du côté DC à un seul onduleur central. Les onduleurs centraux présentent une grande efficacité à des prix par Watt réduits. Un panneau mal adapté ou encore un ombrage partiel portent cependant préjudice à une exploitation optimale de chaque string photovoltaïque et entraînent une réduction du rendement énergétique.
En outre, la fiabilité de l'installation est limitée parce qu'elle dépend d'un seul onduleur. Une panne de l’onduleur central entraîne l’arrêt de toute l’installation. La mise en place de plusieurs onduleurs centraux de petite taille (ayant chacun une puissance de 10 kW) constitue donc une variante intéressante du concept d'onduleur central pour les puissances de l’ordre de 100 kW.

B) Onduleur string: plusieurs modules sont connecté pour former une série

De même que pour l'onduleur central, le champ photovoltaïque est, ici aussi, partagé en strings. Mais dans ce cas, très peu de strings sont reliés à chaque onduleur string. Chaque string est ainsi exploité à proximité immédiate de son point de puissance maximal (Maximum Power Point, MPP). La technologie string réduit le risque de problèmes d'adaptation ainsi que les pertes dues aux ombres portées, tout en éliminant celles occasionnées par les diodes string et un câblage prolongé du côté DC du générateur. Ces propriétés techniques avantageuses entraînent une réduction des coûts du système et améliorent le rendement énergétique et la fiabilité de l'installation.

Onduleur multi-string

L'onduleur multi-string permet le raccordement et le fonctionnement MPP de plusieurs strings raccordés chacun à un convertisseur DC/DC et à une pièce génératrice de puissance commune, fournissant ainsi une solution compacte et économique tout en présentant tous les avantages de la technologie string. Les installations photovoltaïques constituées de strings à orientations géographiques différentes (sud, ouest, est) fournissent une puissance avec décalage temporel les unes par rapport aux autres et permettent d'obtenir un rendement optimal. Les onduleurs Multi-String sont utilisés dans les installations photovoltaïque d'une plage de puissance moyenne de 3 à 10 kW.

C) Les onduleurs intégrés aux panneaux photovoltaïques

Chaque panneau dispose ici de son propre onduleur de sorte que toute perte d'adaptation est exclue. Le rendement des onduleurs intégrés aux panneaux reste cependant en-deçà de celui de l'onduleur string. Les onduleurs intégrés aux panneaux photovoltaïques entraînent des coûts de câblage supérieurs du côté AC car ils nécessitent un montage en parallèle avec le réseau 230 V, ce qui n’est pas requis en cas de montage en série des panneaux en strings. Le nombre nettement supérieur d'onduleurs intégrés aux panneaux à installer entraîne un travail de couplage plus conséquent. Ce concept ne s'applique donc généralement qu'aux installations photovoltaïques d'une puissance modeste allant de 50 à 400 W.

Fabricants: Accurate Solar Power (USA), Azuray Technologies (USA), Direct Grid Technologies (USA), Dorfmüller (Allemagne), Enecsys (Angleterre), Enphase Energy (USA), Eshia (Espagne), Exeltech (USA), Greenray (USA), Petra Solar (USA), SMA (Allemagne), Solarbridge (USA), Steca (Allemagne)

 Autorisations administratives

La pose de modules photovoltaïques sur un bâtiment existant n’est pas soumise à un permis de construire, mais à une simple déclaration de travaux en mairie. Près d’un monument historique ou dans un site protégé, l’avis des Bâtiments de France sera peut-être nécessaire. Sur une construction neuve, le permis de construire présentera l’intégration des modules.

 Aides financières


a) Tarif d'achat

Il faudra établir deux contrats : l’un pour le raccordement électrique de l’installation photovoltaïque, l’autre pour la production d’énergie. Ce dernier est conclu pour une durée de 20 ans quelle que soit l’option choisie (vente du surplus ou de la totalité). Le tarif d’achat de base est de 32,823 c€/kWh (en 2009) et 60,176c€/kWh si les capteurs sont intégrés. En tant que producteur d’électricité, il faudra, à la date anniversaire du contrat, facturer le total des kWh vendus à EDF.

