Test comparatif de rendement énergétique de 3 panneaux solaires flexibles

Après plusieurs jours de pluie, le soleil est revenu ! Il est légèrement voilé mais peu importe : j’étais trop impatient de tester les panneaux solaires reçus trois jours plus tôt!
Je les ai comparés aux panneaux achetés en 2017 et 2018. Bien que ce test n’ait pas de valeur scientifique, les observations m’ont paru suffisamment intéressantes pour être publiées.

Les panneaux en test

panneau solaire 50W panneau A
puissance spécifiée : 50Wc nominal
nombre de cellules : 4 x 4 = 16
fabricant des cellules : non spécifié
classe de cellules : non spécifiée
provenance : achat auprès d’un revendeur réputé sur internet
prix pour 100Wc : 2 x 142 € = 284 €  en 2017
panneau B
puissance spécifiée : 100Wc nominal
nombre de cellules : 5 x 6 = 30
fabricant des cellules : non spécifié
classe de cellules : classe C (défauts visibles)
provenance : achat sur un célèbre site de vente aux enchères
prix : 135 € en 2018
panneau C
puissance spécifiée : 110Wc nominal
nombre de cellules : 5 x 6 = 30
cellules : Sunpower™ Maxeon
classe de cellules : classe A
provenance : achat auprès d’un fabricant
prix : 350 € (~395 USD)  en 2019

Mesure de la puissance instantanée des panneaux

Ne disposant pas d’appareil de mesure de l’énergie donnée par le soleil, il ne m’était pas possible de mesurer le rendement réel de chaque panneau.
J’ai donc choisi de mesurer la puissance instantanée des panneaux avec des wattmètres, dans les conditions d’ensoleillement du moment. Et j’ai comparé 2 à 2 les panneaux reliés chacun à un régulateur de charge identique chargeant la même batterie.

Puissance mesurée avec les panneaux B et C




Puissance mesurée avec les panneaux A et C

Réserves relatives au protocole de test

Divers éléments pourraient impacter le résultat des mesures et leur analyse :

    • dates de fabrication différentes, dans un contexte de progression régulière du rendement des cellules;
    • différence d’état de vétusté et d’usage des panneaux : panneau C totalement neuf, panneau B ayant parcouru plusieurs milliers de km (vibrations + chocs), panneau A de 2017 jamais utilisé et stocké;
    • différence d’étalonnage des wattmètres non certifiés;
    •  mesures effectuées par soleil voilé (refaire le test dans d’autres conditions d’ensoleillement).

Toutefois, ces éléments ne sauraient remettre en cause fondamentalement les résultats obtenus.

Calculs et résultat

Le panneau C étant le plus puissant, je l’ai pris comme référence.  J’ai calculé le rapport entre la puissance produite par le panneau A ou B et la puissance produite par le panneau C. Le tableau ci-dessus présente l’efficience relative des panneaux A et B en référence au panneau C qui a donc une efficience de 100%.
Poussant la réflexion plus loin, j’ai imaginé une augmentation de la surface de panneaux A ou B pour pour obtenir la même puissance que le panneau C. J’ai alors calculé le coût en panneaux A ou B correspondant, et la surface de panneau correspondante.

Tableau comparatif du rendement de 3 panneaux solaires
NB :  j’ai pris en compte la différence du nombre de cellules (panneau A: 16 cellules, panneaux B et C: 30 cellules).
À l’observation de ce tableau, on peut émettre les remarques suivantes:

Puissance réelle :

  • les panneaux A et B ont une puissance presque identique alors que le panneau A est 2 fois plus cher que le panneau B;
  • la puissance du panneau C est presque double de celle des panneaux A et B.

Prix pour obtenir la même puissance réelle :

  • à puissance égale, le panneau A est 71% plus cher que le panneau C;
  • à puissance égale, le panneau B est 21% moins cher que le panneau C.

Surface pour obtenir la même puissance réelle :

  • à puissance égale, les panneaux A et B occupent 90% de surface de plus que le panneau C.

Remarques personnelles

Des critères objectifs et subjectifs avaient guidé mes achats :

  • en 2017, je découvrais totalement l’univers du panneau solaire, cela m’avait rassuré d’acheter à une grande enseigne reconnue, les nombreux échanges par téléphone et par courriel m’avaient donné confiance.
  • en 2018, je souhaitais expérimenter un format de panneau peu répandu (6×5 = 30 cellules) et je n’avais trouvé sur le marché que ces panneaux à bas prix.
  • en 2019, j’ai eu l’envie et l’opportunité d’investir dans un équipement de qualité, pour augmenter les performances de mon vélo.

