Rendement des panneaux photovoltaïques : les facteurs à évaluer -

Le rendement des panneaux photovoltaïques dépend de nombreuses variables. Découvrez les facteurs qui influent sur les performances de l’ensemble de l’installation

La mise en place d’une installation photovoltaïque peut présenter de nombreux avantages tant d’un point de vue environnemental qu’économique.

Cependant, le rendement des panneaux solaires est influencé par divers aspects qui affectent de manière significative la production énergétique annuelle. Une évaluation inadéquate de ces éléments pourrait compromettre l’efficacité de l’ensemble de l’installation.

Pour obtenir les résultats souhaités et dimensionner correctement une installation photovoltaïque, nous vous recommandons d’essayer gratuitement la version d’essai d’un logiciel photovoltaïque capable de vous assister tout au long de la conception.

Qu’entend-on par le rendement du système photovoltaïque

Lors de la conception, il convient de prendre en compte certaines caractéristiques qui influencent la quantité d’énergie captée et produite et le rendement de l’installation.

Avant d’analyser le rendement de l’installation photovoltaïque, il faut tenir en compte le rendement des panneaux photovoltaïques.

La puissance de crête des panneaux photovoltaïques est calculée dans des conditions STC (Standard Test Condition), c’est-à-dire avec un rayonnement de 1000 W/m², une température de 25 °C, une distribution spectrale = 1,5.

Le rendement nominal d’un panneau est la quantité d’énergie solaire qu’il parvient à convertir en énergie électrique par unité de surface et constitue toujours le rendement maximal aux conditions STC.

Le rendement d’un panneau photovoltaïque se calcule en mesurant la puissance de crête et e la ra les dimensions :

Calcul du rendement des panneau photovoltaïque

Dans cette formule :

la puissance (Power) est la puissance de crête exprimée en W ;
la surface (Surface) est la surface du panneau en m² ;
1000 est la constante en condition STC du rayonnement de 1000 W/m² ;
100 est la constante relative au pourcentage.

Prenons un exemple pratique : dans le cas d’un panneau de 250W_pde taille égale à 1.65 m x 1 m (surface égale à 1.65 m²), nous obtenons :

Rendement = (250 / 1,65 / 1000) * 100 = 15,15%

Les dimensions et la puissance de crête sont détectables sur les fiches techniques des panneaux ou sur les étiquettes.

À ce stade, nous pouvons introduire le concept de rendement de l’installation photovoltaïque, qui exprime le rapport entre la quantité produite et la quantité maximale productible.

Le rendement de l’installation est influencé par plusieurs facteurs (et pas seulement par le rendement des modules).

Facteurs influençant le rendement de l’installation

Les principaux facteurs qui influent sur le rendement de l’installation sont :

caractéristiques intrinsèques des panneaux ;
inclinaison des panneaux ;
exposition des panneaux ;
ombrage ;
distance entre les rangées ;
pertes énergétiques.

Facteurs d’influence du rendement des panneaux photovoltaïques

Choix de l’exposition et inclinaison des panneaux

Avant la mise en place de l’installation photovoltaïque, il convient de vérifier que le panneau a une exposition correcte au soleil et une inclinaison adéquate.

Pour capter un maximum de rayonnement solaire, les panneaux solaires doivent être orientés vers le sud ; cependant, les modules exposés vers le sud-est et le sud-ouest peuvent également être performants.

L’inclinaison (tilt) est variable et dépend de la latitude. Les valeurs optimales indicatives à nos latitudes sont 20-40°.

Pour déterminer avec précision la meilleure valeur en fonction de la zone d’installation, nous vous recommandons de vous fier à un logiciel photovoltaïque, qui vous permet d’estimer la production solaire photovoltaïque à partir de données concrètes de rayonnement solaire tirées des principales bases de données climatiques de référence :

PVGIS pour l’Europe, l’Afrique, le bassin méditerranéen et l’Asie du Sud-Ouest.

Inclinaison 30-35° – Direction Sud

Distance entre les chaînes de modules

En cas de positionnement sur une surface horizontale, en plus d’établir l’orientation et l’inclinaison, il faut calculer la distance entre les rangées de modules afin de trouver le bon compromis entre la maximisation de la puissance installable sur la surface et la minimisation des ombrages entre les rangées. C’est un aspect fondamental pour maximiser le rendement des panneaux photovoltaïques.

Pour déterminer la distance optimale entre les rangées, il faut tenir compte de la surface sur laquelle l’installation sera mis en place :

si la surface est inclinée, les panneaux sont généralement installés parallèlement à la pente du toit et il n’est pas nécessaire de calculer la distance (l’inclinaison est celle de la pente) ;
si l’installation est installée au sol ou sur un toit plat, il convient de déterminer correctement l’inclinaison et la distance entre les rangées, afin d’éviter les ombres dues aux modules eux-mêmes, y compris en tenant compte de l’heure et des périodes de l’année.

