Qu’est-ce que la technologie CIGS pour les tuiles solaires?

Atouts et explication de la technologie des panneaux photovoltaïques CIGS

Les solutions solaires de Tejas Borja permettent d’intégrer les tuiles photovoltaïques à la toiture en céramique de manière à avoir le moins d’impact possible sur la conception du projet d’origine. Leurs multiples avantages vont bien au-delà de l’esthétique.

L’autoconsommation énergétique consiste à produire de l’énergie à l’endroit ou à proximité de l’endroit où elle est consommée. Ceci est rendu possible grâce à une installation conçue pour l’autoconsommation, dans le but de réaliser des économies sur la facture d’électricité. Le choix du matériau est une étape cruciale pour assurer la durabilité, l’étanchéité, la protection et l’efficacité énergétique de l’habitation. Nous nous attelons toujours à optimiser la conception de nos panneaux solaires selon la fonction à laquelle ils sont destinés, tout en accordant une grande importance au rendu esthétique. Nous réalisons l’intégration en utilisant les tuiles terre cuite comme élément de construction pour couvrir les toitures en pente.

Grâce à l’impact visuel dérisoire des panneaux solaires et à leur installation facile, nous obtenons une intégration architecturale irréprochable. Les tuiles SOLAIRES de Tejas Borja sont fabriquées dans l’optique de dissimuler les panneaux photovoltaïques, à tel point que ceux-ci sont indétectables. Elles ne possèdent pas de connexions de couleur métallisée, comme on en observe souvent sur les produits photovoltaïques traditionnels. Équipées du même système de recouvrement et d’emboîtement que la tuile principale, elles offrent une durabilité et une étanchéité maximale.

Découvrez la gamme des tuiles solaires de TEJAS BORJA

Il est important de ne pas choisir une tuile solaire uniquement en fonction de son intégration au projet. Les avancées de la technologie utilisée pour les panneaux solaires nous offrent diverses options visant à optimiser les progrès en termes d’efficacité, de design, et même de protection de l’environnement.

La technologie de panneaux solaires utilisée pour les tuiles SOLAR de Tejas Borja est la suivante : Solar FLAT-5XL en deux versions, monocristalline ou CIGS, et Solar FLAT-10 avec la technologie CIGS.

Le terme « monocristallin » (silicium monocristallin) est bien connu dans le domaine des panneaux solaires conventionnels, mais qu’est-ce que la technologie CIGS ? Nous détaillons ci-dessous les atouts exceptionnels de ce type de tuiles solaires.

Avantages technologie CIGS – panneaux solaires

La technologie CIGS, reconnue comme module de cellules solaires en couches minces, est l’acronyme formé des quatre éléments qui la composent : cuivre, indium, gallium et sélénium ; elle est exempte de cadmium et de plomb. Ce critère à lui seul fait d’elle la technologie photovoltaïque la plus respectueuse de l’environnement, depuis sa fabrication jusqu’à son recyclage.

PLUS GRANDE EFFICACITÉ : SOLAR FLAT-10 CIGS

Description du phénomène

La puissance générée par un panneau PV dépend fortement de l’irradiation solaire incidente, comme on peut le déduire des graphiques ci-dessous. De plus, en cas d’ombrage partiel, les cellules ombragées sont polarisées en sens inverse, de sorte qu’une grande partie de l’énergie produite par le panneau photovoltaïque est dissipée sous forme de chaleur dans ces mêmes cellules. Ce phénomène se produit également dans les panneaux PV à technologie CIGS (technologie des tuiles solaires FLAT-10), mais il est beaucoup moins prononcé que dans les panneaux à technologie c-Si et poly-Si (monocristallins et polycristallins, respectivement). Sur l’image suivante, on peut observer, pour les panneaux photovoltaïques CIGS de TEJAS BORJA (tuile solaire Flat-10), que l’énergie produite en cas d’ombrage diminue beaucoup moins que pour les panneaux c-Si.

Comparativo sombras: c-Si vs. CIGS – paneles solares

Avec les tuiles solaires CIGS de TEJAS BORJA, il n’est pas nécessaire d’utiliser des micro-onduleurs ou des optimiseurs de puissances MPPT connectés à chaque panneau PV. Cette solution s’avère particulièrement intéressante pour les systèmes photovoltaïques intégrés aux toitures présentant un nombre d’obstacles important, tels que des cheminées, des antennes, etc., qui favorisent un ombrage partiel à certains moments de la journée.