Conclusions

  • Un prix élevé n’est pas toujours une garantie de performance du matériel.
  • Des panneaux de rendement moindre (50%) ont un impact fort sur le vélo solaire:  autonomie 2 fois plus faible ou installer 2 fois plus de panneaux. Dans les deux cas, cela dégradera le confort pu la sécurité du cycliste.
  • Une dépense plus élevée pour un matériel de qualité représente à terme une économie: le rapport qualité/prix est bien meilleur.
    Sans compter les autres bénéfices :  autonomie, maniabilité, performance…

Tout savoir sur le vélo électrique, par Justin Lemire-Elmore

Justin travaille dans une entreprise canadienne innovante, spécialisée dans le vélo électrique. Elle créé des équipements : batteries, moteurs, contrôleurs, consoles de commande etc… Bien des SunTripers en sont équipés !
Il a participé au Sun Trip 2018, avec son épouse Anne-Sophie, sur un tandem solaire qu’il a entièrement inventé, où l’un pédale pendant que l’autre rame ! Les voici au camping du Bourget-du-Lac en juin 2018:

Justin Lemire-Elmore et Anne-Sophie Rodet

Justin a participé au “BC Bike Show 2019”, le plus grand salon du vélo de l’Ouest du Canada. Dans cette vidéo, il dresse un panorama complet des différentes technologies disponibles sur le marché, de leurs avantages et inconvénients…
Écoutez-le, c’est très instructif… et en plus, ça fait réviser l’anglais…

    

Panneaux solaires : le rendement des cellules photovoltaïques

Cet article tente d’éclairer quelque peu le le lecteur sur un élément important pour le choix de ses panneaux solaires : leur rendement.
Pour toute proposition d’enrichissement ou de correction, écrivez à

Qu’est-ce que le rendement d’une cellule photovoltaïque ?

C’est le rapport entre la quantité d’énergie électrique obtenue par conversion de l’énergie lumineuse et la quantité d’énergie solaire reçue par une cellule.

Définition du rendement d'un cellule photovoltaïque

Quel est le rendement des cellules disponibles sur le marché?

Lors de mes premières recherches de panneaux, j’ai lu que le rendement de  telle cellule en silicium monocristallin était de 15%, telle autre 20% et certaines 22% (en 2017). Aujourd’hui en 2019, les meilleures atteignent 25%.
Malheureusement, cette caractéristique est souvent absente des spécifications de panneaux.
Questionné par téléphone, un fabricant m’avait répondu : “Mon entreprise, comme bien d’autres, s’approvisionne sur un marché international fluctuant,  nous achetons  des lots de bonne qualité mais sans spécification de rendement. D’ailleurs, à chaque livraison, le pays de fabrication est différent! Dans ce contexte, comment indiquer une donnée fiable?”

Quelle différence pour le cycliste solaire ?

À surface de panneau égale, un cycliste solaire doté de cellules à  haut rendement (25%) disposera de 66% d’énergie en plus qu’un cycliste doté de cellules à faible rendement (15%). Le premier pourra donc rouler plus vite ou plus longtemps, plus loin… ou faire moins d’effort, selon son envie!

comparaison rendement de différentes cellules voltaïques

Cette animation illustre l’impact pour le cycliste solaire de ces différences de rendement, elle n’a pas l’ambition d’avoir une rigueur scientifique…

Bien sûr, le cycliste solaire peut compenser un faible rendement en augmentant la surface de panneaux. Mais il sait bien que cela augmentera les dimensions de son véhicule, le rendra plus lourd, moins facile à manoeuvrer…

Les rendements selon les différentes technologies

Avec des cellules au silicium monocristallin, en 2019, le rendement atteint 25% avec la technologie “back contact”, dans  les meilleurs panneaux.
Avec du silicium polycristallin, des chercheurs ont réussi à obtenir un  rendement record de 22,3%, mais cette technologie n’est pas commercialisée aujourd’hui (en savoir plus…).

Des rendement supérieurs à 30% ?
En 2016, des chercheurs allemands ont obtenu un rendement record de 33,3% avec une cellule dite “multi-jonction” (en savoir plus…). Mais attention, vous n’en trouverez pas sur internet, cette technologie est dédiée aux applications spatiales ! Et aux États-Unis, dans le Colorado, on affiche des rendements de 40,8% !

