Photovoltaïque : des panneaux plus puissants et toujours moins coûteux

Depuis mi-2019, le photovoltaïque a évolué dans plusieurs directions à la fois. En avril 2020, le VDMA, un syndicat allemand d’industriels, a présenté son enquête ITRPV (International Technology Roadmap for Photovoltaic) 2019.

Il en ressort notamment que la part de la technologie silicium cristallin a encore augmenté et représente environ 95% du marché mondial, contre 5% seulement pour les diverses technologies de couches minces.

Dans l’offre mondial de silicium cristallin, la technologie silicium monocristallin a encore progressé au détriment du silicium polycristallin et, fin 2019, atteignait au moins 65% des ventes, contre 35% pour les panneaux polycristallins.

L’architecture en demi-cellules se généralise en 2020 pour les panneaux photovoltaïques en silicium cristallin. ©PP

Rendement : 20% aujourd’hui, 24% en 2030

Le rendement moyen des panneaux en silicium cristallin, mono et poly confondus, atteint 20% fin 2019. Les meilleurs panneaux poussent à 22,5%. L’amélioration du rendement des panneaux vient principalement de l’adoption progressive d’architectures électriques nouvelles.

L’adoption des liaisons électriques à hétérojonction (HTJ) laisse entrevoir des rendements de 24% généralisés à toute l’offre mondiale de panneaux en silicium monocristallin d’ici 2030.

Selon l’enquête ITRPV, le prix moyen des panneaux photovoltaïques commercialisés en 2019 était de 0,20 €/Wc, soit une baisse de 10% seulement par rapport à 2018. La baisse du prix des cellules photovoltaïque en silicium monocristallin a été plus importante et a atteint 25%. Les panneaux de nouvelle génération sont cependant plus complexes à produire. Ce qui peut expliquer la différence entre baisse du prix des cellules et baisse du prix des panneaux.

En 2020, la capacité de production mondiale va encore progresser et dépasser 220 GWc et sera certainement encore supérieure à la demande mondiale : bref la pression sur les prix va continuer en 2020.

De nouvelles architectures de panneaux photovoltaïques

Toujours selon ITRPV, plusieurs tendances techniques devraient se développer fortement au cours des années à venir. Nous en avions déjà observé les prémisses lors du salon Intersolar 2019, l’édition 2020 a été annulée pour cause de Covid-19.

Premièrement les demi-cellules se généralisent. Deuxièmement, la taille des cellules croît : le standard actuel de 156,75 x 156,75 mm, dit M2, devrait disparaître au cours des trois années à venir. Il sera remplacé par le G1 (158,75 x 158,75) qui devrait représenter 35% du marché dès 2020, par le M4 (161,75 x 161,75) avec 20% de part de marché, par le M6 (166 x 166) avec 15% de part de marché dès cette année.

Un nouveau format de cellules, baptisé M12 (210 x 210 mm), fait son apparition cette année. Les formats M6 et M12 pourraient représenter plus de 70% du marché mondial des cellules PV en silicium monocristallin en 2030.

Etant donnée la diversification de la taille des cellules, il n’est plus réaliste de comparer la puissance des modules PV à nombre de cellules égal. L’enquête ITRPV utilise donc la puissance en Wc/m² pour comparer les modules entre eux.

Les puissances de modules photovoltaïques en augmentation constante

EN 2020, cette puissance varie de 202 à 213 Wc/m², selon les technologies de raccordement des cellules. En 2024, la puissance moyenne se situera entre 215 et 225 Wc/m² et devrait atteindre 225 à 240 Wc/m² en 2030.

Ce qui donne aujourd’hui, une puissance de 335 à 350 Wc pour un module de 60 cellules et 120 demi-cellules et d’une surface de 1,7 m². Cette puissance devrait augmenter jusqu’à 370 à 385 Wc en 2030.

Les modules de 72 cellules et 144 demi-cellules, soit une surface de 2 m², se situeront entre 370 et 420 Wc dès 2020, pour atteindre 400 à 480 Wc en 2030. Des modules à 78 cellules (156 demi-cellules) seront commercialisés dès cette année, tandis que des modules à plus de 78 cellules pourraient apparaître dès 2025.

Fort développement des modules PV bi-faciaux

Pour accroître la puissance électrique, des modules PV, il est toujours possible d’augmenter leur surface. Mais, depuis deux ans, les cellules et panneaux bi-faciaux – capables de produire de l’électricité par l’exposition de leurs deux faces à la lumière – se développent rapidement.

L’enquête ITRPV estime leur part de marché à 8% en 2019, 11 à 12% en 2020 et entrevoit 35% de part de marché en 2030. Les modules bifaciaux sont intéressants à la fois pour les fermes photovoltaïques et pour les grandes toitures où ils sont posés sur châssis. Nous devrions voir un développement important de l’association toit blanc (cool roof) et panneaux PV bifaciaux sur les toitures terrasse.

Leur puissance varie selon l’illumination de leur face inférieure. Dès aujourd’hui, un panneau bifacial monté sur châssis à claire-voie sur un toit blanc peut dépasser 500 Wc de puissance unitaire.

Début Mars 2020, Trinar Solar, l’un des leaders mondaix en PV, a annoncé la commercialisation de sa nouvelle génération de modules Duomax V bifaciaux, composés de cellules de 210 x 210 mm. Ils affichent un rendement de 21% et une puissance unitaire de 500 Wc. ©Trina Solar

L’allemand iKratos propose d’installer des panneaux photovoltaïques sur la pente nord des toitures pour augmenter la capacité de production si la pente sud est déjà couverte. Il estime, avec la baisse du prix des panneaux et des stockages, que c’est économiquement rentable, en Allemagne en tout cas. ©iKratos

Les panneaux à couches minces

Les industriels européens, de leur côté, développent d’autres solutions. En France, par exemple, Armor développe ASCA,  un film photovoltaïque organique. Armor et son film Asca ont été retenus dans le cadre du projet européen « H2020 MySmartLife ».

Trois villes, Hambourg, Helsinki et Nantes participent au programme. Le film PV d’Armor a été installé à Nantes sur la Cité des Congrès par Engie Entreprises & Collectivités. Le film PV Ascap a été collé sur les brises soleils fixes en aluminium d’une façade du bâtiment.

Découpé en 108 modules prêt-à-coller (450 g/m² au total), le système a été appliqué sur 41 m². Ce champ PV de 972 Wc devrait produire 410 kWh par an, dont la surproduction quotidienne est stockée dans une batterie de 1200 Wh. Le système alimente une borne d’information et des chargeurs de smartphones. Le fonctionnement de l’installation est monitoré par Engie pendant deux ans.

Des modules PV semi-transparents et de formes libres

En avril, Armor a annoncé la production de modules semi-transparents et de formes libres (free-form). Cela se passe en deux temps. Premièrement, ses films sont enduits en pleine laize dans son usine de La Chevrolière près de Nantes. Ils sont gravés au laser pour obtenir les formes voulues chez Opvius – une entreprise allemande achetée par Armor en 2019 – à Nuremberg et Kitzingen.

Ce savoir-faire permet de reproduire des formes imaginées par des architectes et des designers. La première application est la réalisation de protections solaires photovoltaïques, semi transparentes sur des parois vitrées : vérandas, grandes parois fixes en tertiaire, etc.

Le film PV Asca d’Armor ne pèse de 450 à 800 g/m², selon le film barrière utilisé. Sa production PV ne varie pas avec l’augmentation de la température – un vrai plus. Il est disponible en longueur maximale de 6 m pour 60 cm de largeur et atteint une puissance de 80 Wc/m². ©Armor