Orientation des panneaux photovoltaïques : comment la définir

Une orientation vers le sud avec une inclinaison égale à la latitude correspond à une orientation optimale des panneaux photovoltaïques. Découvrez comment orienter votre installation pour en maximiser le rendement

Estimer correctement l’orientation et l’inclinaison des panneaux photovoltaïques peut affecter considérablement le rendement des panneaux photovoltaïques.

Définir ces variables n’est pas si simple car pendant la journée, l’incidence des rayons change en fonction de la position du soleil.

Pour faciliter le processus, nous vous recommandons d’utiliser un logiciel de conception photovoltaïque qui vous aidera à orienter correctement les installations, en tenant compte des données géographiques et de la période saisonnière durant laquelle les besoins en énergie sont les plus importants.

Azimut et tilt : de quoi parlons-nous ?

Comme nous le savons tous, le soleil se déplace d’Est à Ouest, avec une trajectoire parabolique ; pour définir la direction des rayons solaires par rapport à la surface du module photovoltaïque, il est nécessaire de considérer deux angles :

azimut ;
tilt.

On appelle azimut, ou azimuth, l’angle d’orientation du plan du dispositif photovoltaïque par rapport au méridien correspondant. En pratique, il mesure l’écart du plan par rapport à l’orientation sud (pour les sites dans l’hémisphère terrestre nord) ou vers le nord (pour les sites dans l’hémisphère sud). Les valeurs positives de l’angle d’azimut indiquent une orientation vers l’ouest et les valeurs négatives indiquent une orientation vers l’est (CEI EN 61194).

L’angle augmente à mesure que la rotation augmente dans le sens horaire du vecteur. Autrement dit :

avec azimut 0°, le panneau est orienté vers le Sud ;
avec azimut 90°, le panneau est orienté vers l’Ouest ;
avec azimut 180°, le panneau est orienté vers le Nord.

Connaître l’angle d’azimut du soleil est une valeur fondamentale pour définir l’orientation des panneaux solaires.

On définit tilt, ou degré d’élévation, l’inclinaison d’un objet par rapport au sol, c’est-à-dire l’angle qu’un objet, en vue latérale, forme avec la ligne du sol.

Dans les installations photovoltaïques, le tilt représente l’inclinaison du plan du dispositif photovoltaïque par rapport au plan horizontal (par IEC/TS 61836).

Inclinaison 30-35° – Direction Sud

Comment orienter les panneaux photovoltaïques ?

L’efficacité énergétique maximale d’une installation photovoltaïque ne dépend pas seulement de la qualité de l’installation, mais aussi de l’orientation et de l’inclinaison des panneaux photovoltaïques.

Une installation photovoltaïque atteint son pic de productivité maximal lorsque les rayons solaires sont perpendiculaires aux panneaux. Il s’agit d’une condition optimale qui ne peut pas se produire de manière perpétuelle, mais qui change tout au long de la journée et en fonction des saisons.

Pour optimiser au mieux l’installation, il faut donc orienter les panneaux dans la direction où l’incidence des rayons est la plus élevée et estimer les facteurs suivants :

rayonnement solaire ;
direction des panneaux photovoltaïques ;
inclinaison des panneaux photovoltaïques.

Estimation du rayonnement solaire

Le premier facteur à calculer pour vérifier si un site est adapté à un système d’installation photovoltaïque est l’estimation de la quantité d’énergie solaire qui atteint ce site.

Au cours de l’année, le soleil varie ses trajectoires sur la surface de la terre et le rayonnement solaire qui arrive sur la terre n’est pas constant. Par conséquent, l’énergie solaire n’est pas une énergie programmable et il n’est pas toujours possible d’en profiter en cas de besoin, par exemple pendant la nuit.

Cependant, pour comprendre la valeur moyenne du rayonnement solaire d’un lieu, les trajectoires du soleil sont indiquées sur les cartes solaires, ou diagrammes solaires, qui sont organisées en coordonnées polaires ou en coordonnées cartésiennes.

Les cartes solaires en coordonnées polaires sont des graphiques dans lesquels la voûte céleste est projetée et réduite à un plan horizontal. Ces diagrammes sont composés de circonférences concentriques, du périmètre extérieur au centre, représentant différentes valeurs de la hauteur solaire.

