Les panneaux solaires bifaciaux produisent de l’énergie solaire à partir de la lumière directe du soleil. et la lumière réfléchie (albédo), ce qui signifie qu’il s’agit essentiellement de panneaux à double face.
Il s’agit d’une grande différence par rapport aux panneaux solaires monofaciaux, plus courants, qui ne produisent de l’énergie que sur la face orientée vers le soleil.
Le solaire bifacial n’est pas nouveau. En fait, les premières cellules solaires produites par les Laboratoires Bell en 1954 étaient bifaciales. Cependant, malgré leur potentiel d’efficacité accrue, les panneaux solaires bifaciaux ne sont pas aussi largement adoptés que les panneaux solaires monofaciaux, en partie à cause de leur coût relatif et des conditions environnementales plus spécifiques qu’ils exigent.
Comment fonctionnent les cellules solaires bifaciales
En captant l’albédo ainsi que la lumière directe du soleil, la quantité d’électricité produite par chaque panneau bifacial augmente, ce qui signifie qu’il faut installer moins de panneaux solaires.
Contrairement aux panneaux solaires monofaciaux, ils sont fabriqués en verre transparent, ce qui permet à une partie de la lumière de passer et de se refléter sur la surface en dessous. Pour augmenter encore la quantité de lumière passant à travers, ils utilisent du verre au lieu de cadres métalliques ou de lignes de grille pour les maintenir en place. Le verre est en verre trempé pour réduire les rayures. Sinon, ils fonctionnent exactement comme les autres panneaux photovoltaïques (PV), en utilisant du silicium cristallin pour absorber la lumière du soleil et la convertir en courant électrique. La face arrière d’un panneau solaire biface partage généralement son circuit avec la face avant, ce qui permet d’augmenter le rendement sans augmenter le circuit.
Panneaux solaires bifaciaux et monofaciaux
Les panneaux bifaciaux peuvent générer jusqu’à 9 % d’électricité en plus que les panneaux monofaciaux, selon des recherches récentes menées par le National Renewable Energy Laboratory (NREL), une division du ministère de l’Énergie des États-Unis. Comme c’est le cas avec les panneaux monofaciaux à haut rendement, cela signifie qu’il faut installer moins de panneaux, ainsi que le matériel associé comme les supports de panneaux, les onduleurs et les câbles, ce qui réduit les coûts du matériel et de la main-d’œuvre.
La technologie solaire photovoltaïque est moins efficace à des températures élevées, ce qui donne aux panneaux bifaciaux un autre avantage. Parce qu’ils sont faits de verre sans le support en aluminium absorbant la chaleur des panneaux monofaciaux, ils ont des températures de travail plus basses, ce qui augmente leur efficacité.
Les panneaux bifaciaux n’ont pas besoin d’être mis à la terre, car ils ne comportent pas de cadre métallique susceptible de conduire l’électricité. Et comme leur construction les rend plus durables, ils bénéficient souvent de garanties plus longues – 30 ans au lieu de 25 ans pour les panneaux monofaciaux.
Étant donné que les panneaux bifaciaux reposent davantage sur le rayonnement solaire diffus, ils sont plus efficaces que les panneaux monofaciaux dans les climats nuageux, ou partout où il y a moins de lumière solaire directe et un pourcentage plus élevé d’insolation indirecte et diffuse. Pour la même raison, les panneaux bifaciaux sont plus efficaces pendant les longues périodes de la journée, lorsqu’il y a encore de la lumière solaire diffuse mais pas de lumière directe sur les panneaux.
Les panneaux bifaciaux peuvent également mieux profiter des trackers solaires pour suivre le soleil tout au long de la journée. Une étude a montré qu’avec le suivi, l’électricité produite augmentait de 27 % par rapport aux panneaux monofaciaux et de 45 % par rapport aux panneaux bifaciaux à inclinaison fixe. Une autre étude avec des résultats similaires a déterminé que les panneaux bifaciaux sur les suiveurs solaires diminuaient le coût de l’électricité de 16%.
