Intersolar 2017 (07) : des panneaux photovoltaïques souples ou en couleur

Le rendement des panneaux photovoltaïques progresse d’année en année. Malgré tout, pour construire des bâtiment Bepos en tertiaire, il ne suffira pas de couvrir la surface de toiture disponible.

La prochaine frontière à conquérir pour le photovoltaïque est donc la façade des bâtiments des bâtiments tertiaires et les toitures métalliques des bâtiments de stockage et autres hypermarchés. Les problèmes sont différents selon les emplois.

En façade, l’esthétique, la possibilité de voir dehors et de laisser la lumière naturelle pénétrer dans le bâtiment, priment. Sur les toitures métalliques, le poids est l’ennemi et doit être minimisé aussi férocement qui possible. Voici de nouvelles pistes pour résoudre ces contraintes.

Avancis a développé des panneaux CIGS spécialement pour les façades. Ils sont utilisés en guise de bardage sur des façades ventilées. ©PP

Les avancées du CIGS

Ils font parfois appel à des cellules PV en silicium cristallin, mais le CIGS (Cuivre-Indium-Gallium-Sélénium) est de plus en plus souvent utilisé. C’est une technologie à film mince. Les cellules et panneaux CIGS peuvent être déposés sur des substrats souples ou être colorés.

L’actuel leader du marché mondial du CIGS est le japonais Solar Frontier. Il revendique pour ses panneaux en CIGS, un meilleur rendement en « conditions réelles » que les panneaux en silicium cristallin. Le CIGS, en effet, est nettement moins sensible à l’élévation de température.

Selon Solar Frontier, le rendement du CIGS est supérieur à celui du silicium à partir d’une température de module de 40°C environ. Pour une température de surface de 100°C, ce qui n’est pas rare sur toit ensoleillé, il existe un écart de rendement de 10 points en faveur du CIGS.

Second effet spécifique, les cellules en CIGS voient leur rendement augmenter de près de 20% pendant leur exposition initiale à la lumière durant les 30 à 35 jours suivant leur installation. La méthode normalisée de mesure du rendement des cellules et panneaux PV ne tient pas compter de ce phénomène.

Un bon rendement à basse lumière

Troisième point en faveur du CIGS, son rendement à basse lumière est de 7 points supérieur à celui du silicium cristallin. Enfin, les panneaux en CIGS offrent une bien meilleure tolérance à l’ombrage.

A partir de 40% de sa surface à l’ombre, un panneau en silicium cristallin a un rendement nul, tandis qu’un panneau en CIGS offre encore 60% de son rendement nominal. A 80% de sa surface à l’ombre, un panneau CIGS atteint un rendement de 25% environ. Il s’arrête de produire seulement lorsqu’il est entièrement à l’ombre.

Mais, même si le rendement du CIGS progresse, les meilleurs modules atteignent aujourd’hui un rendement nominal de 12 à 17%, là où les panneaux en silicium cristallin se situent entre 15,5 et 19%, avec les meilleurs panneaux en silicium monocristallin repoussant déjà la barrière des 20%.

Grâce à l’emploi des verres plats colorés et trempés de KROMATIX, Avancis propose ses panneaux PV SKALA en 7 couleurs. ©PP

Avancis : la couleur en façade

A Intersolar 2017, l’allemand Avancis – ex-filiale de Saint-Gobain et désormais propriété du groupe chinois CNBM, l’un des tous premiers fabricants de verre plat et de matériaux de construction en Chine – montrait sa gamme de panneaux CIGS Skala pour l’architecture. Les modules Skala sont conçus pour être posés verticalement en tant que bardage sur des façades ventilées.

Avancis propose une dimension standard sans cadre – 1587 x 664 x 38 mm, 17 kg, 135 Wc, rendement nominal de 12,8% – que l’on peut poser en mode paysage ou portrait sans modification du rendement. Mais l’industriel étudie aussi toute demande personnalisation des dimensions.

Les panneaux sont noirs par défaut. Mais, grâce à l’emploi du verre Kromatix, ils sont disponibles en 7 teintes : vert, gris, gris clair, or, jaune-vert, bronze et bleu. De son côté, l’allemand Solibro Solar, qui possède une usine avec une capacité de production annuelle de 145 MW de panneaux en CIGS, revendiquait à Intersolar, un rendement de 16% pour son nouveau module Solibro SL2 Generation 2.2.

La gamme Solibro SL2 offre des puissances nominales de 125 à 145 Wc (1190 x 789,5 x 7,3 mm, 16,5 kg, 1000 V). Ils sont destinés à une installation en toiture ou bien dans des fermes solaires au sol.

