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Panneaux photovoltaïques bifaciaux : caractéristiques et fonctionnement

Les panneaux photovoltaïques bifaciaux sont des panneaux qui produisent de l’énergie des deux côtés de la cellule photovoltaïque. Découvrez leur fonctionnement, avantages et coûts

Les panneaux photovoltaïques bifaciaux exploitent le rayonnement solaire à travers une double couche de verre positionnée à l’arrière de la cellule photovoltaïque, comme leur nom l’indique.

Cette capacité à absorber les rayons du soleil des deux côtés est rendue possible grâce au coefficient d’Albédo, un paramètre qui mesure la capacité réfléchissante d’un objet.

La valeur de Albédo de la surface a un impact direct sur le rendement des panneaux photovoltaïques bifaciaux, dont l’augmentation de la production dépend de la possibilité d’exploiter également la partie de la lumière réfléchie. En plus de ce facteur clé, il est également essentiel que la structure sur laquelle le panneau est installé permette à la lumière réfléchie d’atteindre l’arrière du module, minimisant les ombrages causés par le système de support.

Pour comprendre la quantité de rayonnement solaire incidente en un point, en plus de se référer aux données astronomiques et environnementales de rayonnement direct ou diffus, nous vous recommandons d’utiliser le logiciel photovoltaïque qui vous offre la possibilité d’inclure les valeurs d’albédo dans l’analyse du rendement des panneaux solaires.

Les panneaux photovoltaïques bifaciaux qu’est-ce que c’est

Les panneaux photovoltaïques bifaciaux sont une typologie de panneaux qui captent l’énergie solaire et produisent de l’énergie électrique à la fois sur la face avant et sur la face arrière de la cellule photovoltaïque.

Historiquement adoptés principalement dans des domaines ciblés en raison de coûts élevés par rapport aux modules traditionnels, ces derniers temps, grâce au développement technologique et à la standardisation de la production, les coûts ont diminué et les panneaux bifaciaux émergent comme un choix compétitif même pour des applications plus répandues.

Du point de vue constructif, ces panneaux ne présentent pas de grandes différences par rapport aux panneaux monocristallins, à l’exception d’un élément fondamental : l’absence de la couche de matériau plastique qui empêche habituellement le passage de la lumière sur la surface inférieure. Dans ce cas, la cellule photovoltaïque est enfermée entre deux verres qui permettent à la lumière de pénétrer des deux côtés.

Panneaux photovoltaïques bifaciaux : comment fonctionnent-ils

Le fonctionnement de l’installation photovoltaïque bifaciale repose sur le concept du facteur d’Albédo de la surface sur laquelle les modules sont installés.

L’albédo mesure la capacité de réflexion de la lumière d’une surface ou d’un objet et est défini comme le rapport entre le rayonnement solaire incident et réfléchi par une surface. Il dépend des caractéristiques de la surface elle-même (par exemple la couleur) et de la longueur d’onde du rayonnement considéré.

Radiation-réfléchissant

Radiation-réfléchissant

En substance, l’albédo est le pouvoir réfléchissant d’une surface et est exprimé en pourcentage ou en nombre pur.

En considérant le rayonnement solaire, l’albédo peut varier entre : 

  • 0 = valeur minimale, surface parfaitement noire (n’existant pas dans la nature) qui absorbe tout le rayonnement solaire (et ne réfléchit donc pas du tout la lumière) ;
  • 1 = valeur maximale, correspondant à une surface parfaitement blanche (n’existant pas dans la nature) qui reflète tout le rayonnement solaire.

Ainsi, un facteur d’albédo du sol égal à 10% signifie que, si l’irradiation solaire reçue par le sol est de 1 kilowatt, la quantité réfléchie est de 100 Watt.

Par exemple : 

  • les surfaces sombres des bâtiments ont un faible albédo, ne dépassant pas 0,27 ;
  • les surfaces claires peuvent atteindre des valeurs allant jusqu’à 0,6 ;
  • la glace et la neige, en revanche, ont un albédo d’environ 0,75.

À mesure que l’albédo d’une surface augmente, la quantité de lumière réfléchie augmente également. Par conséquent, cela se traduira par une production d’énergie plus élevée provenant des panneaux solaires bifaciaux.

Panneaux photovoltaïques bifaciaux : installation

Les performances d’une installation photovoltaïque ne dépendent pas seulement de la capacité réfléchissante de la surface, mais aussi d’autres facteurs liés à l’installation des modules bifaciaux. Pour que le module puisse exprimer pleinement son potentiel, il est essentiel de respecter certaines conditions.

La production d’énergie du côté arrière de la cellule bifaciale sera optimale en présence des facteurs suivants : 

  • la surface sur laquelle le module est installé est réfléchissante ;
  • l’angle d’inclinaison ou la hauteur par rapport à la surface sont plus élevés ;
  • absence d’ombres à l’arrière du générateur photovoltaïque, causées, par exemple, par des composants structurels comme les rails de fixation.

Les surfaces idéales pour l’installation d’un système photovoltaïque bifacial comprennent le ciment clair, la membrane blanche ou les surfaces recouvertes de gravier clair, pouvant réfléchir jusqu’à 80% de la lumière incidente. Cependant, même s’ils sont installés sur des surfaces non optimales comme l’herbe ou le tôle ondulée, un module bifacial garantit tout de même des performances supérieures à un module standard avec des caractéristiques similaires.

En général, plus la distance entre le module et le sol est grande, meilleure est la performance bifaciale. Il est donc recommandé d’éviter les installations au niveau de la surface, telles que les toits ou les terrains, car cela peut limiter la réflexion de la lumière.