Il sera, donc, nécessaire de calculer la hauteur (H) et la distance (D) entre une rangée de modules et l’autre. Dans le cas où la distance n’est pas calculée correctement, le phénomène des ombres porteuses peut se produire, c’est-à-dire que les modules placés devant créent des ombres sur les panneaux qui sont derrière.

Distance entre les rangées de panneaux solaires

Pour gérer le phénomène des ombres porteuses sans perdre de temps et pour être sûr d’avoir des résultats fiables, nous vous suggérons de vous fier à un logiciel photovoltaïque capable de calculer automatiquement la distance minimale d’installation des rangées de panneaux photovoltaïques sur n’importe quelle surface (horizontale, verticale ou inclinée).

Coefficient d’ombrage

Un autre facteur fondamental pour garantir la performance optimale des panneaux est le coefficient d’ombrage, qui est calculé à l’aide de ce que l’on appelle l’analyse d’ombrage.

L’analyse des ombres est l’étude des éléments architecturaux ou naturels entourant l’installation, qui permet de vérifier comment ils peuvent affecter le rayonnement solaire incident et s’ils provoquent des ombres sur les surfaces de captage.

Une analyse d’ombrage correcte prévoit une inspection, au cours de laquelle une analyse inclinométrique est effectuée, c’est-à-dire que la présence d’objets éventuels pouvant causer des ombres est vérifiée et leur azimut est calculé.

La détection de l’azimut se fait de la manière suivante :

vous vous positionnez sur le site où vous allez installer l’installation et avec une boussole, vous pouvez détecter à quel point cardinal se trouve l’élément par rapport à nous (dans ce cas, l’arbre est situé vers l’Est) ;
on calcule l’élévation de cet élément (par exemple 10°) ;
on calcule la valeur d’ inclinaison: en regardant avec une application pour téléphone mobile munie de clinomètre ou avec une jumelle ou un appareil photo, la pointe de l’arbre, qui représente la frontière entre la voûte céleste et l’élément qui peut faire de l’ombre, on observe le niveau d’inclinaison, représenté par l’angle alfa (a). Pour mesurer cet angle a, on utilise l’inclinomètre, c’est-à-dire un goniomètre avec un fil de plomb ou plus simplement une application d’astronomie qui utilise le clinomètre pour téléphone mobile , qui permet de comprendre à quel point on est élevé par rapport à une vue horizontale.

Mesure Azimut d’un arbre

Ce facteur est calculé pour chaque objet qui peut causer une ombre sur les panneaux. Ensuite, ces valeurs seront intégrées sur une carte solaire de coordonnées cartésiennes (diagramme solaire) et analysées avec un logiciel photovoltaïque spécifique qui permet de vérifier si, pendant certaines périodes de l’année, ces éléments apporteront des ombres sur l’installation.

Diagramme solaire pour la vérification de l’ombrage issu du logiciel Solarius PV

Par exemple, l’image est un exemple de diagramme solaire dans lequel nous pouvons voir :

les points cardinaux sur les abscisses ;
les valeurs d’élévation sur les ordonnées ;
les courbes solaires représentées par les lignes jaunes ;
la schématisation géométrique des éléments qui causent l’ombre (par exemple des cercles verts pour représenter les arbres).

Le calcul précis des valeurs d’élévation et d’orientation des éléments entourant les modules peut devenir un processus très difficile si l’on ne s’appuie pas sur des logiciels de référence spécifiques. Avec le logiciel photovoltaïque Solarius PV, vous pourrez évaluer les ombrages provenant de tous les obstacles éloignés ou proches de l’installation (hauteurs, bâtiments, arbres, etc.) à partir d’un simple relevé photographique et réaliser le diagramme solaire du site d’installation.

Pertes d’énergie

Pour calculer le rendement réel de l’installation solaire, il faut prendre en compte les différentes pertes d’énergie qui peuvent se produire lors de la conversion de l’énergie solaire en énergie électrique.

À cet égard, nous pouvons considérer le balance of systeme (BOS) qui exprime en pourcentage les pertes d’énergie dans l’installation dues à divers facteurs, tels que le couplage entre les différents modules photovoltaïques, les connexions à l’onduleur, les pertes dans les tableaux, les pertes dans les conducteurs, etc.

Il s’ agit de:

pertes par reflet ;
pertes par ombrage ;
pertes liées à la disparité (mismatching) ;
pertes dues à l’effet de la température ;
pertes dans les circuits en continu ;
pertes dans les onduleurs ;
pertes dans les circuits alternatifs.

Les pertes dans le cadre du courant continu dépendent de la longueur des câbles : des câblages plus longs entraîneront des pertes plus importantes.

Le phénomène de mismatching est dû aux petites différences dans les caractéristiques électriques qui existent entre les différents modules ; selon la configuration des chaînes, cela peut entraîner une diminution de l’énergie produite.

Pour calculer avec précision le rendement réel des panneaux photovoltaïques, il convient de prendre en compte tous les facteurs mentionnés ci-dessus. Encore une fois, il est utile d’utiliser un logiciel photovoltaïque que vous pouvez télécharger gratuitement pour évaluer les ombres, calculer le rayonnement solaire et prendre en compte les différentes pertes d’énergie.