Critères d’obtention de la prime d’intégration

Pour bénéficier de la prime, les équipements doivent assurer une fonction technique ou archetecturale :

    1. Tenue mécanique
    2. Protection ou régulation thermique
    3. Protection physique des biens ou des personnes
    4. Recherche d’esthétisme architecturale

Venir en substitution d’un ou plusieurs équipements.

Matériel concerné par le prime d’intégration :

Toitures, ardoises ou tuiles industrielle (avec ou sans support) conçus pour cette application :

    1. Assemblage comprenant le support et le capteur:
      3 S Swiss Solar Systems, Apex BP Solar (Intégrafix-R, Intégra II, Intégralux), Baruch, Centrosolar-Biohaus, Clips'Hiolle, Clipsol, Conergy (Solardelta), Eternit, Fath (S2), Photowatt, REM (TechTile), Roto Frank (SunRoof), Saint-Gobain Solar, Schott (Indax), Schüco (PV-Light), Solar Century (Energy Roof), Solar Composites, Solarwatt (Easy In), Solarwood (MegaSlate), Solarworld (Toit solaire), Solon, Solstis, Suntech Power (MSK - Just Roof), Systaic, Tenesol, VM Zinc, Würth Solar,...)
    2. Tuiles solaires: IdeaSolar, Imerys Toiture, Koramic, Panotron, Rheinzink (Quick Step Solar PV), Solarcentury, System Photonics (Roof Collection)
    3. Assemblage comprenant le support et le capteur, associé à une membrane souple d’étanchéité incorporant des cellules PV:
      Alwitra (Evalon V-Solar), Centrosolar-Biohaus (Biosol TF Membrane), Derbigum (Derbisolar), Flexcell (FLX), Smac-Axter (Excelflex Solar), Solar Integrated Technologies SIT (Solarroof), Soprema (Soprasolar),...
    4. Modules intégrés sur bacs métalliques:
      Tôles en acier: Arval-Tenesol (Arsolar), Isolpack (Erit), Marcegaglia (Brollo Solar), Sunland 21 (Sunny Steel), Thyssen (Solartec), Unimetal
      Tôles en aluminium: Kalzip (Aluplussolar), Unit-E (Solar K)
      Fibrociment: Tenesol (Eternit)
    5. Equipement comprenant les rails de fixation et les capteurs: Intégrasolar
    6. Toiture sur tout ou partie du bâtiment, pour l’ombrager
    7. Brise-soleil (fabricants: Clipsol, Ertex Solar, Kawneer, Photowatt, Scheuten, Schott, Schüco, Solarwatt, Tenesol, Vidursolar,...)
    8. Allège : équipement se substituant à la partie du mur située entre le plancher et l’appui d’une baie vitrée
    9. Garde-corps de fenêtre, de balcon ou de terrasse
    10. Bardage (capteurs venant en place d’éléments de parois verticales)
    11. Mur-rideau (ou façade-rideau, mur panneau, façade panneau): Profils Systemes, Scheuten, Tenesol, Würth
    12. Systèmes d'intégration pour modules sans cadre: ArcelorMittal (SolarStyl), Conergy (Solar Roof III), PV System (RIS), Schweizer (Solrif), SEN (Sol 25 i)
    13. Systèmes d'intégration pour différents modules avec cadre:

Solutions techniques ne donnant pas droit à la prime :

    1. Installation en surimposition de toiture
    2. Montage en toiture terrasse sur une structure metallique
    3. Brise-soleil, en l’absence de vitrages derrière eux
    4. Berrière sans protection arrière
    5. Pose au sol

(Source : DGEMP/Dideme)

 

b) Crédit d'impôt

Le crédit d'impôt rembourse la moitié du matériel dans la limite de 8000 Euro pour un couple sans enfant et 8400 Euro pour une famille de quatre personnes.

c) TVA à 5,5 %

Pour les bâtiments de plus de deux ans, la TVA appliquée sur l'installation (pose+matériel) est à 5,5 % pour des puissances allant jusqu'à 3 kW. Si le système dépasse ce seuil, c'est l'ensemble de l'installation qui est taxé à 19,6 %.

d) Aides locales et régionales

Certaines régions, départements et communes aident financièrement les particuliers pour l'acquisition d'une installation photovoltaïque. Pour connaître exactement le montant et les modalités il convient de se renseigner auprès des Espaces Info Energies.