Où sont généralement installés les panneaux solaires bifaciaux ?
Les panneaux solaires bifaciaux sont les mieux adaptés au-dessus de surfaces hautement réfléchissantes telles que le sable, le béton ou la neige. Avec leur couverture arborée minimale, les déserts comme le désert d’Atacama au Chili, illustré ci-dessus, ont un taux d’albédo élevé, tout comme les régions où l’herbe brunit en été, comme sur les collines californiennes.
Le NREL a construit une base de données comparant les niveaux de réflectivité de différents matériaux et l’a rendue disponible sur le site Web de DuraMAT. Les installateurs solaires peuvent utiliser les données relatives à l’humidité d’une zone, à la couverture nuageuse moyenne, au type de biome écologique, à la vitesse du vent et à d’autres paramètres, pour calculer l’efficacité relative de l’emplacement des panneaux solaires bifaciaux sur différents sites.
Il en va de même pour les régions de plus haute latitude avec de longues périodes de couverture neigeuse. En général, les panneaux solaires produisent environ 40 à 60 % moins d’électricité en hiver. Pourtant, les panneaux solaires sont plus efficaces lorsque les températures sont plus fraîches et que les interférences atmosphériques sont moindres aux hautes latitudes. Dans les climats hivernaux, la capture de la lumière solaire réfléchie par la neige améliore cette efficacité pendant une saison où ils sont le mieux à même de convertir la lumière en électricité.
De manière générale, les panneaux bifaciaux ne sont pas bien adaptés aux toits résidentiels, pour un certain nombre de raisons. Pour réduire l’ombrage en dessous d’eux, les panneaux solaires bifaciaux doivent généralement être situés plus haut par rapport à la surface réfléchissante en dessous, ils ne peuvent donc pas être installés près de la surface d’un toit. Même s’ils le pouvaient, les toits de couleur sombre absorbent la lumière au lieu de la réfléchir. Les panneaux bifaciaux sont également plus lourds, ce qui les rend plus difficiles à installer et limite leurs possibilités d’utilisation. Les toits plus anciens peuvent également ne pas être en mesure de supporter le poids supplémentaire ou d’accueillir les structures de support que les panneaux bifacials requièrent.
Enfin, les panneaux bifaciaux sont plus chers et les coûts de main-d’œuvre sont plus élevés, ce qui rend les coûts initiaux totaux plus élevés prohibitifs pour de nombreux clients résidentiels à petite échelle. Néanmoins, le coût supplémentaire des panneaux est inférieur à 10 %, selon la même étude du NREL citée ci-dessus, et il est donc compensé par l’efficacité accrue des modules. Si un propriétaire dispose d’un toit capable de supporter l’énergie solaire bifaciale et de la capacité de financer l’investissement, le jeu en vaut la chandelle.
D’autres surfaces, cependant, sont des emplacements idéaux. Les bâtiments à toit plat qui sont peints avec des couleurs plus claires peuvent être équipés de panneaux bifaciaux, tout comme les auvents de parking, les patios de piscine, les terrasses, les pergolas, les porches, les auvents et autres structures d’ombre. Les systèmes au sol qui recouvrent des matériaux légers comme le béton, le sable, le gravier ou le carrelage sont également de bons candidats.
En raison des cas d’utilisation privilégiés du solaire bifacial, les fermes solaires communautaires et à l’échelle des services publics ont été plus rapides à adopter cette technologie, car leurs options de conception de montage et d’implantation ne sont pas limitées aux toits. Dans ces situations, le coût nivelé des panneaux bifaciaux peut être de 2 à 6 % inférieur à celui des panneaux monofaciaux. Clearway Energy Group, un développeur de projets solaires communautaires et à l’échelle des services publics, considère que la production d’énergie plus élevée des panneaux solaires bifaciaux, combinée aux suiveurs, est essentielle à la baisse continue du coût du solaire, qui est déjà la source d’électricité la moins chère dans la plupart des régions du monde.
