Les modules bifaciaux sur tracker horizontal décuplent la production d’énergie ? Faux !

Les modules bifaciaux sur tracker horizontal décuplent la production d’énergie ? Faux !

Une étude de cas en situation réelle sur installation fixe, publiée par SYSTEME OFF GRID, Le 19/08/2020 démontre que le Bi-facial est une technologie qui, dans des conditions d’utilisation généralement rencontrées, apporte très peu d’énergie supplémentaire par rapport à une technologie mono faciale, en comparant 2 modules d’un même fabricant installés dans des conditions strictement identiques.

Le premier module est un 60 cellules 300Wc à technologie PERC 60 tandis que le second est un 290 Wc à technologie PERC 60 bifacial. Il s’agit donc de 2 modules de surface identique, de 1,7 m2 chacun, avec un rendement nominal de 300/1,7 = 17,64% pour le mono facial et 290/1,7=17,06% pour le bi-facial, flashés chacun à 1000W/m2.

On constate à priori un rendement moins élevé et une baisse de conversion de la face avant dans le bifacial de l’ordre de 3,3% pour le même type de cellule, comme cela est parfaitement expliqué dans l’étude SYSTEME OFF GRID. L’environnement n’est pas favorable au bifacial, puisque le sol est un revêtement bitumineux dont l’albédo ne doit pas dépasser 3% ; seuls les murs environnants peuvent réfléchir une quantité de lumière intéressante.

On peut grâce à cet essai en déduire une première règle avec un léger avantage au bifacial pour des installations fixes à faible inclinaison, telles les ombrières de parking (mais sols bitumineux), à l’examen des seules puissances crêtes face avant.

Les résultats de cet essai SYSTEME OFF GRID montrent qu’à installation identique, la production des 3 modules mono-faciaux est de 825,10 kWh/an alors que la production des modules bifaciaux est de 825,81 kWh/an. Il n’y a donc pas d’écart de production. A priori, la production de la face arrière compense à peine la baisse de production face avant due à la technologie bifaciale. Reste à évaluer l’écart de prix puisque le bifacial est vendu pour 290 Wc et le monofacial pour 300 Wc ; force est de constater que le rendement de conversion du bifacial est inférieur à celui du monofacial.

Tableau extrait de l’étude SYSTEME OFF GRID . Les panneau V1 à V3 sont des mono faciaux bi-verre et les B1 à B3 des bifaciaux

Le prix d’achat au Watt crête, n’est pas abordé dans l’étude de SYSTEME OFF GRID. En effet, certains constructeurs donnent une puissance crête de 7% supérieure au monofacial pour un éclairement face avant à 1000 W/m2 avec un albédo moyen et un coefficient de bifacialité défini. En principe, la puissance commerciale est la puissance crête face avant, à laquelle s’ajoutera la puissance générée par la face arrière grâce à l’albédo (non mesuré). Certains fournisseurs augmentent le prix Watt crête face avant pour tenir compte de la puissance face arrière. L’intérêt financier est certainement à considérer pour des albédos de forte intensité, (mer, neige ou environnement très réfléchissant) mais il faut mener une étude très fine du couple productible total / prix d’achat dans les 2 technologies).

Afin de valider les calculs, il serait utile de prévoir une campagne de mesure de l’albédo sous les modules pour chaque projet, dans différentes conditions d’ensoleillement et ainsi apprécier le gain réel apporté par la technologie bifaciale.

Conclusion :

En résumé, à surface identique installée :

Peu d’avantage de production constaté pour le bifacial sur du fixe (sauf inclinaison faible et albédo exceptionnel)
Gain de 4% du productible spécifique mesuré dans l’exemple de Système Off Grid
Le rendement de conversion est amélioré de 0,09% dans l’exemple SYSTEME OFF GRID
Technologie bifaciale avantagée dans l’exemple, par l’angle d’inclinaison très faible
L’avantage bifacial n’est réel qui si l’achat est limité au Wc face avant, à prix égal au Wc monofacial
Perte de puissance constatée de la face avant d’environ 3% occasionnée par la technologie bifaciale
Gain de production incertain (l’albédo subit des variations importantes dans le temps (pérennité de l’albédo non garantie)

 Fiches techniques des 2 modules (le 300Wc est devenu un 320Wc avec l’évolution du rendement depuis la date d’achat SYSTEME OFF GRID) Configuration du test de SYSTEME OOF GRID MODULE BI-FACIAL