En France, le LIiten, l’un des laboratoires de l’Ines (Institut National de l’Energie Solaire) à Chambéry, développe des panneaux PV souples à base de cellules en Silicium cristallin. ©PP

Les débuts de la membrane photovoltaïque

Faisons un peu d’histoire. Vers 2008, la société américaine United Solar Ovonic ou Uni-Solar développe une membrane photovoltaïque souple à base de silicium amorphe. Son rendement est honorable et en l’espace de deux ans, ce produit est commercialisé dans le monde entier pour application sur des toitures métalliques.

En 2012, Uni-Solar fait faillite, les machines et le stock sont vendus aux enchères et tous les revendeurs, dont Soprema en France, se trouvent sans solution technique comparable.

Depuis, il faut bien l’avouer, plusieurs producteurs sont apparus pour disparaître aussi vite -  sauf l’allemand Heliatek -, forçant les entreprises qui s’occupaient de ce marché à se rabattre sur des solutions plus classiques de panneaux rigides avec châssis de fixation.

De nouveaux panneaux PV souples et légers

Mais cette année, deux fabricants ont exposé à Intersolar, des panneaux souples et légers, collables, spécialement conçu pour les toitures métalliques incapables de supporter le poids des panneaux en silicium classiques et de leurs systèmes d’accrochage. Il s’agit de DAS Energy et du suisse Flisom.

DA1S Energy fabrique des panneaux légèrement flexibles, garantis 10 ans, à partir de cellules en silicium cristallin particulièrement fines, assemblées en modules et collées sur un support en matière plastique flexible.

Comme il s’agit de silicium, les panneaux de 72 cellules atteignent une puissance nominale de 300 Wc en polycristallin et 335 Wc en monocristallin sous une tension de 1000V, contre 250 et 280 Wc pour les modules à 60 cellules. Les modules DAS Energy ne pèsent que 2,5 kg et sont destinés à être collés sur des toitures acier ou béton, rectilignes ou courbes.

L’indien Waaree a promu à intersolar un tout nouveau prototype de module PV souple. Il sera commercialisé en Europe en 2018. ©PP

Des panneaux photolvoltaïques en rouleaux

De son côté, le suisse Flisom a développé des panneaux enroulables à partir d’une couche mince (< 2 mm) en CIGS. Flisom détient le record de rendement pour des cellules CIGS, ayant atteint une valeur de 20,4%.

Depuis 2005, date de création de l’entreprise avec l’aide de l’Institut Fédérale Suisse de Technologie – une sorte de CNRS Suisse -, le développement des panneaux CIGS souples s’est effectué quasiment de manière clandestine. Nous en avons entendu parler pour la première fois à l’automne 2016. La partie photovoltaïque active pèse moins de 500 g/m².

Flisom utilise une technique de fabrication « Roll to roll » (rouleau à rouleau). La longueur du rouleau CIGS atteint jusqu’à 2 km. Mais Flisom est limité à des modules P0V de 3 m par la technologie de lamination.

3 produits à partir de la couche mince

A partir de sa couche mince CIGS, Flisom a développé 3 produits. Le eMetal est fabriqué en collant le CIGS sur feuille d’aluminium avec le raccordement électrique au dos de la feuille d’aluminium : 4 kg/m². Le eFlex est un module au substrat en matière plastique, capable d’épouser toutes les courbes d’une toiture métallique ou textile : 2 kg/m².

Le eRoll est un module de 3 m de long enroulable en rouleau de 5 cm de diamètre. Flisom sait varier la densité du CIGS. Des modules eRoll pesant 160 g/m² atteignent un rendement de 12 – 13%. Ils espèrent atteindre 15% d’ici 18 mois.

Flisom est engagé dans plusieurs programmes de recherches européen sur le BIPV (Building Integrated Photovoltaic, PV intégré au bâti), notamment pour développer des modules colorés collables. Dans le prochain article, un point détaillé sera consacré aux offres combinées de stockage d’électricité + onduleurs + automates pour le marché domestique et tertiaire.

Utilisant des technologies de fibres de carbone, développées pour l’aéronautique, DAS Energy a mis au point des panneaux cristallins capables d’épouser les courbes d’une toiture. ©PP

Les modules DAS Energy atteignent 335 Wc pour 72 cellules. ©PP

Alwitra, spécialiste des toitures métalliques, des toitures plates et de leur étanchéité, était l’un des orphelins d’Uni-Solar. Début 2017, il a adopté la technologie des panneaux souples de DAS Energy. ©PP

Le suisse Flisom exposait à Intersolar des modules CIGS parfaitement souples, capables de se plier en tous sens, comme un textile. Ils pèsent moins de 500 g/m². ©PP

A partir de sa membrane PV souple, Flisom propose plusieurs produits avec des faces arrières différentes. Ces modules pèsent de 2,5 kg/m² pour le eMetal à 160 g/m² pour eFlex. ©PP