Source : roedl.com
Outre le potentiel de réduction du coût actualisé de l'énergie (LCOE), les modules photovoltaïques bifaces offrent de nouvelles possibilités d'installation et de commercialisation. Cela s'accompagne d'avantages connexes tels que des rendements supplémentaires et des densités de puissance plus élevées. De plus, en raison de leur profil de production d'énergie particulier, les modules bifaces montés verticalement offrent des avantages en termes de prix de l'électricité à une époque où l'électricité doit être commercialisée sans le soutien de l'EEG et peuvent aider à débloquer de nouvelles utilisations pour des zones autrement inaccessibles.
Informations fondamentales
En principe, les modules photovoltaïques bifaces (PV) sont simplement des modules PV dont le contact arrière complet a été remplacé par un contact à empreinte digitale. Cela signifie que l'arrière du panneau peut également être exposé au rayonnement solaire et être utilisé pour produire de l'électricité. La quantité de rayonnement solaire reçue par l'arrière du panneau dépend avant tout de la réflectivité de la surface environnante et de la manière dont les modules sont montés. La valeur dite d'albédo est la mesure de la capacité d'une surface à réfléchir le rayonnement solaire. Par exemple, la valeur d'albédo est d'environ 10 % pour le soleil élevé au-dessus de l'eau profonde, de 10 % pour les prairies et jusqu'à 75 % pour la neige fraîchement tombée.1La valeur d'albédo d'une surface environnante est un facteur important pour le gain de rendement (voir illustration2).
Un autre facteur est le « facteur de bifacialité », qui mesure la quantité d'énergie produite par l'arrière du panneau par rapport à l'avant du panneau. Actuellement, dans les modules bifaciaux, les facteurs de bifacialité se situent normalement entre 70 % et 95 %. Par exemple, un facteur de bifacialité de 95 % signifie que, dans les mêmes conditions, l'arrière ne produira que 95 % de l'énergie produite par l'avant. Mais, en fin de compte, c'est le gain de rendement qui compte, et ici, si une installation est située favorablement dans des conditions d'installation idéales (valeur d'albédo élevée, par exemple neige ou surface de toit lumineuse, orientation parfaite, pas d'ombrage), les valeurs possibles du gain de rendement peuvent se situer entre 30 % et 50 % par an.3En Allemagne, il faut toutefois s'attendre à ce que le gain de rendement varie entre 5 et 15 % par an, en fonction de la conception du système et de la surface sous le module.
Considérations de base sur l'influence de l'albédo sur le gain de rendement
Conceptions de systèmes innovants
La particularité des modules bifaces est qu'en plus des gains de rendement générés par la face arrière, ce type de module offre également d'autres possibilités d'installation. Le changement le plus radical par rapport aux panneaux conventionnels est certainement l'installation verticale. La plus courante est l'orientation est/ouest des panneaux. Cela entraîne deux différences principales par rapport à la disposition conventionnelle.
