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Rendement d’un Panneau Solaire – Guide complet 2019

Puissance, production, orientation, inclinaison…
Vous trouverez dans ce guide tout ce qui influe sur le rendement de vos panneaux solaires

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Introduction

Si l’on vous parle de panneaux solaires, vous pensez d’emblée aux économies d’énergie et à la protection de la planète. Forcément, il est tentant de parsemer son toit de cellules photovoltaïques ! Mais attention : parce que cette technologie a un coût (installation, fonctionnement et entretien), il est crucial de s’interroger en amont sur sa rentabilité, qui dépend elle-même de la capacité de production du panneau solaire en électricité. Vous souhaitez faire toute la lumière sur ce sujet avant de vous lancer ? Découvrez notre guide pratique pour tout savoir du rendement d’un panneau solaire.

La production photovoltaïque, comment ça fonctionne ?

Avant d’estimer le rendement d’un panneau photovoltaïque, il faut comprendre comment fonctionne cette technologie. Comme son nom l’indique, la production électrique solaire s’appuie sur la lumière issue du Soleil (alors qu’un panneau thermique, lui, utilise la chaleur du rayonnement). Ces rayons sont « attrapés » par des capteurs de silicium, puis les électrons sont emprisonnés afin d’alimenter le circuit électrique. C’est ce qu’on appelle « l’effet photovoltaïque ».

Bien entendu, la totalité des rayons solaires n’est pas captée par les panneaux. Il y a nécessairement une déperdition qui varie en fonction de nombreux paramètres. Ce sont ces paramètres qui sont utilisés dans le cadre du calcul du rendement d’un panneau solaire.

À quoi correspond le rendement d’un panneau solaire ?

Quand on accole les deux termes « panneau solaire » et « rendement », c’est dans l’optique d’évaluer la rentabilité d’une (future) installation. Le rendement photovoltaïque vise en effet à mesurer la part d’énergie lumineuse qu’un panneau est capable de convertir en énergie consommable, donc à estimer la quantité d’électricité qui sera produite par l’installation (à utiliser pour votre consommation personnelle et/ou à revendre à un fournisseur d’énergie).

Le rendement d’un panneau solaire est exprimé en pourcentage. Par exemple, un rendement de 10 % signifie qu’un dixième de la lumière captée a été transformée en électricité consommable. Plus le pourcentage est élevé, plus le panneau solaire est dit « à haut rendement ».

Plusieurs facteurs influent sur le rendement photovoltaïque : 

  • Le type de silicium utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques. Ce matériau peut être amorphe (rendement faible : entre 6 et 9 %), polycristallin (technologie la plus courante, au rendement moyen : entre 13 et 15 %) ou monocristallin (rendement élevé : jusqu’à 18 %).
  • La puissance des panneaux.
  • La taille et le positionnement (orientation, inclinaison) des panneaux.
  • La quantité d’ensoleillement, en fonction de la zone géographique et de la présence éventuelle d’obstacles créant des zones d’ombre, ainsi que la température.

Comment déterminer la puissance d’un panneau solaire ?

La puissance d’un panneau solaire est la valeur permettant de déterminer sa capacité de production d’énergie. Exprimée en kWc (kilowatt-crête) ou en Wc (watt-crête), elle se traduit directement en kWh (kilowattheure), soit : 1 kWc = 1 kWh. Elle correspond à la production maximale délivrée par un panneau photovoltaïque dans des conditions optimales d’emplacement et d’utilisation, à savoir : un ensoleillement suffisant (au moins 1 000 W de lumière par mètre carré), une température de 25°C, une orientation adéquate, et l’absence de zones d’ombre (bâtiments, arbres, etc.) aux alentours.

Bien sûr, ces conditions idéales sont rarement réunies dans la réalité. Déterminée en laboratoire, la puissance-crête indique la puissance théorique d’un panneau solaire (son potentiel en termes de production d’énergie solaire), et non pas sa puissance réelle.

Bon à savoir :
Un panneau solaire lambda (1,70 m2) a une puissance théorique de 0,3 kWc.

Estimer la puissance réelle d’un panneau solaire en revient à mesurer l’efficacité des cellules photovoltaïques dans des conditions réelles d’utilisation, en tenant compte de plusieurs paramètres :

 

  • Le taux d’ensoleillement de la région (on parle aussi d’ « irradiation journalière ») exprimé en Wh/m2/jour. C’est le critère le plus important : la quantité de rayonnement que l’installation va recevoir. Celle-ci dépend de l’emplacement géographique, le taux d’ensoleillement n’étant pas le même à Lille et à Nice (cette carte vous donnera une idée des variations en kWh par m2 sur le territoire métropolitain). Néanmoins, attention aux idées reçues : malgré des taux d’ensoleillement différents, les panneaux solaires sont rentables partout en France.

Cette carte vous indique le taux d’irradiation global annuel sur la France Métropolitaine.

  • Les effets de microclimat. Indépendamment du climat global qui prédomine dans une région donnée, il peut exister des conditions climatiques propres à une zone restreinte qui garantissent au panneau solaire un rendement au m2 plus important que dans le reste de la région (ou, au contraire, un rendement plus faible). Ainsi, l’altitude, la végétation ou la proximité d’une étendue d’eau peuvent influer sur la quantité d’ensoleillement reçue par les cellules photovoltaïques. 
  • La température. Si une température de 25°C est considérée comme optimale, elle est toutefois rarement aussi stable. Toute variation par rapport à ce seuil impacte la puissance d’un panneau solaire, car les cellules photovoltaïques perdent en efficacité à mesure que le thermomètre grimpe. 
  • Le panneau solaire. Orientation du panneau solaire, inclinaison, surface occupée par les cellules photovoltaïques, technologie utilisée pour les capteurs de silicium… Ce sont autant de facteurs qui influent sur la capacité de production d’énergie, donc sur la puissance du panneau solaire. (Pour ces différents points, voir plus bas.)