Systèmes de montage

Toitures plates

Des systèmes de montage pour des toitures plates sont proposés par Altec (Alfach), Alustand, Anudal (Garbi), Centrosolar (TF Multi Professional/Console), Contact Italia, Creotecc (Creoflex), Donauer (Intersol), DSW (Pirmin), EAW (Ecoagriworld), Ecosolar (Econstruct), EEG/Soltech (Klixx), Emslandsolar (HS 41), Esdec BV (Flatfix), Eurosol (Solarfix), FR-Frankensolar (FR GS 2), GEG, Green Factory, HB Solar (Scirocco), Heroal (PV Flachdach), Hilti (MSP), Hold Pipe, Iatso, IBC (TopFix), Ideematec (Save-Tec Solarkonsole), Iscom (Riverclack Crystal), K2 Systems (K2 Flachdach), KD Solarträger, Kraftwerk Sonne (SolRoof), Mage Solar (Motec), MDT (Alu-Fix), MFV (Cubiertas/Omega), Mounting Systems (Lambda), MP-TEC (Quick-Line), Norsol (Extrusun), Regtec (ReJet), REM (R 101), Renusol (Console), S-5! (Mini+PV-Kit), Schletter (IsoTop, CompactVario, PrimaTop, CompactDirect), Schüco (Premium-System, PV-Light), SCN Energy, SE Consulting (SE Edel), SEN (Sol-50), Siko Solar (Siko Eco), Soemtron (Top Light), Solar-Fabrik (Profi-Link FD), Solarpower (Sky Mount), Solarworld (Sunfix/Suntube), Solarzentrum Allgäu (Vario), Solkraft Innovation (SMS R1), Soltech (PV-Tec2004), Thermosolar (Contact Solar), TS-Solar, Vettaflex (VET), Viessmann (Vitovolt), VM-Edelstahltechnik, VP Solar (VP Star), Wagner (Tric F), Wasi Solar, Zinco,...

 

Suiveurs (trackers)

Etant donné que la puissance et la direction des rayons solaires se modifient en permanence, les suiveurs orientent les panneaux photovoltaïques toujours vers le soleil. Ainsi l’angle d’incidence reste constant. Les suiveurs se distinguent selon la surface maximale des modules, le système de contrôle, le système de protection contre le vent, la longueur du mât, le poids,...
Il existe des suiveurs à essieu unique et à deux essieux.