En premier lieu, la structure verticale implique un profil de production modifié. Au lieu d'un seul pic de midi, on produit désormais deux pics : un le matin et un l'après-midi, même si la production après midi reste relativement élevée. Outre le fait que les quelques centrales comparables génèrent des gains de rendement de l'ordre de 5 à 10 %, le véritable avantage est que l'on produit désormais plus d'électricité dans un contexte de hausse générale des prix sur le marché spot. En Allemagne et dans le monde entier, on constate que de plus en plus de centrales électriques sont planifiées ou construites sans le soutien de la EEG.4 Dans le cas de ces centrales, le prix futur de l'électricité coté sur la bourse de l'électricité sera important pour les considérations de rentabilité. La capacité à éviter ce que l'on appelle « l'effet de cannibalisation » (c'est-à-dire la chute du prix du pic de midi jusqu'à un niveau de prix négatif) des centrales photovoltaïques peut devenir un facteur décisif. L'analyse du marché espagnol de l'électricité illustre clairement le caractère controversé du problème des prix de l'électricité non subventionnés.5
Installation conventionnelle ou verticale : profil de production d'énergie et prix du marché spot au 26/05/2017 ; Source:/Next2Sun
Une autre différence importante est le changement d'utilisation des terres. Par rapport aux panneaux montés de manière conventionnelle, les modules bifaces montés verticalement nécessitent un espacement des rangées nettement plus important pour éviter un engorgement excessif. D'une part, cela conduit à des taux d'utilisation des terres plus faibles et, d'autre part, c'est précisément l'espacement plus important des rangées qui permet de conserver les terres utilisables à des fins agricoles, du moins sous certaines restrictions. Au final, le maintien de la productivité agricole signifie la possibilité de réduire les coûts de location des terres par rapport aux centrales électriques conventionnelles et donc la possibilité de lutter contre le problème croissant de la consommation de terres sur la base d'un modèle de coopération innovant. Étant donné que les promoteurs de projets cherchent généralement plutôt à atteindre la puissance installée maximale pour optimiser les marges lors de la vente d'une centrale électrique, ce concept sera plus intéressant pour les fournisseurs d'énergie. Ainsi, les doutes populaires sur la consommation de terres peuvent être dissipés. Ici, l'idée de collaboration avec des coopératives agricoles qui possèdent de vastes superficies de terres, par exemple en Allemagne de l'Est, est intéressante.
Un autre avantage du montage vertical est la minimisation des pertes causées par le dépôt de neige sur le
surface des modules. De plus, selon les premières études, les pertes causées par la pollution sont nettement inférieures (ce qui est pertinent dans les zones désertiques).6
L'adéquation des modules bifaces à l'utilisation dans certains types de centrales électriques dépend non seulement du fait que les deux faces du panneau sont utilisées, mais aussi de la transparence du module biface. Ainsi, ils sont particulièrement adaptés à l'installation dans des abris pour voitures, sur des écrans antibruit, comme éléments de bâtiments, dans des centrales photovoltaïques flottantes7, et également dans l'Agro PV mentionné ci-dessus.
Structure des coûts et des revenus
À des fins de comparaison, l'analyse de la structure des coûts et des revenus prend en compte la conception conventionnelle de centrales photovoltaïques orientées vers le sud et inclinées de manière optimale.
Le lecteur attentif aura déjà conclu à ce stade que l'installation de modules bifaciaux nécessite moins de modules en raison du rendement spécifique plus élevé. Cela réduit les coûts d'installation, de BoS et de location du terrain.
En revanche, les prix des modules sont plus élevés, actuellement d’environ 10 %, mais ils pourraient également converger à long terme. La raison en est que le processus de production est très similaire à celui des modules conventionnels3. Actuellement, les capacités de production mondiales sont plutôt orientées vers les modules monofaces. Par conséquent, l’effet de réduction des prix résultant des économies d’échelle n’a pas encore eu un impact aussi fort sur les modules bifaces.
Il convient toutefois d’examiner au cas par cas le type de module et la méthode d’installation à sélectionner pour chaque projet. Si l’électricité est vendue en dehors du régime EEG, il est raisonnable – en plus de déterminer les LCOE – d’établir une prévision du prix de l’électricité à long terme pour déterminer la valeur de l’électricité produite.
