Qu'est-ce qui est mince

Les panneaux solaires à couche mince convertissent la lumière du soleil en électricité en utilisant une fine couche de matériau photovoltaïque (PV) au lieu des cellules de silicium traditionnelles. Les modules à couches minces sont disponibles en versions rigides et flexibles, et vous pouvez trouver des panneaux adhésifs qui se fixent facilement aux surfaces verticales et courbes, comme le toit d'un camping-car.

L'équipe des guides MarketWatch a passé en revue les meilleurs panneaux solaires résidentiels pour vous aider à naviguer dans le processus d'achat solaire. Lisez la suite pour en savoir plus sur les panneaux solaires à couche mince, y compris les différents types, les coûts et les utilisations idéales.

Il existe deux manières principales de fabriquer des panneaux solaires. Les modules photovoltaïques traditionnels consistent en un réseau de cellules en silicium cristallin (c-Si) câblées ensemble dans un circuit. D'autre part, les panneaux à couches minces utilisent une seule couche de matériau photovoltaïque qui n'est pas divisée en cellules visibles. Les couches sont 300 à 350 fois plus fines que les panneaux solaires en silicium, ce qui rend les panneaux à couches minces beaucoup plus légers que leurs homologues conventionnels.

Comme avec les panneaux en silicone, vous pouvez utiliser un cadre rigide pour monter des matériaux à couches minces. Ou ils peuvent être apposés sur un substrat flexible (comme le plastique) avec un dos adhésif et collés sur de nombreux types de surfaces. Par exemple, vous pouvez facilement installer des panneaux adhésifs sur un véhicule récréatif (VR) avec un toit incurvé, alors que le montage de panneaux solaires rigides serait plus difficile.

Grâce à leur poids et à leur épaisseur réduits, vous pouvez utiliser des panneaux à couches minces dans des applications non adaptées aux cellules solaires au silicium, comme les systèmes solaires portables. Mais les panneaux à couches minces sont moins efficaces et doivent couvrir une plus grande surface pour obtenir le même rendement énergétique que les panneaux traditionnels. Cependant, les panneaux à couche mince peuvent atteindre des coefficients de température inférieurs à ceux des panneaux en silicium cristallin, ce qui signifie que leur sortie est moins affectée par le temps chaud.

Les panneaux solaires conventionnels sont constitués de silicium sous forme cristalline, appelé c-Si. Contrairement aux panneaux à couches minces, les panneaux traditionnels comportent des cellules photovoltaïques découpées dans des tranches de silicium de monocristaux (monocristallins) ou de multicristaux (polycristallins). Les panneaux à couches minces sont constitués de couches entières de matériau PV, et non de petites cellules en silicium.

Vous pouvez classer les panneaux solaires à couche mince en fonction du matériau. Les quatre principaux types comprennent:

Les panneaux en silicium amorphe (a-Si) utilisent le même matériau que les cellules photovoltaïques traditionnelles. Mais avec les panneaux à couches minces, le silicium a une structure non cristalline ou "amorphe". Ces panneaux utilisent moins de silicium que les modules solaires traditionnels et, par conséquent, sont plus abordables. Les panneaux en silicium amorphe ont été la première technologie photovoltaïque à couches minces à être développée. Vous pouvez trouver la technologie utilisée dans les anciennes calculatrices et autres petits gadgets.

Les panneaux en silicium amorphe ont une efficacité de conversion d'énergie typique de 6% à 8%, tandis que les meilleurs panneaux en silicium cristallin approchent les 23% d'efficacité.

Avantages et inconvénients

+ Léger et abordable+ Utilise des matériaux non toxiques+ Peut avoir une conception rigide ou flexible– Faible efficacité énergétique– Perte d'efficacité rapide après installation– Durée de vie plus courte que les panneaux en silicium cristallin

Les panneaux en tellurure de cadmium (CdTe) sont plus efficaces que les panneaux en silicium amorphe, allant de 9 % à 15 %. Ce sont les panneaux les plus populaires de l'industrie solaire à couches minces, représentant environ la moitié de la part de marché mondiale. First Solar est l'un des principaux fabricants de panneaux CdTe, ayant investi plus de 1,5 milliard de dollars pour développer cette technologie solaire.

Le principal inconvénient des panneaux CdTe est l'utilisation de cadmium, un métal hautement toxique. Le cadmium ne représente pas de risque lorsque les panneaux produisent de l'électricité. Cependant, cela peut être un risque pour les travailleurs d'usine exposés pendant la fabrication, et l'élimination est un problème.