Cela fait rêver…. mais quand ces technologies seront-elles accessibles au grand public?

Comment choisir ?

Le cycliste solaire est donc tenté d’acquérir les cellules à “haut rendement”. Et pourquoi pas les meilleures du moment ?
Surgit alors la question du budget ! Car vous l’aurez deviné, plus le rendement est performant, plus le coût est élevé. À moins de disposer d’un budget très généreux ou de partenaires, le concepteur de vélo solaire devra faire des choix, et le plus souvent, des compromis !

Chacun devra donc d’abord cerner ses besoins, définir ses priorités afin de déterminer la solution optimale pour son projet. Il pourra alors s’équiper en pleine connaissance de cause.

Comment choisir ses panneaux solaires ?

panneau solaire flexibleLes panneaux photovoltaïques sont l’élément clé du vélo solaire : ils convertissent l’énergie du soleil en énergie électrique utilisable directement par le moteur et/ou pour la recharge de la batterie. Lorsqu’on se lance dans l’aventure de la construction d’un vélo solaire, on est un peu perdu devant la diversité des offres.

Je vais donc partager ici plusieurs éléments susceptibles de vous guider et vous permettre d’effectuer un choix en pleine connaissance de cause.

Panneaux flexibles ou panneaux rigides ?

panneau solaire flexibleLes panneaux flexibles: c’est le type de panneaux le plus fréquemment utilisé pour les vélos solaires. Les raisons sont leur légèreté (de 3 à 5 kg pour 200Wc) et le bon rendement énergétique des cellules en silicium monocristallin qui les composent (ratio entre énergie électrique récupérée/ énergie solaire reçue).
Le plus souvent, on ajoute une structure porteuse qui rigidifie les panneaux et les protège. En effet, chaque choc sur une cellule diminue localement son rendement. Avec des chocs multipliés, la puissance totale du panneau diminue de façon significative et définitive. C’est le point faible de la flexibilité.

panneau solaire rigideLes panneaux rigides: ils sont robustes, à l’épreuve des intempéries comme la grêle; ils sont prévus a priori  pour une installation sur bâtiment. Ils sont très lourds (15 à 18 kg pour 200Wc). Leurs cellules photovoltaïques sont souvent en silicium polycristallin au rendement énergétique moindre que le monocristallin. Pour ces raisons, ils sont rarement utilisés sur les vélos solaires .
Une exception cependant : Christophe Dugué, qui travaille chez un fabricant français, a construit lui-même un panneau rigide et léger, en monocristallin. Il l’a expérimenté durant le Sun Trip Tour 2017. Stéphane Bertrand a pu lui aussi bénéficier de ce prototype sur 12 000 km lors du Sun Trip 2018. Cet été, nul doute que nous reverrons ces panneaux extra-ordinaires puisque Christophe Dugué et son épouse participent au Sun Trip Tour 2019. Malheureusement, ces panneaux ne sont pas encore commercialisés.

Les caractéristiques électriques des panneaux

La puissance d’un panneau est proportionnelle au nombre de cellules photovoltaïques qui le composent. La cellule photovoltaïque est l’unité de base d’un panneau, elle produit une puissance électrique de l’ordre de 3 Watts sous une tension de 0,5 à 0,6 Volts.
Les caractéristiques électriques sont mentionnées par les constructeurs. Les principales sont la tension de service (Vmp en Volts) et le courant maximum en cas d’ensoleillement maximum (Imp en Ampères). Selon l’assemblage des cellules, en série et/ou en parallèle, des panneaux de même puissance peuvent avoir des tensions de service et courants maxi différents.

Daniele Gonano salon auto paris 2018 Le concepteur d’un vélo solaire est donc face à une équation avec de nombreux paramètres s’influençant les uns les autres:

  • choix de la surface de panneaux pour la puissance totale souhaitée,
  • choix des dimensions et de l’endroit où les installer selon le type de vélo,
  • installation en série ou en parallèle en fonction du régulateur solaire (tension et courant),
  • choix du type et du nombre de régulateurs (MPPT boost  ou non).

Les cellules photovoltaïques du panneau solaire

Deux principaux types de cellules peuvent composer les panneaux. Pour un vélo solaire, en raison du rendement plus élevé, c’est le silicium monocristallin qui est le plus approprié.

cellule au silicium monocristallin Cellules au silicium monocristallin
– très bon rendement, d’environ 200Wc/m²
– durée de vie de ~30 ans.
– coût plus élevé que le silicium polycristallin.
cellule photovoltaïque au silicium polycristallin Cellules au silicium polycristallin
– rendement d’environ 150Wc/m², donc inférieur au monocristallin,
– durée de vie de ~30 ans.
– coût plus économique que le silicium monocristallin.