Ce qui peut être une limitation peut aussi être une vertu. Nécessitant des supports plus élevés que les panneaux solaires monofaciaux, les panneaux solaires bifaciaux peuvent plus facilement faire partie d’un système agriphotovoltaïque, qui combine l’agriculture et la production d’énergie solaire. Les cultures peuvent être plus facilement cultivées autour des supports plus élevés, tandis que les vaches et les moutons qui paissent peuvent bénéficier de l’ombre fournie par les panneaux, rendant la terre 60% plus productive en combinant les deux fonctions.
Perspectives
Selon le NREL, « le PV bifacial est en train de se généraliser avec des gigawatts de projets installés ». Les prévisionnistes du marché s’attendent à ce que le solaire bifacial ait un taux de croissance annuel composé de 15 % au cours de la période de prévision 2020-2027. Et le NREL prévoit que d’ici la fin de la décennie, les panneaux solaires bifaciaux représenteront 60 % du marché du solaire photovoltaïque, contre environ 15 % en 2019. À mesure que l’énergie solaire se développe grâce à la demande croissante du marché et au soutien des gouvernements, et que le changement climatique accroît la nécessité d’électrifier tout partout, les contraintes d’espace et les questions de plus en plus litigieuses d’utilisation des terres pourraient favoriser des panneaux bifaciaux moins nombreux et plus efficaces.
Comme pour la technologie solaire en général, le coût des panneaux bifaciaux est appelé à diminuer à mesure que le volume de production augmente, avec des prédictions selon lesquelles la parité de prix avec le solaire monofacial fera bientôt basculer le marché en faveur des panneaux bifaciaux. Le coût de l’électricité solaire a chuté de 90 % entre 2009 et 2020, selon le rapport de Lazard sur l’énergie solaire. Coût nivelé de l’énergie. Cela rend les panneaux bifaciaux particulièrement attrayants pour les fermes solaires communautaires et à l’échelle des services publics, où les économies d’échelle signifient que le rendement énergétique accru n’entraîne qu’une augmentation marginale du coût.
La différence de coût diminuerait également si le gouvernement américain éliminait les tarifs douaniers mis en place en 2018. Jusqu’à présent, l’administration Biden a soutenu le tarif douanier car il vise à promouvoir la production américaine de panneaux solaires par rapport aux importations en provenance de Chine, avec le soutien de certains fabricants de panneaux solaires basés aux États-Unis. À ce jour, aucune levée des droits de douane n’est envisagée, car la question suit son cours devant les tribunaux. Cependant, le coût nivelé des systèmes bifaciaux est déjà compétitif par rapport aux systèmes monofaciaux. Le NREL prédit que « après le tarif, le bifacial est un vainqueur incontestable ».
Notre avenir est maintenant
Contrairement à d’autres tentatives pour augmenter l’efficacité des panneaux solaires, comme les cellules solaires pérovskites, la technologie bifaciale existe maintenant, peut être déployée à grande échelle et rapidement. Alors que l’urgence d’agir contre le changement climatique devient de plus en plus évidente, la technologie solaire bifaciale présente l’un des moyens les plus efficaces de réduire les émissions de carbone dans le secteur de l’énergie.
Bien que les panneaux bifaciaux ne conviennent pas à tous les toits ni même à tous les montages au sol, leur efficacité accrue permet aux développeurs de centrales solaires d’obtenir un retour sur investissement plus rapide, ce qui attire les investisseurs à la recherche de gains à court terme. Leur empreinte plus petite que celle des panneaux monofaciaux permet aux propriétaires d’immeubles d’habitation de fournir efficacement de l’électricité solaire à leurs locataires, et aux parcs solaires communautaires d’être construits à proximité de l’endroit où les clients en ont besoin, sans qu’il soit nécessaire de procéder à d’importantes mises à niveau de la transmission d’électricité. L’énergie solaire bifaciale est une technologie d’avenir qui existe aujourd’hui.