Avantages et inconvénients

+ Efficacité supérieure à celle des panneaux en silicium amorphe+ Faibles coûts de fabrication et d'installation+ Période de récupération plus courte que les autres panneaux à couche mince– Utilise du cadmium, qui est un métal toxique– Moins efficace que les panneaux en silicium cristallin– Les panneaux CdTe flexibles peuvent être difficiles à trouver

Les panneaux de diséléniure de cuivre-indium-gallium (CIGS) utilisent différents matériaux semi-conducteurs disposés en couches. Les panneaux CIGS ont une efficacité typique de 12% à 14%, comparable à la performance des panneaux CdTe. La technologie CIGS est également compatible avec de multiples matériaux tels que l'acier, l'aluminium, le verre et les plastiques.

Le principal inconvénient des panneaux à couches minces CIGS est leur coût de production élevé, qui se traduit par une période de récupération plus longue. Certains panneaux CIGS utilisent également du cadmium, créant les mêmes problèmes environnementaux que les panneaux CdTe. Cependant, les fabricants remplacent le cadmium par des oxydes de zinc, qui sont des matériaux beaucoup plus sûrs.

Avantages et inconvénients

+ Efficacité supérieure à celle des panneaux en silicium amorphe+ Compatible avec plusieurs matériaux et surfaces+ Des panneaux rigides et flexibles sont disponibles– Plus chers que les autres panneaux à couches minces– De nombreux modules CIGS contiennent du cadmium– Période de récupération plus longue que les autres panneaux à couches minces

Les panneaux photovoltaïques organiques (OPV) utilisent des polymères et d'autres matériaux organiques aux propriétés photovoltaïques pour produire de l'énergie. Les panneaux OPV ont un rendement d'environ 11 %, ce qui est supérieur au rendement des panneaux a-Si. Cependant, les panneaux OPV présentent des cotes d'efficacité inférieures à celles des panneaux CdTe et CIGS.

Les matières organiques étant abondantes et peu coûteuses, les panneaux OPV sont très abordables. Mais les matériaux photovoltaïques organiques sont moins durables que les composés inorganiques utilisés dans d'autres technologies à couches minces.

Avantages et inconvénients

+ Processus de fabrication à faible coût+ Disponible dans de nombreuses couleurs en raison de la variabilité des absorbeurs+ Les matériaux PV organiques sont abondants et sûrs– Efficacité inférieure à la plupart des technologies PV– Durée de vie plus courte que les cellules solaires inorganiques

Lorsque vous comparez des panneaux solaires traditionnels et à couche mince, la meilleure option dépend de l'application que vous envisagez. Les panneaux en silicium cristallin peuvent convertir la lumière du soleil en électricité deux à trois fois plus efficacement que leurs homologues à couche mince, ce qui rend les panneaux en silicium idéaux pour les maisons et les entreprises. Cependant, les panneaux traditionnels ont des cadres rigides et volumineux et peuvent peser jusqu'à 40 à 50 livres.

Les modules à couches minces sont une meilleure option pour les véhicules et les surfaces verticales grâce à leur conception légère. Vous pouvez également trouver des panneaux flexibles à couche mince avec un support adhésif, que vous pouvez utiliser sur des surfaces courbes où les panneaux traditionnels ne sont pas une option viable.

Les panneaux solaires à couche mince coûtent généralement entre 1 $ et 1,50 $ par watt. Comparativement, un système d'énergie solaire avec des panneaux traditionnels coûte environ 2,85 $ par watt.

Les panneaux solaires à couches minces ne sont pas couramment utilisés dans les installations sur les toits en raison de leur faible efficacité. Voici une ventilation des raisons :

Les panneaux à couches minces conviennent mieux aux applications portables et à petite échelle ou aux surfaces verticales et incurvées (comme un camping-car). Vous pouvez acheter des panneaux flexibles à couche mince individuellement pour moins de 100 $. Certains kits solaires PV comprennent également une batterie avec des prises de courant alternatif (CA) et de courant continu (CC) pour convertir l'énergie solaire en électricité utilisable. Les centrales électriques portables peuvent coûter entre moins de 1 000 $ et 5 000 $, selon la puissance et la capacité de la batterie.

Nous vous recommandons d'utiliser des modules photovoltaïques traditionnels pour générer de grandes quantités d'électricité pour votre maison ou votre entreprise. Quel que soit le type de panneau que vous installez, vous pouvez demander le crédit d'impôt solaire fédéral pour réduire le coût global de votre système.

La complexité de l'installation des panneaux à couches minces dépend de la configuration de votre système. Certains panneaux à couche mince ont un cadre rigide et peuvent être utilisés dans des systèmes montés sur le toit ou au sol. Cependant, les meilleures entreprises solaires peuvent recommander des panneaux solaires traditionnels dans ce cas, car ils produiront deux à trois fois plus d'électricité par pied carré.

Les panneaux adhésifs à couche mince et les kits solaires portables sont beaucoup plus faciles à installer par vous-même. Ces panneaux présentent des tensions et des puissances inférieures, et la plupart des systèmes sont conçus pour les installations de bricolage. Cependant, vous devriez envisager une installation professionnelle si vous prévoyez d'utiliser des panneaux solaires adhésifs sur des surfaces surélevées.