Pour l’ensemble de ces raisons, les tuiles solaires CIGS de TEJAS BORJA constituent la meilleure option pour être intégrées au système photovoltaïque des endroits où il est impossible d’éviter l’ombrage partiel des modules PV, car elles sont les plus efficaces en termes d’ombrage. En outre, elles sont également plus durables, ne contenant pas de métaux lourds.

MICRO-CRACKS

Description

Apparition de petites fissures ou fêlures dans les cellules PV, plus précisément dans le matériau semi-conducteur, selon plusieurs cas de figure. Elles entraînent une diminution du rendement de la cellule et, par conséquent, du panneau PV dans sa globalité, risquant de réduire sa durée de vie utile.

De plus, la diminution des performances se traduit par une puissance de sortie plus faible en raison de la discontinuité électrique générée par la microfissure (du matériau semi-conducteur lui-même, des capteurs de courant, de la soudure, etc.). D’autre part, la formation de discontinuités dans la cellule, qui présente une résistance électrique plus élevée, peut provoquer l’apparition de points chauds (dissipation de la chaleur dans la zone de résistance électrique élevée), entraînant la dégradation de la cellule et, par conséquent, du panneau PV.

Casuistique

Il est pratiquement impossible de garantir qu’aucune microfissure n’apparaîtra au long du « cycle de vie » d’un panneau photovoltaïque, depuis l’élaboration des fines couches du matériau semi-conducteur et leur assemblage au cours du processus de fabrication, jusqu’à la fin de leur vie utile (environ 20-25 ans). Durant la phase de fabrication, il est essentiel que le fabricant établisse des protocoles rigoureux pour la manipulation, l’assemblage et le déplacement des modules, afin d’éviter l’apparition de ces microfissures.

Par ailleurs, une fois le processus de fabrication terminé, il est capital que ces panneaux soient emballés, stockés, transportés et distribués de manière appropriée, en évitant, dans la mesure du possible, les changements brusques de température et les chocs.

D’autre part, pendant la phase d’installation, l’entreprise qui procède à cette tâche doit garantir que les panneaux seront correctement manipulés tout au long du processus : déplacement des panneaux et du personnel d’installation, fixation des panneaux aux structures, raccordement, etc. Il s’agit également d’une étape primordiale pour éviter l’apparition de microfissures sur le panneau PV.

Enfin, au cours des opérations d’installation, le matériau semi-conducteur des panneaux photovoltaïques subit des dilatations et des contractions dues aux variations de température se produisant au cours de la journée, ce qui est susceptible d’entraîner la formation de fissures à partir de petites imperfections déjà présentes auparavant sur la structure du matériau semi-conducteur.

Grâce à la petite taille des panneaux photovoltaïques parfaitement intégrés dans les tuiles TEJAS BORJA, la probabilité de microfissures est considérablement réduite. D’une part, leur manipulation et leur installation sont rendues plus faciles, évitant la courbure du panneau et les chocs ; en outre, même en cas de coup, le panneau est intégré dans une structure métallique ou céramique, de sorte que l’impact est absorbé par celle-ci. De plus, comme l’installation est réalisée de façon séquentielle le long de la toiture et qu’elle ne requiert pas d’opérations mécaniques, on ne courra pas le risque que l’ouvrier marche sur le panneau ou heurte celui-ci pendant ces manœuvres.

Conclusions

Les tuiles solaires TEJAS BORJA, de par leur conception, le processus de fabrication et la méthode d’installation, sont beaucoup moins exposées au risque de microfissures qu’un panneau photovoltaïque traditionnel, essentiellement en raison de leur petite taille et de leur rigidité.
L’image suivante montre une photo provenant d’un test d’électroluminescence réel effectué sur un panneau photovoltaïque c-Si demi-cellule de 540 Wp. On peut observer un grand nombre de microfissures sur le petit secteur du panneau solaire qui est représenté. D’autres tests sur des panneaux installés montrent un nombre encore plus élevé de défauts sur le panneau photovoltaïque.

Microcracks (exemples)

Les couleurs indiquent l’importance du défaut constaté avec, par ordre croissant : le mauve, le vert, le jaune et le rouge.

