Le rendement des panneaux solaires photovoltaïques

Installer des panneaux solaires permet de produire sa propre électricité chez soi tout en respectant l’environnement et réduisant sa facture d’électricité.

Le taux de rendement photovoltaïque indique le rapport entre la production produite et la puissance du rayonnement captée par les panneaux solaires. Ce taux de rendement est exprimé en pourcentage. Le rendement des panneaux solaires photovoltaïques varie en fonction de plusieurs facteurs, mais généralement, il se situe entre 6 et 20%. Il est donc important de privilégier les panneaux à haut rendement pour maximiser la production d’énergie photovoltaïque. 

La production d’une cellule photovoltaïque dépend de la radiation solaire. De manière à optimiser la production de vos panneaux photovoltaïques grâce à la radiation solaire, il faut prendre en compte les facteurs suivants : le lieu de votre installation, l'inclinaison de vos panneaux sur le toit, leurs orientations et leur température. La production d’électricité photovoltaïque dépend donc de plusieurs facteurs, la rendant difficilement prévisible.  

Unité de mesure de la production de vos panneaux solaires : Watt / Watt-crête / Watt heure

Quelle est la différence entre Watt / Watt-crête / Watt heure ?

Watt, c’est l’unité de mesure internationale de la puissance énergétique. Elle correspond au débit de production ou de consommation de l’énergie.

  • 1 Kilowatt = 1000 Watts (W)

Watt heure, c’est la quantité d’électricité produite sur une période. Le Wh est l’unité de référence qui correspond à la consommation d'un appareil électrique de mille Watts pendant une heure. On l’exprime en kWh pour l’achat et la revente d’électricité notamment dans le cas de l’autoconsommation photovoltaïque mais également pour relever l’économie généré par l’installation.

Watt crête, c’est l’unité de mesure de la puissance d’un module solaire. Chaque fabricant de panneaux solaires possède des conditions et dispositifs de tests similaires pour comparer la puissance des panneaux solaires. On l’écrit : Watt-crête (Wc) ou KiloWatt crête (kWc)

Sous titre : LE RENDEMENT SURFACIQUE d'un panneau solaire

Tous les panneaux solaires ont un rendement calculé dans les mêmes conditions appelées STC (Standard test conditions) avec comme principale valeur un ensoleillement à 1000W/m². La puissance du panneau solaire est donc comparée à cette valeur moyenne d'ensoleillement envoyée sur terre. Théoriquement un panneau solaire d'une surface de 1m² et d'une puissance de 1000W aurait un rendement de 100%. Le rendement surfacique est directement lié à la surface du panneau et à sa puissance mais pas à sa production. Dans les faits, le fonctionnement photovoltaïque génère des pertes, c’est pour cela que nous n’avons pas de tels rendements. 

Prenons l'exemple d'un panneau solaire 55W monocristallin Victron Energy et un panneau solaire 55W Back-contact Uniteck. Ces deux panneaux solaires, dans des conditions similaires, devraient avoir une production à peu près égale. Pourtant leur rendement est différent, celui-ci est lié à la technologie Back-contact qui présente un avantage de gain de puissance surfacique assez important et donc une augmentation de la production d'électricité  photovoltaïque.

Ce tableau vous permettra de comprendre le calcul du rendement :

  Puissance [Wc] Surface [m²] Puissance surfacique [W/m²] Rendement [%]
Référence STC 1000 1 1000 100%
Panneau solaire 55W Mono Victron Energy 55 0,36046 152,58 15,26%
Panneau solaire 55W Back-contact Uniteck 55 0,3025 181,82 18,18%

 

En effet, la valeur de rendement est donc une indication des performances du panneau solaire en fonction de sa surface. Un panneau solaire avec un rendement élevé sera très avantageux pour les projets dans lesquels la place est réduite. Au contraire, si vous disposez d'une place conséquente sur le toit d’une maison par exemple, un rendement élevé ne devra pas être votre première valeur à vérifier sur un panneau solaire. Comparez plutôt la puissance et le coût de ce dernier ainsi que sa qualité. Ce dernier facteur est important pour avoir un panneau solaire durable et vous garantir un retour sur investissement. Ces paramètres doivent vous aider à choisir vos panneaux photovoltaïques.

L’ensoleillement de votre région pour une meilleure production d’énergie photovoltaïque 

Il existe deux méthodes pour calculer la production :

  • Un logiciel de simulation de l’ensoleillement. Vous pouvez retrouver celui de PVGIS qui vous donnera le potentiel d’ensoleillement de votre région et donc le potentiel d’autoconsommation photovoltaïque.
  • En calculant vous même : pour réaliser le calcul il vous faut utiliser les données de radiation solaire de votre région afin d'évaluer votre capacité de production.