Fabricants: Aavid Thermalloy (USA), A+F (Allemagne), Ades (Espagne), Antrax TGA (Allemagne), Apolo (Espagne), Array Technologies (USA), Beghelli (Italie), Beijing Corona (Chine), Braux (Espagne), Campetella (Italie), Co-Chance Energy System Engineering (Chine), Conergy (Allemagne), Control y Accesos (Espagne), Convert Italia (Italie), Deger (Allemagne), De Simone (Belgique), DTS Tracking Systems (Grèce), Ecoware (Italie), Elettropiemme (Italie), Energetica (Autriche), Energiequelle (Allemagne), Esaune (Espagne), Espe (Italie), ET Solar (Chine), Exosun (France), Feina (Espagne), Galaxy Energy (Allemagne), Hanse Solar (Allemagne), Ideematec (Allemagne), Jiménez Belinchón (Espagne), Kemper (Allemagne), Lorentz (Suisse), LTE - Les Traqueurs d’Energies (France), Martifer (Portugal), Mecapisa (Espagne), Mecasolar (Espagne), MP-Tec (Allemagne), Opel International (Canada), Optima Renovables (Espagne), Pairan (Allemagne), Paru (Corée), Pevafersa (Espagne), Poulek Solar (République Tchèque), Prius Energy (Espagne), Protenergy (Espagne), PV Strom Energy Systems (Allemagne), RW Energy (Allemagne), S+S Energietechnik (Allemagne), Sinosol (Allemagne), Soemtron (Allemagne), Solar Integrated/Follow the sun (USA), Solarpark Rodenaes (Allemagne), Solar Power (Allemagne), Solar-Trak (Allemagne), Solon (Allemagne), Soltec (Espagne), Sonnensysteme Projektgesellschaft (Allemagne), Sonnenstraelen (Allemagne), Sunarx (USA), Sundustry (Allemagne), Sunpower (USA), Sunzenit (Allemagne), Talleres Clavijo (Espagne), Titan Tracker (Espagne), Vipiemme (Italie), Voltwerk (Allemagne), Wattpic (Espagne)...

 

Systèmes de montages pour installations au sol:

Des systèmes de montage pour des installations au sol sont proposés par Altec (Alfrei/Almast), Anudal (Anusol Ponent), Creotecc (Creoflex), Donauer (Intersol), EAW (Ecoagriworld), Ecosolar (Econstruct), Green Factory, Habdank, Hawi, Hilti (Système MQ), Hold Pipe, Iatso, K2 Systems (K2 Flachdach), KD Solarträger, Kraftwerk Sonne (SolRoof), Krinner, MFV (Shoes), Mounting Systems (Lambda/Omega/Sigma), MP-TEC (Quick-Line), Norsol (Extrusun), Regtec (ReMax), Schletter (PVKombi/PVMax/Système FS), Schüco (PV-Light), SE Consulting (SE Edel), SEN (Sol-50), Sikla (Siconnect), Siko Solar (PV Eco), Soemtron (Soem-Traker), Solarworld (Sunfix), Solkraft Innovation (SMS RS1/G4), Soltech (PV-Tec2005), Sunerg (Alufix T), Thermosolar (Contact Solar), Vettaflex (VET), VM-Edelstahltechnik, VP Solar (VP Star), Wagner (Tric F), Wasi Solar,...


Connecteurs

Les connecteurs sont caractérisés par le courant et la tension assignées, la limite de température supérieure, la température ambiante autorisée et la classe de protection.

Fabricants: Amphenol-Tuchel, Cixi Renhe, HI Kabelkonfektionierung, Huber+Suhner, Jiangyin Guangyue, Kitani, Lapp, Lumberg, Multi-Contact, Ningbo, QC Solar, Top Solar Technology, Tyco, Yukita,...

 

Câbles

Les câbles doivent avant tout être résistants aux UV, à l’ozone, à des températures extrêmes et à l’abrasion. Ils se distinguent selon plusieurs paramètres électriques (Tension nominale, tension maximum autorisée du système photovoltaïque, tension maximum de fonctionnement
autorisée en CA, tension maximum de fonctionnement autorisée en CC, tension d’essai CA, courant admissible, résistance de ligne, rigidité diélectrique, résistance superficielle, résistance d’isolement à 20°C et 90°C dans l’eau et à 120°C de température de l’air), thermiques (Température ambiante maximum autorisée, température minimum autorisée, température maximum de fonctionnement autorisée du conducteur, température de court-circuit, résistance au froid), mécaniques (Effort de traction, rayon de courbure minimum, abrasion, pénétration dynamique, résistance à la propagation de l’entaille) et chimiques (Résistance à l’huile minérale, aux acides et aux bases, aux intempéries, à l’ozone, aux UV, comportement au feu, qualité environnementale exprimée en termes de recyclage, d’élimination et de réalisation d’économie d’énergie)

Fabricants: CAE, Draka, HI Kabel, Lapp, Leoni Studer, Nexans, Plastelec, Prysmian, Tyco

 

Boîtes de connexion

Fabricants: Kitani, Molex, Wieland

Sites isolés

Batteries

Les batteries se distinguent par leur tension nominale, leurs caractéristiques de charge et décharge, leurs capacité et état de charge, rendement, cycles et durée de vie,...