Des lignes qui croisent les différents cercles partent également depuis le centre en tenant compte des différentes périodes de l’année et en identifiant des valeurs d’azimut différentes. Sur ces cartes sont également rapportés les parcours du soleil dans les différents mois de l’année, comme des lignes courbes.

Par exemple, la trajectoire du soleil en février coïncide avec celle d’octobre et est donc représentée par une seule ligne. Enfin, chaque diagramme solaire est spécifique à une latitude donnée.

Diagramme solaire

Les cartes en coordonnées cartésiennes sont des diagrammes sur lesquels on projette la voûte céleste comme si c’était la surface d’un cylindre projeté sur un plan.

On a ainsi sur les extrémités les points cardinaux et le centre de référence est le Sud, direction vers laquelle les panneaux devront être orientés. La courbe la plus haute est le trajet du soleil pendant la période estivale, tandis que la plus basse est celle que le soleil fait pendant la période du solstice d’hiver. Du côté des ordonnées, nous retrouvons les valeurs définies élévations.

Pour produire ces cartes, nous vous suggérons d’utiliser un logiciel photovoltaïque avec lequel vous pouvez projeter votre ombrage photovoltaïque directement sur le diagramme solaire et vérifier la quantité d’énergie solaire à une certaine période de l’année.

Diagramme solaire issu du logiciel Solarius PV

Une autre représentation graphique pour comprendre la quantité réelle d’énergie projetée à un endroit donné sont les courbes les rayonnements solaires. Il s’agit de la représentation sur des lignes courbes du rayonnement solaire incident à un endroit donné. Ces rayonnements varient selon la latitude : plus la latitude est basse, plus le rayonnement solaire incident est élevé car le Soleil rejoint la surface de manière plus orthogonale par rapport à la surface de captation.

Par exemple, en Italie du Sud au Nord, le rayonnement aura tendance à diminuer. En effet, nous aurons 5.2 kWh/m²/jour sur les îles et 3.8 kWh/m²/jour sur les Alpes.

Courbes rayonnement solaire

Direction des panneaux photovoltaïques

Une installation photovoltaïque est plus productive lorsque les rayons solaires sont perpendiculaires aux panneaux solaires et que l’orientation des panneaux photovoltaïques est meilleure vers le sud avec un angle d’azimut de 0°.

Dans le cas où le positionnement vers le Sud n’est pas possible ou dans le cas d’obstacles qui provoqueraient des phénomènes d’ombrage, il est possible de changer l’orientation des panneaux :

en orientant les panneaux maximum de 45° Sud-Est et Sud-Ouest, la production annuelle subirait une baisse assez faible (1-3%) ;
si l’orientation a un angle supérieur à 45° par rapport au Sud, la production commencera à diminuer considérablement.

Moins significatif est au contraire le rayonnement que peut capter un panneau exposé à l’Est ou, encore moins, un panneau exposé à l’Ouest, car il ne capterait que le rayonnement du matin ou du soir.

Orientation des panneaux solaires : direction Sud

Inclinaison des panneaux photovoltaïques

L’inclinaison optimale des panneaux photovoltaïques est influencée par la latitude du lieu géographique où les panneaux seront positionnés.

En règle générale, nous pouvons dire que l’inclinaison optimale des panneaux pour une production annuelle maximale est égale à la latitude L du site d’installation. Par exemple, si la latitude est de 40°, les panneaux seront installés avec une inclinaison comprise entre 30 et 40°.

Inclinaison des panneaux photovoltaïques

Pour déterminer l’inclinaison correcte d’un panneau, il est également nécessaire de considérer la surface sur laquelle les panneaux photovoltaïques seront installés :

si un système photovoltaïque est installé sur un toit, les panneaux seront installés de manière parallèle à la pente du toit ;
si l’installation est installée au sol ou sur un toit plat, il faut en calculer avec précision l’inclinaison, afin d’éviter que les panneaux placés antérieurement ne provoquent, à un moment de l’année, des ombrages sur les panneaux placés sur la rangée arrière.