Dans un premier temps, il faut déterminer la quantité d’énergie reçue chaque jour dans votre région. Cette quantité est appelée l’irradiation journalière, le rayonnement global journalier ou encore le rayonnement solaire intégré.  Il s’exprime en Wattheure par mètre carré par jour (Wh/m2/j) ou Wattheure par Watt-crête par jour (Wh/Wc/j) pour une inclinaison donnée.

capacité de production photovoltaïque de panneau solaire

 

 

En France, l’estimation de la capacité de production photovoltaïque de panneau solaire peut être divisée en 4 zones :

  • Nord-Est : une production annuelle d’environ 800 à 1000 kWh/kWc
  • Diagonale de la Bretagne à la Haute-Savoie : une production annuelle d’environ 1000 kWh/kWc
  • Sud-Ouest à partir du Rhône-Alpes : une production annuelle d’environ 1000 à 1100 kWh/kWc
  • Sud : une production annuelle d’environ 1200 à 1400 kWh/kWc

 

 

Cette estimation permet de réaliser rapidement une tendance de la production annuelle ce qui est intéressant dans le cas d'une installation raccordée au réseau. Pour l’achat d’une installation il est important de quantifier le bilan des travaux effectués par un professionnel et de l'électricité consommée et vendue

L’ensoleillement varie aussi en fonction de la saison. Dans l’optique de concevoir une installation solaire capable de répondre au besoin énergétique pour un site isolé du réseau, en autonomie sur toute l’année, il est nécessaire de toujours prendre la valeur du mois la plus mauvaise. Dans cette situation particulière, il est primordial d'utiliser le logiciel de simulation d'ensoleillement. Pour les zones tempérées, on prendra le mois d’hiver. Pour les zones tropicales et équatoriales, on sélectionne le mois correspondant à la saison des pluies. D'où l'importance de connaître le fonctionnement photovoltaïque.

De plus, la production énergétique de votre installation de panneaux solaires photovoltaïques dépend également de l’orientation et l’inclinaison de vos panneaux.

L’orientation et l’inclinaison de vos panneaux solaires photovoltaïques

L’angle formé par les rayons du soleil avec les panneaux solaires se nomme angle d’incidence. La production maximale de votre kit solaire atteint sa capacité optimale lorsque les rayons du soleil arrivent perpendiculairement à la surface du panneau à midi heure solaire. Afin d’obtenir une production annuelle optimale sur des panneaux à inclinaison/orientation fixes, nous vous conseillons une inclinaison autour des 30° et une orientation plein Sud, en  France Métropolitaine.

Dans le cadre d'une installation autonome hors réseau pour laquelle la production des mois d'hiver est essentielle, nous conseillons une inclinaison à 45° et une orientation plein Sud en France Métropolitaine.

Afin d'augmenter cette production, il est possible d'optimiser ces paramètres au fil des saisons, c'est-à-dire relever le panneau à 60° en hiver, et le rabaisser à 20° en été.

 angle d'inclinaison et orientation idéal pour mon panneau solaire

 

La température de vos cellules photovoltaïques

Contrairement au rendement qui n'est pas directement lié à la production du panneau solaire, la température de fonctionnement est un facteur très influent. La puissance crête est donnée pour une température de 25°C (STC). La température de vos panneaux photovoltaïques est donc à prendre en compte, si elle est supérieure à 25°C, la performance de vos panneaux sera diminuée. Il s’agit de la température de vos panneaux monocristallins ou polycristallins et non de la température ambiante.  

Les fabricants de panneaux photovoltaïques choisissent des facteurs de perte de performance en fonction de la température. Ces données sont importantes à comparer pour s'assurer que le panneau solaire que vous choisissez soit de bonne qualité et performant, car la puissance en Watt-crête n'est pas le seul indicateur. Ces coefficients s'expriment en %/°C ou %/°K. La production de courant continu dépend intrinsèquement de ces facteurs.

Voici trois exemples de coefficient de température pour 3 panneaux :

Exemple de coefficient de température 1 Exemple de coefficient de température 2 Exemple de coefficient de température 3

Sur un écart de température de 10°C par rapport à la température de test (STC), les pertes de puissance respectives sont de 3,4%, 2,9% et 4,5% sur ces trois panneaux solaires différents. Cela peut paraître minimes mais la température d'un panneau solaire peut dépasser les 65°C. Les pertes peuvent donc être multipliées par 4 dans le cas réel. Le système doit donc être aéré le plus possible en toiture.

Pour en savoir plus : 

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