Comme on peut le constater, sur le marché actuel des panneaux de grande taille, lorsque l’on analyse ceux-ci, d’importants dommages invisibles à l’oeil nu peuvent apparaître. Ils affectent le rendement et la durée de vie utile du panneau.

HOT-SPOT ET INCENDIE CIGS

Description du phénomène

Le phénomène du « point chaud », hot spot en anglais, consiste en une surchauffe excessive d’une partie du panneau photovoltaïque, entraînant sa détérioration éventuelle, voire sa combustion.

Casuistique

Lorsque le panneau PV est partiellement ombragé ou lorsqu’un objet ou un défaut bloque totalement l’incidence du rayonnement solaire (comme une feuille, de la poussière, un coup sur le panneau avant, des microfissures dans le matériau semi-conducteur, etc.), les cellules PV concernées risquent d’être polarisées en sens inverse. Cela signifie que la cellule commence à agir en partie comme une résistance qui dissipe, sous forme de chaleur, une partie de l’énergie générée par le reste des cellules PV, provoquant une forte augmentation de la température de la zone du panneau PV. L’énergie dissipée dans la cellule ombragée sera aussi élevée que la différence d’irradiation solaire par rapport au reste des cellules PV. Ce phénomène peut être évité en connectant une diode by-pass en parallèle à chaque cellule PV, ce qui, dans la pratique, n’est fait que pour les matrices de cellules PV connectées en série, atténuant ainsi le phénomène, sans toutefois l’éliminer.

Le phénomène de hot spot est particulièrement prononcé dans les modules photovoltaïques traditionnels, tels que le c-Si ou le poly-Si (filière cristalline). Sur les panneaux photovoltaïques à couche mince et, plus précisément, les panneaux CIGS, l’effet de point chaud et les risques qui en découlent, à savoir la combustion du module, sont réduits à néant. En effet, l’ombrage partiel voire le blocage total d’une partie du module ne provoque qu’une faible augmentation de la température. Dans le cas qui nous occupe, TEJAS BORJA a procédé à un large éventail de tests, dont la description et les résultats les plus représentatifs sont exposés ci-dessous :

L’augmentation de la température des cellules ombragées sur le panneau CIGS varie entre 0,9°C et 2,9°C, selon le pourcentage de la zone ombragée (de 25 % à 75 %).
En cas de blocage total d’une partie du panneau photovoltaïque, l’augmentation de température que connaît celui-ci atteint à peine 2°C.
Au cas où le fonctionnement des diodes by-pass de la Junction Box serait défectueux, l’augmentation de la température des cellules CIGS ne serait que de 14°C.

Par ailleurs, comme mentionné précédemment, les modules solaires FLAT-5XL de TEJAS BORJA sont composés d’une tuile en terre cuite spécifiquement conçue pour l’intégration du panneau PV. Il convient de rappeler que ces tuiles en céramique sont intrinsèquement ignifuges.

Conclusions

Grâce à la technologie CIGS à l’aide de laquelle sont élaborées les tuiles solaires FLAT-10 de TEJAS BORJA, les effets du point chaud sur la tuile solaire sont réduits à néant. Or, il ne faut pas négliger les conséquences de l’incendie d’un panneau traditionnel, qui peut parfois s’étendre à tout le bâtiment.
Grâce à la tuile céramique et aux diodes by-pass, ainsi qu’au nombre réduit de cellules PV associées en série aux tuiles monocristallines TEJAS BORJA, l’effet du point chaud est fortement minimisé.
Comme déjà exposé dans un autre rapport technique de TEJAS BORJA, grâce à la conception, à la fabrication et à l’installation des tuiles solaires TEJAS BORJA, le risque de microfissures, une des causes principales de la formation du phénomène hot spot sur le panneau PV, est infime.
Par conséquent, les tuiles solaires TEJAS BORJA sont parfaitement sécurisées à tous les niveaux. À la faveur des tests réalisés, nos tuiles CIGS ont démontré leur fiabilité face à l’apparition de points chauds.
Sur l’image suivante, on peut observer la différence de réaction d’une tuile solaire CIGS de TEJAS BORJA par rapport à un panneau c-Si lorsqu’une partie du module est bloquée par une feuille d’arbre (cellule CIGS à gauche ; c-Si à droite).