L R AS Publié le mardi 08 septembre 2020 - n° 330 - Catégories : Regard sur le PV

Regard sur les cellules et panneaux de plus grand format

On entend parler de taille de cellules M2, M6, M12, M10. Est-ce que cette course à la grandeur est judicieuse ? A quoi correspond-elle ? Que faut-il en penser ? A-t-elle un avenir ? Faut-il choisir des cellules de très grande taille ? De leur côté, les fabricants annoncent chacun à leur tour des panneaux de plus en plus puissants (leur limite inférieure semble être les 600 Wc). Doit-on faire confiance à des panneaux si puissants ? Ce sont quelques aspects qui sont examinés dans le texte ci-dessous.

Les différents points abordés :   

Le format des cellules : Il y a une variété de format de cellules sur le marché. Il est de plus en plus grand. Sa diversité freine la standardisation de la production. Aucun format ne s’impose actuellement.

Quel est l’intérêt d’un format de cellule plus grand ? Plus la taille de la cellule est grande, plus elle reçoit de soleil et d’énergie. Il y a donc une logique à recourir à des formats plus grands. De plus, des panneaux plus grands réduisent un certain nombre de coût à la production et à la pose

Mais de tels formats créent de nouveaux problèmes techniques : Des cellules plus grandes peuvent créer trop d’énergie, ce qui endommagerait les installations. Les techniciens ont trouvé la solution en coupant en deux ou en trois les cellules. Chaque morceau reçoit donc moins d’énergie. L’ensemble est sauvegardé.

Du coté des panneaux, de plus grandes tailles les fragilisent si on conserve la même architecture que pour de petits formats. On ne sait s’ils résisteront aux grands vents et aux intempéries. De même la puissance des panneaux crée de nouvelles difficultés techniques.

Que faut-il penser de cette course à la taille ?  Les promoteurs de ces grandes tailles (Trina Solar, JinkoSolar) sont très confiants. Certains, dont LONGi, sont réticents à proposer de grands formats en insistant sur l’absence de tests de résistance car ces panneaux sont très récents.

Les ingénieurs vont certainement rendre ces cellules et ces panneaux fiables après avoir subi des déboires techniques. Ces grandes tailles vont s’imposer dans le paysage. Seulement, ils sont réservés aux centrales au sol. Il y a donc création de deux types de panneaux l’un pour les centrales, l’autre pour les toitures.

 

 

Le texte

Le format des cellules

L’évolution vers de plus grandes tailles s’est faite progressivement. En 2017 encore, le format standard était le 156 mm (de taille M1) ou à défaut le 156,75 mm (M2). Au second semestre 2018, Jinko Solar présente la cellule de taille 158,75 x 158,75 mm. A Intersolar 2018, est présenté le premier panneau ayant des cellules de 166 mm x 166 mm (M6). A l’époque, ce format était anormal car il ne permettait pas d’utiliser les équipements en fonction. Il paraissait davantage un prototype qu’un nouveau format pour la profession. Il nécessitait de modifier toutes les machines de production pour l’adopter.

Ce format a été reconnu au premier semestre 2019 lorsque le fabricant de plaquettes LONGi a préconisé ce format. Il a cru être le fédérateur de la filière comme il l’avait été quelques semestres auparavant. Ce ne fut pas le cas, car Zhonghuan Semiconductor a semé la zizanie dans la filière en présentant deux ou trois mois plus tard un format plus grand (le M12) de 210 mm par 210 mm.

Depuis, la confusion règne dans la filière. Les uns sont encore adeptes du format M2 ; d’autre du format M6 ; quelques-uns du format M12. Pour essayer de fédérer la filière, une demi-douzaine de fabricants dont LONGi ont lancé en juin 2020 un format intermédiaire, le M10 de 182 mm de côté. Seulement, certains fabricants (notamment Trina Solar, …) ont compris l’intérêt des plus grands formats. Ils misent sur l’instauration progressive du format M12 d’ici 2022 où il devrait représenter, selon PV InfoLink, plus de la moitié de la production ! L’année 2021 sera celle de la transition avec encore différents formats sur le marché, avec le M2 (156,75 mm), le M6 (166 mm), le M10 (182 mm), le M12 (210 mm).

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Quel est l’intérêt d’un format de cellule plus grand ?

Plus la surface d’une cellule est grande, plus elle reçoit de soleil et plus elle produit d’énergie. Seulement, alors elle capte trop d’énergie et il faut en réduire la taille pour éviter de tout perturber

En même temps que les cellules prenaient des millimètres, les fabricants de panneaux ont constaté que les cellules ne pouvaient plus rentrer dans les dimensions antérieures. En plaçant le même nombre de cellule, la taille des panneaux augmentait. Ils ont remarqué qu’il était aussi simple et aussi rapide de produire un panneau traditionnel de 400 W (environ 2 m x 1 m) qu’un panneau de 600 W (2,5 m x 1,5 m). Seulement dans le premier cas, la surface utile atteint 2 m² et dans le second cas 3,75 m², soit quasiment le double pour un coût de production à peine supérieur. Le calcul est vite fait pour le producteur qui peut alors augmenter ses prix ce qui rend ses très grands panneaux très rentables.

Un autre avantage est que ces grands formats tant de cellules que de panneaux sont presque réservés aux grands fabricants, ceux dit de rang 1. En effet, il ne suffit pas d’augmenter le nombre de cellules et agrandir le panneau. Il faut revoir la rigidité de l’ensemble, adopter la coupe des cellules en deux ou en trois, connaitre la technique du collage. Il faut surtout modifier les équipements de production afin de pouvoir les produire. Ceci est réservé aux fabricants qui ont les moyens financiers et techniques. Tous les fabricants qui ne peuvent pas suivre, sont marginalisés et tombent dans l’anonymat.