Surface, orientation, inclinaison : que faut-il savoir pour obtenir un meilleur rendement avec son panneau solaire ?

La puissance d’un panneau solaire et son rendement dépendent également de trois paramètres essentiels : sa surface, son orientation et son inclinaison.

La surface du panneau solaire

La surface renvoie à la dimension des panneaux, donc au nombre de cellules photovoltaïques par mètre carré. L’équation est simple : plus la surface du panneau solaire est vaste, plus le nombre de cellules est élevé, et plus la production d’énergie est importante.

Attention : cela ne signifie pas qu’il faille recouvrir son toit de cellules photovoltaïques pour rechercher l’efficacité à tout prix. Un projet d’installation de panneaux solaires doit correspondre à votre budget, à la place disponible sur le toit de votre propriété (il faut un minimum de 10 m2), au taux d’ensoleillement dont vous jouissez (sachant qu’une surface plus importante est justifiée dans les zones les moins pourvues en soleil), et à votre consommation électrique habituelle, indiquée sur vos factures.

En effet, un panneau solaire n’est rentable que s’il couvre, à minima, vos besoins quotidiens en énergie – éclairage, chauffage, production d’eau chaude – avec la possibilité de revendre le surplus à votre fournisseur d’électricité.

Bon à savoir : 
Pour une maison individuelle chauffée à l’électricité, il faut compter avec une dizaine de panneaux couvrant 17 m2.

L’orientation du panneau solaire

Comment positionner efficacement un panneau solaire si le Soleil ne cesse de se déplacer dans le ciel ? Là est toute la question. C’est pourquoi l’orientation d’un panneau solaire est déterminante : il doit être installé de sorte à capter un maximum de rayonnement solaire tout au long de la journée.
Puisque le Soleil se lève à l’est pour se coucher à l’ouest, une orientation plein sud permet de profiter d’une plus grande quantité de rayonnement. (Notez que c’est vrai dans l’hémisphère nord ; en dessous de l’équateur, l’orientation idéale serait au nord.) À défaut, et parce-qu’il est impossible de modifier la position de votre toit, vous pouvez toujours compter sur une orientation est, sud-est, ouest ou sud-ouest.

L’inclinaison du panneau solaire

L’inclinaison du panneau solaire détermine l’angle suivant lequel les cellules vont recevoir la lumière en fonction de la position du Soleil sur l’horizon. Dans l’idéal, les capteurs doivent être positionnés perpendiculairement aux rayons solaires, c’est-à-dire que ces rayons doivent leur parvenir suivant un angle de 90°. Pour ce faire, le panneau doit avoir une inclinaison de 15 à 35° par rapport au toit.

Problème : la position de l’astre sur l’horizon varie en fonction des saisons. Il est plus bas en hiver et plus haut en été. Techniquement, pour bénéficier d’une production d’énergie optimale, il faudrait incliner le panneau à 60° durant les grands froids, et à 10° pendant les grandes chaleurs. Puisque ce n’est pas toujours possible, il faut trouver un équilibre : une inclinaison du panneau solaire de 30° est idéale. (Notez que cette valeur dépend de l’inclinaison de votre toiture.)

Bon à savoir :
Pour optimiser la production de votre panneau solaire, vous pouvez opter pour un système mobile constitué de trackers motorisés. Grâce à eux, le panneau « suit » la trajectoire du soleil tout au long de sa course annuelle, à la façon d’un tournesol. Ce déplacement peut se faire suivant un seul axe de rotation (pour suivre l’azimut du soleil) ou deux (pour suivre l’azimut et la hauteur).

La batterie du panneau solaire et l’onduleur photovoltaïque

À ces paramètres qui influent sur la production d’énergie, ajoutons deux éléments techniques : la taille de la batterie et la puissance de l’onduleur.

 

  • La batterie permet de stocker l’énergie produite par le panneau solaire avant de la délivrer au système électrique à des fins de consommation. C’est elle qui rend votre installation autonome en cas d’absence de rayonnement solaire pendant plusieurs jours. Sa taille varie en fonction de la période d’autonomie souhaitée. En moyenne, celle-ci est de 5 jours.

Voici un exemple de batteries solaires que vous pourrez retrouver sur le marché.

  • L’onduleur photovoltaïque est l’appareil qui transforme l’énergie électrique de type continu, générée par le panneau, en courant alternatif utilisable dans un cadre domestique. Il contrôle également le bon fonctionnement de l’installation et permet de suivre la consommation quotidienne. C’est votre installateur qui choisira l’onduleur pertinent en fonction de vos besoins.

Voici différents types d’onduleur photovoltaïque, le monophasé, l’hybride et le micro-onduleur.

Conclusion

Comme vous pouvez le constater, le nombre de paramètres qui entrent en ligne de compte tend à compliquer la tâche des particuliers au moment de calculer le rendement d’un panneau solaire. Pour cette raison, il est préférable de confier le calcul de production photovoltaïque à un professionnel, afin de profiter d’une installation qui répond de près à vos besoins énergétiques.

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