Plusieurs technologies sont utilisées:

a) Batteries au plomb

b) Batteries au nickel

c) Batteries au lithium (en Li-métal, Li-ions, Li-polymère)

d) Super condensateurs

e) Batteries redox

f) Air comprimé

 

Fabricants: Akku Solar, Claas, Exide, Hoppecke, Maguysama, Moll, Power Battery, PT Century, Rolls, Saft, Surrette, Trojan, Varta,...

 

Protection contre la foudre

Pour un fonctionnement à long terme de l'installation, sans coupure causée par la propagation de surtensions, des appareils de protection antisurtension sont installés devant l'onduleur et dans la répartition de l'alimentation. Le circuit de protection du circuit DC (L+ et L-) agit directement sur l'appareil à protéger et est relié à l'équipotentialité locale du bâtiment et de l'onduleur.

  • Protection contre les coups directs
  • Protection contre les coups indirects
  • Prise de terre
  • Masses équipotentielles
  • Parafoudres
  • Cheminement des câbles et blindage
  • Mise à terre d'un conducteur continu

Systèmes de surveillance

Les systèmes de surveillance permettent de récupérer les informations courantes du générateur photovoltaïque, de réaliser des rapports de fonctionnement et de les afficher sous forme graphique: puissance (instantanée et/ou cumulée), courant, tension, fréquence,
En cas de défaillance, ils avertissent les utilisteurs par mail, GPS, SMS, fax,...

Adyna, AS Solar, Common Link, Conergy, Diehl, EUS, Fronius, Kaco, Meteocontrol, Meteotest, Otronic, Papendorf, SMA, Solare Datensysteme, Solutronic, Sunways, Tritec

 

Mesure de la puissance du rayonnement solaire

Pour mesurer la puissance du rayonnement solaire on utilise des pyromètres.

Fabricants: Apogee Instruments (USA), Eko Instruments (Pays-Bas), Hukseflux (Pays-Bas), IKS (Allemagne), Kipp & Zonen (Pays-Bas), Li-Cor (USA), Mencke & Tegtmeyer (Allemagne), NES (Allemagne), Reinhardt (Allemagne), Skye Instruments (Grande-Bretagne), Solarc (Allemagne), Soluzione Solare (Italie), Technische Alternative (Autriche), Tritec (Suisse)

 

 

Rhône Haute-Savoie Ain Savoie Isère Ardèche Drôme Hautes-Alpes Alpes-Maritimes Vaucluse Alpes-de-Haute-Provence Var Bouches-du-Rhône Lozère Hérault Aude Jura Haute-Saône Doubs Haut-Rhin Bas-Rhin Moselle Vosges Meurthe-et-Moselle Meuse Haute-Marne Ardennes Nord Aisne Saône-et-Loire Côte-d'Or Gard Pas-de-Calais Somme Oise Seine-MaritimeEure Ile de France Seine-et-MarneMarne Aube Paris IdFYonne Loiret Eure-et-Loir Calvados Manche Orne Sarthe Mayenne Ille-et-Vilaine Côtes-d'ArmorFinistère Morbihan Loire-Atlantique Maine-et-Loire Indre-et-Loire Loir-et-Cher Cher Nièvre Allier Loire Haute-Loire Puy-de-Dôme Cantal Aveyron Tarn Indre Vienne Deux-Sèvres Vendée Charente-Maritime Charente Haute-Vienne Creuse Corrèze Dordogne Lot Gironde Lot-et-Garonne Tarn-et-Garonne LandesPyrénées-AtlantiquesHautes-Pyrénées Gers Haute-Garonne Ariège Pyrénées-Orientales