Tout savoir sur le rendement d’un panneau solaire photovoltaïque en 2020

Pourquoi s’interroger sur le rendement d’un panneau solaire ?

Mais attention : parce que cette technologie a un coût. Entre le matériel lié à l’installation, la main d’œuvre et l’entretien, il est crucial de s’interroger en amont sur la rentabilité de son projet.

La rentabilité dépend elle-même de la capacité de production d’électricité des panneaux solaires.
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 et donc la production de panneau photovoltaïque, il faut comprendre comment fonctionne cette technologie.

Pour produire de l’électricité, les panneaux solaires photovoltaïques utilisent la lumière émise par le soleil. Les panneaux solaires thermiques utilisent eux la chaleur du rayonnement.

Les rayons solaires sont captés par des cellules photovoltaïques, 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 des panneaux solaires.

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 à mesurer la part d’énergie lumineuse qu’un panneau est capable de convertir en énergie consommable. Soit à estimer la quantité d’électricité qui peut être produite par l’installation.

Cette électricité peut servir pour votre consommation personnelle et/ou être revendue à un fournisseur d’énergie.

Le rendement est exprimé en pourcentage.

Pour vous donner un exemple : s’il est de 10 %, cela 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 matériau utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques.
• 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.
• La température.
• La qualité des autres éléments de l’installation.

Les différences de rendement en fonction du type de cellule photovoltaïque

Les cellules à base de silicium

Ce matériau peut être amorphe. Il a alors un rendement faible qui varie entre 6 et 9%. Cette technologie est peu utilisée.

Lorsque la cellule est composée de plusieurs cristaux de silicium, on dit que le panneau est polycristallin. Son rendement est moyen allant de 13 à 15%.

Mais lorsque la cellule n’est composé que d’un seul cristal, on parle de panneau monocristallin. Ce sont les plus couramment utilisés. Ils ont un rendement élevé qui peut atteindre jusqu’à 18%.

Les panneaux solaires hauts rendements

De nouveaux types de panneaux solaires font leur apparition ou devraient bientôt arriver sur le marché. Ces modules “haut rendement” permettent une production électrique plus importante et parfois un investissement plus rentable.

C’est vrai pour les panneaux aérovoltaïques dont l’efficacité est supérieure de 10% par rapport aux modules classiques. Cela est rendu possible grâce au système de ventilation sur la face arrière qui permet de refroidir les panneaux solaires.

Il existe aussi les modules bifaces pour les installations au sol uniquement. Les deux faces des panneaux captent les rayons solaires ce qui permet un rendement plus important.

Un nouveau type de panneau est aussi à l’étude : ceux en pérovskite. La pérovskite est utilisée à la place du silicium.Il pourrait atteindre des rendements de 30% dans des conditions extérieures optimales.

Pour terminer, il existe une nouvelle technologie appelée PERC qui permet d’améliorer le rendement des panneaux solaires monocristallins pouvant les faire atteindre 24% contre 18% en temps normal.

Voilà pour les nouvelles technologies solaires permettant d’obtenir de meilleurs rendements. Mais en fonction de leur prix ces solutions ne sont pas toujours plus rentables.

Comment déterminer la puissance d’un panneau solaire ?

La puissance des panneaux solaires est la valeur permettant de déterminer leur 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 module 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,
• l’absence de zones d’ombre provoquées par des bâtiments, arbres ou autres présents 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 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 sa puissance réelle revient à mesurer l’efficacité des cellules photovoltaïques dans des conditions réelles d’utilisation.

Voyons de plus près certains paramètres qui peuvent influer sur la puissance et sur le rendement de votre installation.

Le taux d’ensoleillement de la région

On parle aussi d’irradiation journalière exprimée 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. Néanmoins, attention aux idées reçues : malgré des taux d’ensoleillement différents, les panneaux solaires sont rentables partout en France.

Cette carte vous donnera une idée des variations en kWh par m² sur le territoire métropolitain.

