Panneaux photovoltaïques et solaires

Panneau monocristallin : fonctionnement, avantage, prix et impact écologique

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panneau monocristallin

La technologie des panneaux photovoltaïques ne cesse d’évoluer et de se perfectionner. Le panneau solaire monocristallin fait partie des dernières avancées : plus performant, adapté aux régions froides, en grande partie recyclable, il permet de réaliser davantage d’économies d’énergie.

Qu’est-ce qu’un panneau solaire monocristallin ?

Comme son homologue le panneau polycristallin, le panneau solaire monocristallin se compose de cellules photovoltaïques en cristal de silicium pur, capables de capter le rayonnement solaire et de le transformer en courant continu, qu’il est ensuite possible d’utiliser pour faire fonctionner les différents appareils électriques d’un bâtiment en le transformant d’abord en courant alternatif. Comme son nom le suggère, les cellules de ce type de panneau sont issues d’un seul cristal de silicium. Grâce à son homogénéité parfaite qui exige une fabrication très technique, il peut monter plus vite en tension, ce qui lui confère un rendement particulièrement élevé. À surface égale, le panneau monocristallin se révèle ainsi plus performant que sa version polycristalline. C’est cette conception à partir d’un seul cristal de silicium qui donne aux panneaux solaires monocristallins leur teinte proche du noir.

Quelle différence entre panneau monocristallin et polycristallin ?

Les cellules des panneaux solaires polycristallins comptent chacune plusieurs cristaux de silicium. Leur taille peut varier, et c’est ce qui fait toute la différence avec le panneau solaire monocristallin : il faut davantage de soleil pour lancer la transformation de l’énergie en courant alternatif. Les panneaux polycristallins affichent une couleur plus bleue que les panneaux monocristallins.

Comment fonctionne un panneau solaire monocristallin ?

Les cellules qui composent un panneau solaire monocristallin sont connectées entre elles en série afin d’obtenir une tension et un courant électrique qu’il sera ensuite possible de transformer puis d’exploiter pour le réseau électrique d’un bâtiment. Chaque cellule produit en effet une très petite quantité d’électricité lorsque les photons du soleil transfèrent leur énergie au silicium. Elles doivent donc être reliées pour que le courant ainsi produit puisse être traité par l’onduleur, l’appareil qui le transforme en courant alternatif.

Celui-ci peut être conçu selon deux technologies différentes :

  • Onduleur photovoltaïque central : lorsque les panneaux ne sont plus exposés au soleil, leur activité s’arrête.
  • Micro-onduleur : il est capable de continuer de fonctionner pendant un temps, même lorsque les cellules photovoltaïques ne sont plus soumises aux radiations solaires.

Enfin, le panneau monocristallin fonctionne mieux dans un environnement frais, ce qui permet d’installer des panneaux solaires dans davantage de situations que le panneau polycristallin.

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Quelles sont les différentes technologies de panneaux monocristallins ?

L’appellation de panneau monocristallin recouvre en réalité plusieurs technologies précises. À partir du silicium sont d’abord réalisés deux types de cellules photovoltaïques :

  • Les cellules N-type : exclusivement réservées à la fabrication de panneaux solaires monocristallins, elles sont chargées d’ions négatifs.
  • Les cellules P-type : utilisées dans les panneaux mono ou polycristallins, elles sont chargées d’ions positifs. C’est la cellule historique du panneau solaire, grâce à laquelle cette industrie s’est développée. Elle est en effet plus résistante face aux radiations solaires hors de l’atmosphère, une qualité utile lorsque les panneaux solaires étaient réservés aux satellites.

Les technologies des cellules type P

Les cellules P-type se divisent ensuite en deux technologies distinctes, la seconde étant plus performante et tendant à éclipser presque totalement la première : le standard et le PERC. Ces dernières sont en effet recouvertes d’une couche d’oxyde qui permet de réduire les défauts qui apparaissent lors de la fabrication des cellules, à l’étape de la découpe des lingots de silicium après que la matière première a été fondue puis solidifiée. Plus homogènes, les cellules photovoltaïques sont donc plus efficaces.

Les technologies des cellules type N

Les cellules N-type peuvent également faire l’objet de plusieurs procédés de fabrication. Les cellules PERT sont l’équivalent N-type des cellules PERC chez les P-type. Autrement dit, elles sont recouvertes d’une couche d’oxyde pour en limiter les défauts et les rendre plus performantes. Les cellules Back Contact sont celles qui permettent au panneau solaire monocristallin de se révéler si efficace en cas de rayonnement solaire diffus et d’afficher un meilleur rendement. La face exposée au soleil des cellules photovoltaïques n’est en effet pas encombrée d’électrodes ni de bus-barres, ces fines barres de métal destinées à collecter l’électricité produite par les cellules pour les transmettre à l’ondulateur. Elles contribuent en effet à augmenter la résistance de la cellule : l’électricité y circule moins bien, ce qui diminue la production d’une cellule classique. Sur une cellule Back Contact de panneau monocristallin, ces bus-barres sont placés à l’arrière de la cellule, où ils ne gênent pas son fonctionnement. Enfin, un panneau solaire monocristallin peut également être constitué de cellules HIT, c’est-à-dire à hétérojonction. Une couche de silicium amorphe est ajoutée aux cellules photovoltaïques, ce qui réduit la perte d’électrons sur la surface et rend la cellule plus performante.