Rayonnement d’hiver
Pour une hauteur solaire à 20°, l’angle incident est de 55° pour un module incliné à 15°, Soit cosinus 55° = 0,573 ; le module reçoit 57,3% de l’éclairement direct en face avant, il convertit 3% de moins que le module monofacial et reçoit en face arrière l’albédo sol + l’albédo mur, environ 3% dans l’exemple de SYSTEME OFF GRID MODULE MONO-FACIAL Rayonnement d’hiver Pour une hauteur solaire à 20°, l’angle incident est de 55° pour un module incliné à 15° Soit cos 55° = 0,573 le module reçoit 57,3% de l’éclairement direct dans l’exemple SYSTEME OFF GRID

                          

Technologie bifaciale sur tracker TEAMsun

Détermination de l’albédo

Différencier la réflectance et l’albédo : la réflectance s’exprime en % du spectre visible de la lumière, alors que l’albédo s’exprime en % de la totalité du spectre de la lumière réfléchie par une surface quelconque. Cette réflexion subit les lois de l‘optique. La courbe ci-dessous à gauche, montre les valeurs de gain en fonction de différents types de sol.

On peut constater que pour une surface enneigée, l’albédo s’élève à 70% de la quantité de lumière irradiée alors que sur une pelouse, il s’établit autour de 5 à 15%. Il faut noter aussi que certains sols gravillonnés utilisés pour favoriser l’albédo vieillissent très mal et la végétation naturelle reprend vite ses droits.

Détermination de la bifacialité

Une cellule silicium bifaciale est définie par un facteur de bifacialité (ex : BIFI chez LG NeON) ; par exemple, un LG400N2T va produire au maximum 400W en face avant éclairée à 1000W/m2, et 25W supplémentaire par la face arrière éclairée à 100W/m2 (BIFI100) ; soit un facteur bifacial de 25/40 ou 62,5%.


La même cellule en monofacial aurait approximativement une puissance crête de 412 Wc. Cela revient à dire que la face avant du bifacial convertit moins d’énergie qu’un module monofacial en face avant à cause d’une perte de 3% due à la technologie bifaciale, à laquelle il faut ajouter l’énergie produite en face arrière qui dépend donc du facteur de bifacialité, affecté du facteur d’albédo.

Le facteur de bifacialité multiplié par le facteur albedo exprime le gain de puissance par rapport à l’éclairement face avant.

Détermination du facteur d’ombre tracker

Pour un tracker horizontal, il convient de prendre en compte le facteur d’ombrage occasionné par le backtracking journalier qui s’élève de 50 à 80% selon les saisons et introduit un facteur d’éclairement d’albédo égal à 1 – K ombrage, soit 20 à 50%. Exemple sur une pelouse à 7% d’albédo, le gain du bifacial sera 7% x 62,5% x 35% = 1,6% Prenons le cas d’un sol gravier ou sable avec un albedo de 30%, le gain de production sur un tracker sera alors de 30% x 62.5% x 35% soit un gain de production de 6,5%. (Reste à apprécier la pérennité du coefficient de réflexion des graviers !!!).

TRACKER horizontal au sol TEAMsun TS0

Pour une hauteur zénithale solaire à 20°, l’angle incident est de 10° pour un module incliné à 60° (position maxi du tracker TEAMsun TS0)
Soit cosinus 10° = 0,984, le module reçoit 98,4% de l’irradiation directe
Le gain de tracker en irradiation directe est alors à ce moment précis de 71,7% sur l’installation fixe précédente Avec la fonction backtracking, aucun rayonnement solaire direct ne franchit l’intervalle entre les rangées de trackers et la réflexion solaire du sol est quasi nulle jusqu’à ce que le soleil atteigne une hauteur zénithale largement supérieure à 30°. (Qui est fonction du pas de tracker).

Dans un champ de trackers horizontaux, il n’y a que très peu de surface au sol irradiée par le soleil, (sauf entre 10h et 14heures solaire en saison estivale).

Chez TEAMsun, nous ne préconisons pas ce type de modules pour nos trackers horizontaux qui exposent trop peu souvent le dessous des panneaux à la lumière réfléchie ; la face arrière restant peu éclairée par l’albédo, la performance du bifaciale sera totalement effacée et ne restera alors que la baisse de rendement face avant provoquée par la technologie bifaciale.

La technologie bifaciale présente peu d’intérêt sur un tracker solaire horizontal au sol .

Pour autant, les utilisateurs qui souhaitent installer des bifaciaux sur nos structures restent maitre de leur choix et nous aurons plaisir à leur proposer nos trackers horizontaux TEAMsun TS0 qui engendre des gains de production de tracking de l’ordre de 25% sur une installation fixe, avec ou sans panneaux bifaciaux.

Economisez le maximum de kilowattheures avec vos panneaux solaires sur nos trackers TEAMsun

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A très vite pour d’autres révélations sur le solaire photovoltaïque en France !

Auteur : Gérard ALLOT, communauté technique TEAMsun.