Commençons par les différentes technologies. A ce jour, il existe sur le marché plusieurs familles : cSI (polycristallin, monocristallin et amorphe), CIGS et une dite organique qui commence à voir le jour, mais n’est pas encore sur le marché. Côté fabrication, le panneau polycristallin fait appel à des morceaux de silice reconstituée. Le monocristallin est réalisé à partir d’une barre de silice. Quant à l’amorphe, il a pratiquement disparu du marché. Il est difficile de dire lequel est meilleur par rapport à l’autre car chacun comme nous allons le voir à ses propres caractéristiques suivant la fabrication retenue (souple, rigide). Certains donnent de bons résultats par faible éclairement, d’autres par ciel dégagé. Mais, une tendance se dégage pour le rendement : le monocristallin.
Comprendre les chiffres
Bien souvent, les vendeurs n’avancent que la puissance, par exemple 100 watts. Si ce chiffre donne une indication, il n’est pas suffisant pour définir le panneau, il faut faire intervenir la tension. Un panneau solaire ne fournit pas 12 volts mais une tension bien supérieure qui est comprise entre 18.50 et 22 volts pour un panneau de 100 watts et peut atteindre de 25.5 à 30 volts pour un de 150 watts. En résumé, un panneau de 100 watts qui devrait logiquement fournir sous 12 volts 8.3 ampères (100/12) fournit en pratique entre 5.4 et 4.5 ampères. Le deuxième point important est le rendement qui est rarement donné et encore moins expliqué. Lorsqu’il est indiqué, on a une valeur, par exemple, 10%, 20% voire plus. On serait tenté d’en déduire qu’un panneau de 100 watts ne peut fournir qu’entre 10 et 20 watts. Certains vendeurs vous diront qu’il s’agit d’une valeur moyennée sur la journée. Il n’en est rien. Il existe une norme précise STC (Standard Test Conditions). Elle correspond à une mesure effectuée à l’équateur avec une irradiance (rayonnement du soleil) de 1000W par m², une température extérieure de 25°C et une masse d’air de 1.5. Le chiffre indiqué, s’il est relevé suivant les normes, est une bonne indication pour comparer le rendement réel du panneau. Mais, en pratique, la luminosité solaire fluctuant suivant les régions et les saisons fait que le rendement réel varie d’autant. La notion de rendement intervient dans le choix de la technologie. A puissance égale plus le rendement est élevé plus le panneau est petit et donc plus léger. A ce jour, ce sont les panneaux avec cellules monocristallines qui présentent le meilleur rendement qui peut atteindre 25%.
La réalisation d’un panneau
Pour réaliser un panneau, les cellules sont soit utilisées entières soit découpées. Elles sont ensuite raccordées entre elles comme pour les batteries en série/parallèle. En série, les tensions s’ajoutent, en parallèle, c’est le courant. Une cellule fournit une tension voisine de 0.5 volts. La fabrication classique consiste à relier les cellules par un câble et un bus. Simple à réaliser mais qui a deux inconvénients : le premier, la perte de tension dans le câblage, le deuxième, la diminution de la surface active. On estime que 20% de la surface du panneau n’est pas utilisée. De plus, cette conception est sensible aux ombres portées. Les panneaux voient leur courant diminuer considérablement lorsqu’une partie est à l’ombre. La deuxième technologie est dite Back Contact. Là, la connectique est à l’arrière de la cellule. Toute la surface est dédiée à la production d’énergie. Et depuis 2018, un nouveau procédé de raccordement des cellules, appelé PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) développé par le laboratoire allemand SolarWorld et mis en œuvre par ISFH de Hameln, a vu le jour. Les cellules sont coupées et raccordées en série puis en parallèle par recouvrement et colle conductrice. La conduction entre chaque cellule est donc intégrale et non pas via le bus électrique uniquement. Ceci élimine l’usage d’étain sur la surface, réduit la résistance et optimise la surface utile. Les cellules coupées permettent de diminuer la température opérationnelle du module de 2°C et, de ce fait, d’augmenter sa durée de vie et sa production électrique. L’assemblage PERC permet aux cellules d’absorber plus de lumière et donc d’avoir de bien meilleures performances par faible luminosité. Cela permet également de réduire considérablement le phénomène d’ombres portées. En effet, les cellules assemblées entre elles constituent une seule cellule. Pour le câblage, nous retrouvons le Back Contact à l’arrière de la cellule.
Rigide ou souple ?