Comment fabrique-t-on un panneau solaire monocristallin ?

La création d’un panneau photovoltaïque suit une longue chaîne de fabrication, qui repose essentiellement sur la production des cellules. Le silicium est d’abord transformé en lingots par fusion puis refroidissement. Les lingots sont d’abord grossièrement, puis finement découpés. Les tranches obtenues, appelées wafers, sont ensuite assemblées en cellules, elles-mêmes prises dans plusieurs couches aux différentes fonctions :

  • le verre, pour la protéger ;
  • une feuille arrière servant d’isolant électrique ;
  • un cadre, pour maintenir le tout et permettre la fixation ;
  • de l’oxyde ou autre couche supplémentaire augmentant les performances de la cellule.

Les cellules sont ensuite reliées pour aboutir à la création d’un module, lui-même monté en parallèle avec d’autres, grâce à une boîte de jonction.

Comment se passent la pose et l’entretien d’un panneau solaire monocristallin ?

Un panneau solaire est un produit fragile. La pose d’un panneau solaire demande de nombreuses précautions et il est recommandé de la confier à un professionnel. Elle peut se faire selon trois modalités :

  • Intégration au bâti : les dalles qui soutiennent les panneaux photovoltaïques composent la toiture à part entière. C’est donc une technique essentiellement utilisée dans les constructions neuves.
  • Surimposition : les panneaux solaires monocristallins sont posés sur la toiture.
  • Au sol : le panneau solaire se branche alors directement sur une prise secteur.

Contrairement à la pose, l’entretien d’un panneau solaire est très simple. Il suffit de le nettoyer à l’eau tiède en vous aidant d’un balai télescopique. Si l’opération est facile, elle est indispensable afin que le panneau solaire monocristallin conserve un bon rendement. Elle est ainsi recommandée tous les trois ans environ.

Quels sont les avantages du panneau solaire monocristallin ?

Le panneau solaire monocristallin est de plus en plus choisi pour ses deux qualités majeures. C’est pour elles qu’ENGIE My Power a décidé de consacrer son expertise uniquement à ce type de panneau solaire :

  • un très bon rendement, autour de 150 Wc/m3(1)) ;
  • une longue durée de vie d’environ 30 ans.

En matière de rendement, l’avantage du panneau monocristallin sur le polycristallin est particulièrement sensible dans les zones qui ne sont pas ensoleillées toute la journée. Le panneau polycristallin exige en effet un ensoleillement maximal et perd en efficacité lorsque la température diminue. C’est plutôt l’inverse pour le panneau monocristallin, qui préfère les environnements frais. Il permet ainsi d’étendre les zones possibles de panneaux solaires. Selon les modèles, le panneau solaire monocristallin est en outre tout à fait capable de résister aux températures élevées aussi bien, voire mieux, que son homologue polycristallin. Plus efficaces, les panneaux solaires monocristallins ont par conséquent besoin d’être moins grands qu’un polycristallin pour fournir la même quantité d’électricité. Par leur taille plus réduite et leur couleur proche du noir plus discrète, ils s’intègrent ainsi plus naturellement à leur environnement en toiture.

Quelle est l’empreinte carbone de ces panneaux et sont-ils recyclables ?

Les panneaux monocristallins solaires n’émettent pas de CO2 quand ils produisent, seule leur fabrication en émet une quantité limitée. Leur bilan carbone est compensé en moyenne, en France, en 3 ans. En passant au solaire, vous agissez en faveur de la planète : les panneaux solaires ayant une durée de vie de 30 ans en moyenne, une installation photovoltaïque va donc rembourser 10 fois sa dette énergétique(1). Brûlé ou broyé pour détacher le verre et le plastique, un panneau solaire peut en outre être recyclé à hauteur de 94,7 %, grâce à PV CYCLE, 1re association européenne de recyclage de panneaux photovoltaïques. D’ailleurs, ENGIE s’est engagée dans la gouvernance de PV CYCLE suite à sa prise de participation à hauteur de 18,5 % en octobre 2017(2). Les matériaux ainsi récupérés sont ensuite réinjectés dans l’industrie solaire ou de l’électronique. Naturellement abondant sur terre, le silicium peut par exemple être réutilisé jusqu’à 4 fois. Il faut également se rappeler que le panneau solaire monocristallin, comme tous les panneaux solaires en général, produit une énergie verte, que vous pouvez ensuite choisir de revendre ou d’autoconsommer : un bon point supplémentaire pour l’environnement !