Tous les types de panneaux solaires ont des besoins d'entretien. Le nettoyage régulier des panneaux solaires à couche mince peut empêcher l'accumulation de poussière, ce qui peut bloquer la quantité de lumière solaire qui atteint leur surface. Utilisez une brosse ou un chiffon doux et évitez tout outil de nettoyage susceptible de provoquer des rayures. Évitez également les agents de nettoyage chimiques qui peuvent endommager le matériel PV ou d'autres composants.

Les recommandations d'installation pour les panneaux solaires traditionnels s'appliquent également aux cellules photovoltaïques à couche mince. Vous générerez plus d'électricité si vous installez des panneaux à couches minces dans des zones non ombragées et faites attention aux arbres ou autres éléments qui pourraient bloquer vos panneaux.

Les panneaux à couches minces sont idéaux pour les systèmes d'énergie solaire portables et légers. Par exemple, les panneaux à couches minces sont une excellente option pour générer de l'électricité sur un véhicule (comme un camping-car) sans ajouter trop de poids.

Certains panneaux à couche mince sont adhésifs, que vous pouvez facilement installer sur des surfaces verticales et courbes. Les panneaux à couche mince peuvent également s'intégrer à des éléments de construction tels que des fenêtres et des bardeaux de toit, grâce à leur compatibilité avec différents matériaux. Ce concept est connu sous le nom de photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV).

Les panneaux à couches minces ne sont généralement pas recommandés pour un système solaire sur le toit ou au sol d'une capacité de plusieurs kilowatts. Les panneaux à couches minces doivent couvrir une plus grande surface pour générer la même production d'électricité que les panneaux traditionnels et sont moins durables. Pour ces raisons, les panneaux de silicium conventionnels sont les meilleurs pour les installations domestiques.

Les panneaux à couches minces sont idéaux pour les véhicules et autres applications portables grâce à leur faible poids et leur épaisseur réduite. Certains panneaux à couche mince sont flexibles et ont un support adhésif que vous pouvez fixer sur des surfaces verticales et courbes, comme le toit d'un camping-car. Les cellules solaires à couches minces sont plus légères, plus fines et moins chères que les panneaux de silicium traditionnels.

Cependant, les panneaux à couches minces ont une efficacité beaucoup plus faible. Pour cette raison, les panneaux à couches minces ne sont généralement pas le meilleur choix pour alimenter votre maison.

Les panneaux solaires à couches minces coûtent généralement entre 1 $ et 1,50 $ par watt, ce qui est moins cher que les alternatives au silicium. La plupart des technologies solaires à couches minces sont peu coûteuses, mais certains matériaux, comme les panneaux CIGS, seront plus chers. Les coûts d'installation varient également en fonction de l'application. Par exemple, les panneaux à couche mince adhésifs sont beaucoup plus faciles à installer que les panneaux rigides avec un système de rayonnage.

Il existe de nombreux matériaux photovoltaïques à couches minces, mais les plus courants incluent :

Le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) étudie également l'arséniure de gallium (GaAs), un matériau prometteur à haut rendement. Cependant, le coût élevé de cette technologie de cellule solaire a été un obstacle à une utilisation commerciale.

Les cellules solaires à couches minces et traditionnelles utilisent toutes deux l'effet photovoltaïque. Lorsqu'ils sont exposés à la lumière du soleil ou à d'autres sources lumineuses, les électrons de leur matériau photovoltaïque gagnent de l'énergie et commencent à se déplacer. Cela crée une sortie de tension et de courant que vous pouvez exploiter pour produire de l'électricité. Les systèmes solaires traditionnels combinent la sortie de plusieurs panneaux en les connectant ensemble, ce qui génère suffisamment d'énergie pour faire fonctionner votre maison.

Léonard David est ingénieur en électromécanique, titulaire d'un MBA, consultant en énergie et rédacteur technique. Son expérience en efficacité énergétique et en conseil solaire couvre des secteurs tels que la banque, la fabrication textile, la plasturgie, la pharmacie, l'éducation, la transformation alimentaire, l'immobilier et la vente au détail. Il écrit également des articles sur des sujets liés à l'énergie et à l'ingénierie depuis 2015.

Tori Addison est un éditeur qui travaille dans l'industrie du marketing numérique depuis plus de cinq ans. Son expérience comprend des travaux de communication et de marketing dans les secteurs à but non lucratif, gouvernemental et universitaire. Journaliste de métier, elle a commencé sa carrière en couvrant la politique et l'actualité dans la vallée de l'Hudson à New York. Son travail comprenait la couverture des budgets locaux et étatiques, la réglementation financière fédérale et la législation sur les soins de santé.