Les panneaux solaires traditionnels sont rigides. Ils sont montés dans un cadre aluminium et protégés par une vitre, de préférence anti reflets. C'est la solution la plus fiable car la vitre de protection ne craint ni les embruns ni les UV. Bien ventilés et installés sur un portique ou des bossoirs, leur rendement peut être encore amélioré si ces derniers sont orientables. Mais l'inconvénient de ces panneaux réside dans leur poids. Ils sont lourds et encombrants. Les panneaux souples que l’on voit de plus en plus semblent une solution intéressante et pratique, avec un gain de poids important. Mais, attention, pas n’importe lesquels. Pascal Petit nous donne les informations suivantes : « Une cellule cSi est rigide. Considérer que l’on peut fabriquer un panneau souple (flex) avec une cellule cSi est une hérésie. Courber ou marcher sur une cellule cSi engendre des milliers de micro craquelures qui se transforment en résistances et donc en « hot spot ». Le risque est, à court ou moyen terme, de voir le panneau se délaminer. Mais avant même que celui-ci ne se délamine, une micro craquelure de la cellule génère immédiatement une perte de puissance. Les modules « flex » que l’on trouve sur le marché sont donc particulièrement fragiles. Leur durée de vie est très inférieure aux modules avec cadre aluminium. Les seuls modules « flex » sont fabriqués avec des cellules CIGS ou amorphes. Le leader dans ce domaine est Global Solar (cellules CIGS). Ces modules ont un plus faible rendement (14-15%) mais ont l’avantage d’être flexibles et beaucoup plus légers. Ils sont donc préconisés pour des poses sur des tauds, pour être collés sur le pont, etc. Les panneaux dits "souples" peuvent prendre un certain rayon de courbure (assez faible). Les cellules sont protégées non plus par une glace, mais par une résine polymère antidérapante ETFE. L’absence de cadre aluminium et de vitre permet à ces panneaux d’obtenir un gain de poids non négligeable : ainsi un panneau rigide monocristallin de 100W pèse en moyenne 8kg (CIGS HP115) contre 1,35kg pour un panneau souple (HPFlex 115). Ces panneaux souples sont construits avec les mêmes cellules solaires que les rigides. À taille égale, ils ont donc les mêmes performances. Cependant, les panneaux posés à plat pont perdent un peu de rendement du fait de l’échauffement des cellules et des ombrages divers (mât, voile…). En revanche, on peut optimiser le rendement des panneaux souples en les rendant amovibles (avec l’installation d’œillet) et ainsi pouvoir les orienter au mieux en fonction du soleil. Enfin, si les panneaux rigides sont maintenant largement fiabilisés, nous n’avons encore que peu de recul sur la durée de vie des panneaux souples ».
Les accessoires nécessaires
Tout d’abord, le boîtier de raccordement. Il doit être étanche (certifié IP67). Les connecteurs doivent être certifiés ou compatibles MC4. Les raccordements doivent être effectués avec un câble dont la section est fonction de la puissance des panneaux. En aucun cas, il ne doit être inférieur à 4 mm². Reste le dernier point : le régulateur qui permet au panneau de réguler le courant en fonction de la charge de la batterie. Les nouvelles générations travaillent comme les chargeurs de batteries en trois phases : charge, égalisation, floating. Ces modèles portent le nom de MPPT (Maximum Power Point Tracking). Il doit être choisi en fonction du courant maximum délivré par le panneau.
Ce que l’on peut attendre d’un panneau
Sur un bateau avec un panneau de 100 watts pendant les mois d’été pour des questions d’orientation, d’ombres portées, etc. il ne faut guère s’attendre à plus de 35 Ah en Manche/Atlantique et à 50 Ah en Méditerranée. A titre indicatif, un réfrigérateur consomme 3.5 A s’il tourne 60% du temps soit 50 Ah.
Bon à savoir
L’Asie est le leader mondial et, plus particulièrement, la Chine. Certains modules proviennent de pays « exotiques », uniquement pour des raisons de coût de fabrication ou de taxes douanières à l’importation. Les modules « flexibles » sont pour la majorité fabriqués aux USA. Un point important est de vérifier l’origine du fournisseur. Cela permet de savoir si celui-ci est en France et s’il répond aux exigences de qualité notamment aux normes ISO9001-2000 (Qualité) et ISO14001 (Environnement), ce qui est le cas de Galix Solaire, concepteur et fabricant des modules Blackwell de type monocristallin Back Contact PERC. Un vendeur doit être capable de vous donner toutes les informations techniques sur le panneau (puissance, courant, rendement, type de cellules, etc.) ainsi que celles liées à l’origine.
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