Pour calculer avec précision la distance minimale d’installation des rangées de panneaux photovoltaïques et l’inclinaison correcte, nous vous suggérons d’utiliser un logiciel photovoltaïque capable de calculer automatiquement ces valeurs sur n’importe quelle surface (horizontale, verticale ou inclinée).

Comment optimiser l’orientation des panneaux : les suiveurs solaires

L’orientation des panneaux photovoltaïques est, donc, cruciale pour maximiser le rendement de l’installation photovoltaïque. Pour optimiser la disposition solaire tout au long de l’année, il est possible d’installer des dispositifs électroniques spécifiques qui permettent de suivre la trajectoire du soleil : on parle de système de poursuite solaire ou de trackers solaires.

Que sont les suiveurs solaires ?

Les suiveurs solaires photovoltaïques sont des dispositifs et des mécanismes particuliers qui permettent de déplacer et de faire pivoter le panneau photovoltaïque de manière à ce qu’il soit toujours orienté dans la direction solaire. Avec ce système, le panneau n’est donc pas fixe, mais mobile.

Traqueurs solaires photovoltaïques

Comment fonctionnent les trackers solaires ?

Les trackers solaires permettent de maintenir toujours l’inclinaison de 90° entre le panneau et les rayons du soleil afin d’optimiser l’orientation des panneaux photovoltaïques et, donc, l’efficacité énergétique.

Il en existe de plusieurs types et, en fonction du type, le mécanisme de fonctionnement varie.

Les principaux types de trackers solaires sont :

les trackers solaires mono-axiale ;
les trackers solaires multi-axiale.

Les trackers solaires mono-axiaux « poursuivent » le rayonnement solaire en tournant autour de leur axe et, en fonction de son orientation, peuvent être classés en :

suiveurs de tilt : ils tournent autour de l’angle de tilt, c’est-à-dire Est-Ouest et poursuivent la hauteur du soleil dans le ciel ;
suiveurs de roulis : ils poursuivent le soleil pendant son trajet dans le ciel ; dans ce cas, l’axe de rotation est Nord-Sud ;
suiveurs d’azimut : ils tournent autour d’un axe vertical perpendiculaire au sol et nécessitent de grands espaces pour l’installation ;
suiveurs à axe polaire : ils poursuivent le rayonnement solaire en tournant autour d’un axe parallèle à l’axe de rotation terrestre.

Les trackers solaires multi axiale présentent en revanche deux axes de rotation perpendiculaires entre eux, qui permettent à travers un système électrique de pointer parfaitement les panneaux dans la direction du soleil. En fonction de son orientation, ils sont divisés en :

trackers d’ azimut-élévation : leur fonctionnement intercepte les radiations, permettant aux panneaux de s’orienter parfaitement perpendiculairement aux rayons du soleil, tout au long de la journée ;
trackers tilt-roulis : évitent les zones d’ombre.

Enfin, en fonction du type de système qui en permet le mouvement pour s’orienter vers le soleil, nous pouvons les classer en :

trackers solaires actifs ;
les trackers solaires passifs.

Les trackers solaires actifs sont composés de moteurs électriques qui permettent le déplacement lent des panneaux photovoltaïques. Ils sont divisés en :

analogiques : le mouvement est généré par des capteurs qui détectent la meilleure position pour l’absorption du rayonnement solaire ;
numériques : ils sont actionnés par un microprocesseur qui, grâce au stockage des données sur le positionnement du soleil, parvient à orienter les panneaux dans la direction avec une plus grande lumière.

Les trackers passifs, en revanche, utilisent des phénomènes physiques indépendants du positionnement du soleil par rapport au panneau, tels que la dilatation thermique d’un gaz fluide comprimé qui est chauffé par le soleil générant une pression hydraulique qui permet le mouvement de la structure des panneaux solaires.

Rendement des panneaux photovoltaïques issu du logiciel Solarius PV

Pour définir de manière optimale l’orientation des panneaux d’une installation dépourvue de système de poursuite solaire, nous vous recommandons d’essayer immédiatement et gratuitement le logiciel photovoltaïque, dans lequel, en saisissant la localité et les valeurs d’ azimut et de tilt, vous pourrez relever les données d’irradiation journalières moyennes mensuelles et obtenir une vue d’ensemble de l’analyse du rendement des panneaux photovoltaïques.