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 aux panneaux solaires un rendement au m² plus important que dans le reste de la région ou au contraire, plus faible.

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 extérieure

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 des panneaux solaires, car les cellules photovoltaïques perdent en efficacité à mesure que le thermomètre grimpe.

C’est pour cette raison que le type d’intégration à toute son importance. Pour éviter que les panneaux solaires chauffent trop, il est préférable de les installer en surimposition car l’air peut passer en dessous et les refroidir légèrement.

À l’inverse, des panneaux photovoltaïques intégrés au bâti (IAB) auront tendance à chauffer davantage ce qui impacte négativement le rendement de l’installation.

Je vous conseille, si vous avez le choix, d’opter pour la surimposition.

Mais ce n’est pas tout. D’autres éléments peuvent permettre d’optimiser votre rendement.

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 5 paramètres essentiels : sa surface, son orientation, son inclinaison, les zones d’ombre et la qualité des autres composants.

La surface du panneau solaire

La surface renvoie à la dimension des panneaux, soit au nombre de cellules photovoltaïques par mètre carré. L’équation est simple : plus la surface de panneaux solaires 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 sa toiture 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 vos besoins.

Vous devez connaître votre consommation électrique habituelle. Elle est généralement indiquée sur vos factures d’électricité.

Les panneaux solaires ne sont rentables que s’ils couvrent, à minima, vos besoins quotidiens en énergie : éclairage, chauffage et production d’eau chaude. Pour cela il faut choisir l’autoconsommation, en sachant que vous avez 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 des panneaux solaires si le soleil ne cesse de se déplacer dans le ciel ? Là est toute la question.

C’est pourquoi l’orientation des panneaux solaires 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 mais 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 toiture, vous pouvez toujours compter sur une orientation est, sud-est, ouest ou sud-ouest.

L’inclinaison du panneau solaire

L’inclinaison des panneaux solaires 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, les panneaux solaires doivent 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 les panneaux 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.

Mais un toit plus pentu ou même plat peut tout à faire recevoir des panneaux. Les différences d’inclinaison n’impactent que légèrement le rendement photovoltaïque.

Bon à savoir :

Pour optimiser la production de vos panneaux solaires, vous pouvez opter pour un système mobile constitué de trackers motorisés. Grâce à eux, les panneaux « suivent » 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).

Cette solution n’est possible que sur les installations au sol.

Les zones ombragées

Les éléments extérieurs présents à proximités de vos panneaux solaires peuvent projeter des ombres dessus. Et comme vous le savez à présent, les panneaux utilisent la luminosité solaire pour produire de l’électricité. La présence d’ombre peut alors faire diminuer fortement votre production

C’est pourquoi, avant de procéder à la pose des modules il faut vérifier la présence d’ombres. Lorsque c’est possible, il faut les éliminer ou les éviter au maximum.

C’est un élément essentiel à prendre en compte quand vous estimez la surface disponible sur votre toit ou votre terrain.

À propos des éléments qui empêchent les panneaux de capter correctement les rayons du soleil, je vous conseille de faire attention à la saleté sur vos modules. Le plus souvent la pluie suffit à les nettoyer mais en fonction de votre zone d’habitation, un nettoyage régulier à l’aide d’un balai télescopique, un chiffon doux et de l’eau claire peut être nécessaire.

Le rendement de l’onduleur et la qualité du matériel

L’onduleur photovoltaïque est l’appareil qui transforme l’énergie électrique de type continu, générée par les panneaux solaires, 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.

Un onduleur performant avec un bon rendement améliore le rendement global de votre installation photovoltaïque.

De la même manière, en choisissant des câbles électriques de qualité vous aurez moins de pertes et une meilleure production.

Conclusion sur le rendement d’un panneau solaire

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 des panneaux solaires.

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.

Vous pouvez réaliser une simulation en ligne pour avoir une estimation de la puissance nécessaire en fonction de votre situation. Mais pour connaître le rendement, la puissance exacte et la production, une étude de faisabilité approfondie doit être réalisée par un installateur certifié à votre domicile.