Mais tout dépend des besoins de l’utilisateur : Barnabé Chaillot, rencontré pendant le prologue du Sun Trip 2018, a fait le choix le plus économique [en savoir plus…].

La qualité des cellules photovoltaïques

Le rendement d’un panneau dépend de la qualité des cellules photovoltaïques qui le compose mais peu de fabricants de panneaux mentionnent la “classe” des cellules utilisées. Elle impacte fortement le coût de construction du panneau, et par conséquent, son prix de vente. Pour notre usage,  trois niveaux de qualité de cellules sont disponibles:

cellule photovoltaïque de classe Acellules de “classe A”: elles sont de très bonne qualité, sans défaut visible et leurs caractéristiques électriques correspondent exactement aux spécifications définies par le fabricant. Les panneaux solaires construits avec cette classe de cellule sont donc les plus chers.
cellules de “classe B”: elles sont de bonne qualité qui présentent peu de défauts visible. Leur rendement est proche ou légèrement inférieur aux cellules de “classe A”.
cellule photovoltaïque de classe Ccellules de “classe C”: elles présentent des défauts visibles qui affectent leur performance (ex: cellules ébréchées, fissurées…). Leur rendement est évidemment moins bon, ces cellules sont utilisées pour réaliser les panneaux économiques.
cellules de “classe D”: elles présentent des cassures ou sont incomplètes. Elles peuvent être retaillées puis réassemblées dans des panneaux de petite dimension, mais, le plus souvent, leur silicium est recyclé pour fabriquer de nouvelles cellules.

Suite… Tout savoir sur le rendement des cellules photovoltaïques !
 

Le Sun Trip vu par les élèves de l’école de la Trémouille

Une rencontre avec les élèves de CM de l’école de la Trémouille à Dijon a permis de leur présenter mon vélo solaire et de les questionner sur son fonctionnement : quelles sont les différentes formes d’énergies mise en oeuvre, quelles transformations d’une forme d’énergie en une autre, quelles différences entre énergies renouvelables et fossiles…
Dans le journal de l’école, les élèves ont rendu compte de leurs découvertes,  l’histoire de la première bicyclette jusqu’au vélo électrique, l’aventure du Sun Trip et la diversité des vélos solaires…
Merci à eux !

Une manifestation originale à laquelle j’aurais volontiers participé

En tant qu’usager de la route au quotidien, en qualité de cycliste, je suis particulièrement sensible à cette manifestation à laquelle j’aurais volontiers participé.
Et si localement, nous organisions un événement semblable ?

Des centaines de cyclistes ont posé pied à terre sur la place de la Bastille pour demander une route plus sûre. Photo Twitter/Yoann Offredo.
Lire l’article du 17 juin dans “Le Journal de Saône-et-Loire”

Prêt de matériel pédagogique par Bourgogne Énergies Renouvelables

Pour la présentation du vélo solaire à des classes, je souhaitais proposer aux élèves de construire des maquettes avec circuits électriques alimentés à l’énergie solaire. C’est l’association Bourgogne Énergies Renouvelables qui m’a prêté du matériel : la responsable pédagogique m’a présenté la richesse de leur fonds de ressources pour la sensibilisation et l’expérimentation scientifique liées aux énergies nouvelles. Merci à B.E.R. !


Prêt de matériel pédagogique par Bourgogne… par stephane-suntrip2017

Exposition des défis scientifiques scolaires et périscolaires de Dijon

Le vélo solaire était invité à l’exposition des défis scientifiques conduits par des classes et des centres périscolaires qui s’est tenue à la grande Orangerie du Jardin des Sciences, ce mercredi 7 juin.
Le vélo a été l’objet de nombreux questionnements de la part des enfants et ceux-ci comprenaient bien les raisons de l’association de panneaux solaires et d’un vélo électrique, la circulation de l’énergie dans le véhicule, la nature hybride de sa propulsion. En revanche, la batterie de stockage n’apparaissait pas une nécessité pour chacun; une phase de tests expérimentaux aurait pu permettre de mettre en évidence le rôle crucial du stockage temporaire de l’énergie solaire, par nature si fluctuante.
Merci au service Éducation de la Ville de Dijon pour cette invitation !