Pour maximiser les performances, il suffit de surélever le module du sol ou du toit ou d’augmenter l’angle d’inclinaison pour permettre une meilleure réflexion de la lumière. Les applications optimales pour l’installation d’un système photovoltaïque bifacial comprennent les toits plats, les terrains ou les auvents.

Avantages et inconvénients des panneaux photovoltaïques bifaciaux

Un des principaux avantages de ces panneaux est leur capacité à exploiter la lumière réfléchie à l’arrière, ce qui permet une augmentation de la production d’énergie pouvant varier de 10 à 25% de plus par rapport aux modules monocristallins.

Cette caractéristique est particulièrement avantageuse pour les grandes installations au sol, qui sont encore sujettes à de longs temps de retour sur investissement. Par conséquent, il est essentiel d’installer des composants bifaciaux capables de garantir des performances élevées et une production fiable.

Selon une étude menée par l’AIE en 2020, au cours de l’année de la pandémie et des incitations à la construction, une augmentation significative de l’installation des modules bifaciaux a été enregistrée. Cette augmentation représentait 12% du marché, et une augmentation supplémentaire de 30% est prévue d’ici 2030. Certaines estimations indiquent qu’à l’horizon 2025, les modules bifaciaux pourraient représenter jusqu’à 40% du marché.

Un autre avantage est leur extrême polyvalence. Ce type d’installation peut être réalisé sur de grands toits plats avec des surfaces réfléchissantes, sur des installations agrivoltaïque, sur des auvents photovoltaïques pour la recharge des véhicules électriques, sur des installations photovoltaïques flottantes ou intégrées dans les façades des bâtiments.

Il n’y a pas de limites en dehors de celles liées à la nécessité inévitable de respecter les exigences techniques pour exploiter le principe physique à la base du fonctionnement de l’installation photovoltaïque bifaciale.

Quels sont les prérequis pour tirer parti des avantages

La pleine exploitation du potentiel des panneaux solaires bifaciaux est un aspect à prendre en compte dès la phase de conception. Cela dépend de la quantité de lumière qui parvient à atteindre la surface inférieure du panneau. En cas d’installation sur des toits, il est donc essentiel de disposer de revêtements clairs réfléchissant au maximum la lumière.

Si les panneaux sont placés sur des surfaces sombres, comme de la tôle sombre par exemple, l’avantage résultant de l’utilisation des panneaux bifaciaux est pratiquement annulé. Dans les installations résidentielles les plus courantes, telles que celles sur les tuiles, il est toutefois possible d’obtenir une augmentation de la productivité, même si elle est minime.

De nos jours, il est essentiel de prévoir dans les rénovations des bâtiments commerciaux et industriels l’utilisation de couvertures isolantes claires. Cela permet non seulement de tirer pleinement parti des avantages des modules bifaciaux, mais contribue également à minimiser la surchauffe due au rayonnement solaire, réduisant ainsi le besoin de refroidissement estival du bâtiment.

Photovoltaïque bifacial et rénovation des installations

L’augmentation de puissance obtenue en utilisant des modules bifaciaux se traduit par une production accrue d’électricité. Cet aspect, particulièrement important dans les installations industrielles, nécessite une conception minutieuse de chaque composant de l’installation photovoltaïque, en accordant une attention particulière aux onduleurs, afin d’éviter d’éventuels problèmes opérationnels.

Il est donc essentiel de prêter attention même en cas d’interventions de réaménagement ou de revitalisation. Dans ces cas, qui impliquent la mise à jour d’une installation photovoltaïque existante pour en augmenter l’efficacité, l’utilisation de modules bifaciaux représente certainement un choix avantageux.

Du point de vue réglementaire, il est important de rappeler que le GSE a clarifié la possibilité d’utiliser des modules bifaciaux également dans les installations déjà bénéficiant d’incitations à travers le Compte Énergie, dans le cas où des travaux de maintenance et de modernisation sont nécessaires.

Combien coûte le photovoltaïque bifacial ?

Il y a quelque temps, l’installation de panneaux solaires photovoltaïques bifaciaux entraînait une augmentation de 50% par rapport aux panneaux traditionnels. Cependant, ces derniers temps, cette différence s’est considérablement réduite voire presque disparue, grâce à l’augmentation de la production à grande échelle qui promet de réduire encore les coûts à l’avenir.

De plus, en ce qui concerne l’installation, aucune précaution ou composant différent n’est requis pour les installations avec des panneaux bifaciaux, et généralement les mêmes normes d’installation que les installations traditionnelles sont suivies, à l’exception de cas particuliers.

Installation photovoltaïque bifaciale de dernière génération : le type HJT

L’installation photovoltaïque bifaciale est une invention présente depuis plusieurs années qui a vu une véritable révolution technologique. Parmi les diverses innovations, les panneaux HJT se distinguent particulièrement.

L’acronyme HJT (Hetero Junction Technology) désigne les cellules solaires à hétérojonction et, comme l’indique l’acronyme anglais, la production se fait en utilisant une technologie à hétérojonction de silicium amorphe et cristallin.

La technologie HJT associe donc les avantages du silicium cristallin de type N et du film mince et permet : 

  • une efficacité de la cellule supérieure à 24% et une efficacité du panneau supérieure à 22% ;
  • un coefficient de température plus bas (seulement -0,24%) ;
  • un taux de dégradation annuel très faible (seulement 0,4%) ;
  • absence d’effets LID (light induced degradation, dégradation induite par la lumière) et PID (potential induced degradation, dégradation due au potentiel).
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