Le troisième avantage est qu’on augmente immédiatement la production d’énergie par panneau et aussi qu’on réduit le coût d’installation. Ainsi, dans l’exemple ci-dessus, un grand panneau représente quasiment deux panneaux traditionnels. Il y a un gain de place (moins de terrain à louer), une réduction des câblages et boites de jonction et moins de temps de pose car un panneau est installé plus vite que deux !

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Mais de tels formats créent de nouveaux problèmes techniques

Le premier est le format de ces nouveaux panneaux. Il faut conserver leur rigidité et leur résistance aux intempéries. Là, ces conséquences de plus grande taille sont faciles à cerner et à conjurer. Seulement, les fabricants de verre avaient l’habitude de produire des plaques de 2 m², il leur faut désormais produire des plaques de 4 m², ce qui les oblige à résoudre de nouveaux problèmes techniques. Ils doivent surtout changer leurs équipements de production, et probablement aussi l’épaisseur du verre qui était auparavant de 2 millimètres d’épaisseur. Leur rigidité convenait à de petites surfaces ; les plus grandes tailles rendent ces fines plaques de verres plus fragiles. Les intempéries peuvent les arracher ou les détruire.

Si la rigidité des panneaux est fragilisée par de grandes surfaces, les fixations sur les racks doivent être renforcées, les câblages qui reçoivent davantage d’énergie doivent être réexaminés ; les boites de jonction redessinées. Ainsi, la fragilisation des grandes surfaces (et des cellules) est accrue par rapport à un petit format. La difficulté est physique. Elle n’est pas insurmontable.

Le second est que plus la dimension d’une cellule est grande, plus elle reçoit de soleil, plus elle produit d’énergie, plus le courant électrique qui la traverse est élevé, plus les pertes liées à la résistance sont importantes. Là, les fabricants craignent que cette intensité ne perturbe ou ne détruise la cellule, les points chauds ou encore les boites de jonction. Pour réduire les perturbations, les ingénieurs ont eu recours à la division en deux ou en trois des grandes cellules qui sont soudées ensuite entre elles. On obtient alors une réduction de la résistance en série, et on diminue de moitié l’intensité électrique dans les cellules (dans la moitié de la surface d’une cellule, il y a la moitié du courant, mais du fait du doublement du nombre de demies cellules, il y a un doublement de la tension).

Le troisième problème est la disposition des panneaux : ou bien on réduit le nombre de panneaux reliés entre eux pour diminuer l’importance de l’énergie produite, mais on augmente le câblage, les boitiers de combinaison, les frais accessoires, ou bien on met en série les panneaux, on réduit les équipements, mais on augmente les pertes sur ces panneaux en série dans les barres omnibus, et dans la température qui augmente dans les boites de jonction et les connecteurs. Plus on met de grands panneaux en série, plus il y de pertes d’efficacité. Du fait de l’augmentation de l’énergie produite, les risques d’incendie sont accrus.

 Les fabricants de panneaux sont à la recherche de la meilleure solution

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Que faut-il penser de cette course à la taille ?

Le recours à de plus grandes cellules et à des panneaux plus vastes a créé un formidable débat entre les tenants de cette nouveauté, et ceux qui sont encore réticents. Ces derniers soulignent la fragilité de ces nouveaux panneaux, les problèmes techniques et même des difficultés de transport et d’installation. Ils font valoir que ces panneaux sont récents et n’ont pas encore subi les tests habituels de qualification. Le fabricant le plus connu parmi les réticents est LONGi qui limite ses panneaux à 540 W alors que ses concurrents proposent des puissances de 600 à 800 W.

Comme toujours pour les observateurs extérieurs à la profession, la distinction entre le vrai et le faux, entre le possible techniquement et le déraisonnable, entre les avantages et les coûts financiers sont particulièrement difficiles à cerner. Si les problèmes techniques peuvent toujours être résolus dès qu’on les aura localisés, il n’y a aucune évaluation financière permettant de connaitre le gain à la production sur les panneaux, ou lors de l’installation. A l’inverse, on ignore le surcoût des aménagements techniques et le coût de remplacement des équipements de production (bien que les fabricants soient obligés de se moderniser très souvent).

Dès lors, Trina Sola a beau jeu d’affirmer que « les cellules et panneaux de grande taille s’imposeront dès que les équipements auront été mis en service ». Le fabricant d’onduleurs Ingeteam confirme que « ces panneaux permettront d’augmenter encore la densité et l’efficacité énergétique. Ils offrent de meilleurs coûts par kWc ». Baywa r.e. ou Krannich estiment que ces panneaux vont dans le sens d’une plus grande efficacité photovoltaïque et que la tendance à de grandes surfaces subsistera.

Il semble donc que si la première intention des fabricants était d’attirer l’attention sur eux, de créer une distanciation technique avec des fabricants incapables de s’adapter, ou encore de créer un produit nouveau alors que la technologie de production reste le mono-PERC, ils ont réussi à provoquer de la nouveauté par le format en attendant que le coût de production de nouvelles technologies (hétérojonction, TOPCon, IBC …) diminue et permet une généralisation de leur adoption. En revanche, ces grandes tailles sont réservées aux centrales au sol. Elles ne pourront pas être utilisées (sauf adaptation de la taille des panneaux) pour les installations résidentielles. Dès lors, cette augmentation de la taille a surtout le mérite de  créer deux types de produits, l’un pour les centrales, l’autre pour les toits, alors que jusqu’à présent, on utilisait le même panneau !

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