Dans le cas des modules bifaces montés verticalement, les coûts d'investissement spécifiques sont environ 10 % plus élevés et les coûts de location du terrain sont environ deux fois plus élevés en raison du besoin accru de terrain. Dans le cas des coûts de location du terrain, des réductions de coûts sont possibles, selon que le terrain est adapté à des fins agricoles et qu'il est possible de continuer à l'utiliser. En revanche, les modules bifaces offrent des rendements environ 5 % à 10 % plus élevés et des revenus plus élevés provenant de la vente d'électricité en période de hausse des prix de l'électricité. En outre, on s'attend à ce que l'utilisation de modules bifaces entraîne une durée de service plus longue
vie.9
Des prévisions positives pour la part de marché des prothèses bifaciales
On suppose que les modules bifaciaux vont gagner en importance dans le monde entier. Les prévisions vont de 20 %
202610 à 40 % en 2025.11Outre la différence de prix, des difficultés surviennent également en raison du fait que la question des STC bifaces n'est pas encore résolue. D'autres problèmes concernent le nettoyage de l'arrière des panneaux et l'apparition de points chauds causés par la structure de montage. Le point positif est que les délais de livraison des modules bifaces se sont normalisés et que les simulations de rendement fournissent des valeurs fiables.
Conclusion : centrales photovoltaïques bifaciales avec une nouvelle conception du système et des études de cas
Les modules PV bifaces génèrent plus d'énergie sur la même surface de module grâce à une face arrière solaire active du panneau en raison de la réflectivité de la surface environnante. Les coûts d'installation et de BoS étant identiques, cela conduit à un rendement plus élevé qui dépasse normalement le coût plus élevé des modules bifaces. De plus, les modules bifaces sont prédestinés à être utilisés dans les barrières antibruit, les centrales électriques PV flottantes et les installations montées verticalement
Systèmes photovoltaïques. Les centrales électriques montées verticalement permettent de continuer à utiliser les terres à des fins agricoles, ce qui élimine la question controversée de la consommation de terres.12et augmente ainsi les chances d'obtenir les permis correspondants. En même temps, le profil de production de ce type de centrales électriques promet des rendements plus élevés sur la bourse de l'électricité, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas de centrales électriques exploitées en dehors du régime de soutien EEG. Il est donc en principe conseillé d'envisager dans tous les cas des modules photovoltaïques bifaces et leur montage vertical dans les projets futurs.
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1 Dobos, E. (1996) « Albedo », Engineering (Londres), 237(7), p. 21. doi: 10.1081/E-ESS
2 Dupeyrat et al., 2014 ; Recherches sur la dépendance de l'albédo au rendement photovoltaïque bifacial
3 Guo, S., Walsh, TM et Peters, M. (2013) « Modules photovoltaïques bifaciaux montés verticalement : une analyse globale », Energy, 61, pp. 447–454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Yusufoglu, UA, Pletzer, TM, Koduvelikulathu, LJ, Comparotto, C., Kopecek, R. et Kurz, H. (2015a) « Analyse des performances annuelles des prothèses dentaires bifaciales
modules et méthodes d'optimisation', IEEE Journal of Photovoltaics, 5(1), pp. 320–328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
Shoukry, I. (2015) Modules bifaciaux – Simulation et expérimentation. Université de Stuttgart
4 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/installations-photovoltaïques-enbw-avec-9-mégawatts-sans-apport-d-énergie-en-allemagne/
5 https://www.pv-magazine.de/2019/03/01/photovoltaik-in-spanien-kurzer-ueberblick-ueber-einspeisetarife-sowie-projektentwicklung-und-finanzierung-von-freiflaechenanlagen/
6 Rabanal-Arabach, J., Mrcarica, M., Schneider, A., Kopecek, R. et Heckmann, M. (2016) « Le besoin de structures de montage sans cadre pour le montage vertical de modules PV bifaciaux », dans 32e EU PVSEC
7 « Les centrales photovoltaïques flottantes PV – une nouvelle tendance » (EnEws : édition février 2019)
8 Basé sur le webinaire PV Magazin du 25.10.2018 ; Diapositives disponibles sous : https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 Suivant2Sun
10 Feuille de route technologique internationale pour le photovoltaïque (ITRPV), mars 2019 [Données pour « true bifacial »]
11 https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-05-17/attention-aux-panneaux-solaires-doubles-faces-qui-prennent-leur-envol-en-chine
12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-installations-in-unseren-regionen-sind-verben-an-der-menschheit/
