Définition du rendement d’un panneau solaire
Le taux de rendement d’un panneau solaire désigne la production réelle d’électricité par rapport à l’ensoleillement. C’est à dire, un panneau solaire avec un rendement de 20 % peut convertir 20 % d’énergie solaire en électricité.
Le taux de rendement d’un panneau solaire varie généralement, selon la technologie utilisée dans le panneau et sa qualité, entre 15 et 22 %. A noter, les panneaux solaires monocristallins possèdent le meilleur rendement sur le marché, pouvant aller jusqu’à 24 %.
A savoir avant de calculer la production solaire réelle
Les avantages de l’énergie solaire sont nombreux, mais la construction de votre propre système d’énergie solaire nécessite une planification avancée pour garantir qu’il répond aux besoins uniques de consommation électrique de votre famille.
L’un des facteurs les plus cruciaux à prendre en compte lors de la planification d’un passage à l’énergie solaire est également l’un des moins bien compris : la différence entre la puissance nominale d’un panneau solaire et sa production électrique réelle.
Chaque panneau photovoltaïque est livré avec une puissance nominale. Il est probable que cela se situe entre 100 W et 400 W par panneau. La puissance nominale indique la quantité maximale d’électricité que vos panneaux peuvent produire (en watts crête wc) dans des conditions de test idéales ou standard.
Cependant, dans le monde réel, les conditions sont rarement parfaites et de nombreux facteurs affectent la quantité d’électricité réellement produite par un panneau photovoltaïque. Et ce n’est jamais une constante. La puissance générée par vos panneaux solaires varie d’heure en heure, voire de minute en minute.
Par exemple, le panneau solaire 400 W a une puissance nominale de 400 W. Mais vous êtes plus susceptible de produire en moyenne 300 W d’électricité par heure au cours d’une journée. En moyenne, vous obtiendrez environ 75 % de la puissance nominale en production réelle
Gardez à l’esprit qu’il s’agit d’une moyenne quotidienne. Certaines heures, votre panneau peut produire près de 100 % de sa puissance nominale ; d’autres heures, il peut en produire 60 %, le tout le même jour.
Les facteurs qui influent sur la production des panneaux solaires
Voici les facteurs cruciaux qui ont un impact sur la production réelle de votre réseau de panneaux solaires.
1- Type de panneau solaire
Le taux de rendement dépend de la technologie utilisée dans la fabrication du panneau. On distingue 4 types de panneaux photovoltaïques selon leur composition :
- Panneaux solaires monocristallins: les panneaux solaires monocristallins sont composés de cellules issues d’un seul cristal de silicium. Ils ont un rendement maximal de 24 %, le plus élevé aujourd’hui. Ils sont remarqués par leur couleur noire et sont légèrement plus chers que les panneaux polycristallins à cause de leur procédé de fabrication.
- Panneaux solaires polycristallins: Les panneaux solaires polycristallins sont de différents cristaux de silicium. Ils sont en couleur bleus. Leur rendement entre 14 et 18 %.
- Panneaux solaires bi-verre: ce sont généralement des monocristallins. Leur particularité réside dans leur fabrication : les deux faces du panneau sont recouvertes d’une plaque de verre, ce qui améliore leur durée de vie. Un panneau solaire bi-verre dure très longtemps et perd son rendement moins rapidement.
- Panneaux solaires amorphes: les panneaux solaires amorphes sont légers et flexibles, ce qui permet de les installer sur n’importe quel support, même sur un véhicule. Par contre, leur rendement est le plus bas parmi tous les types de panneaux, 6 à 9 % à peine.
2- Orientation et localisation
Le rendement de panneaux dépend de l’ensoleillement l’endroit où l’on se trouve et dans quelle direction vos panneaux photovoltaïques sont orientés. L’orientation par rapport à votre situation géographique a un impact significatif sur la production d’énergie de votre panneau solaire. Vous voulez que vos panneaux solaires soient face à l’équateur pour un rendement maximal.
L’objectif est de positionner vos panneaux pour recevoir un maximum de soleil. Bien entendu, l’inclinaison idéale varie au cours de la journée, à mesure que la Terre tourne autour du soleil.
Pour obtenir le plus de votre réseau de panneaux solaires, envisagez un tracker solaire afin que vos panneaux puissent suivre automatiquement le soleil.
3- Degré d’inclinaison
L’inclinaison est également importante lors du positionnement des panneaux pour recevoir le maximum de lumière solaire. La meilleure façon de tirer le meilleur parti de vos panneaux est de régler l’inclinaison de vos panneaux à un angle égal à la latitude de votre emplacement. Vous pouvez laisser vos panneaux sous cet angle toute l’année ou les ajuster pour une optimisation maximale plusieurs fois par an.
Idéalement, les panneaux solaires doivent avoir un degré d’inclinaison de 30 à 40 degrés. La plupart des toitures inclinées ont un angle de 35 °, ce qui est donc parfait pour les panneaux. Mais quand le degré d’inclinaison est plus grand ou plus petit, cela peut réduire le rendement des panneaux d’environ 10 %.
Dans le cas des toitures plates, il faut donc prévoir des cadres pour supporter l’installation photovoltaïque et lui donner un angle adéquat.
4- Température
Quand la température extérieure est élevée, cela cause une diminution de tension dans le système, qui fait en sorte que les panneaux produisent moins d’énergie.
Pour le bon fonctionnement des panneaux solaires, la température idéale est de 25 °C. Notez qu’il n’y a pas de risque de surchauffe en cas de canicule, seulement une perte de rendement.
Vous pourrez donc constater une meilleure production lors d’une journée de printemps ensoleillée mais fraîche, plutôt que lors d’une journée chaude en été.
La fixation des panneaux solaires sur la toiture joue aussi un rôle : en surimposition (technique traditionnelle), le vent peut circuler sous les panneaux et les refroidir. Mais si vous avez des panneaux solaires intégrés à la toiture, ce n’est pas le cas.
5- L’ombre
Le rendement d’un panneau solaire peut être réduit à cause de l’ombre des objets environnants : lampadaires, arbres, autres bâtiments, une cheminée ou une lucarne sur le toit… Il faut donc tenir compte de ces éléments avant d’installer les panneaux.
6-Efficacité des panneaux solaires
L’efficacité des panneaux solaires mesure le pourcentage de lumière directe du soleil qu’un panneau photovoltaïque reçoit et qui est convertie en électricité. Encore une fois, les spécifications indiquées sont calculées sur la base de conditions idéales, ce qui est rare dans la pratique.
Les facteurs qui ont un impact sur l’efficacité réelle de vos panneaux solaires comprennent la température, l’âge des panneaux et la propreté.
Cela dit, l’efficacité d’un tout nouveau panneau photovoltaïque ne devrait pas s’écarter beaucoup de sa valeur nominale.
Plus l’efficacité d’un panneau solaire est élevée, plus vous produirez d’électricité à partir de la lumière solaire disponible.
Plus l’indice d’efficacité est bas, moins vous produisez d’électricité grâce à la lumière du soleil reçue par votre emplacement.
7-Taux de dégradation
Comme tout le reste, les panneaux photovoltaïques se dégradent avec le temps. Vous constaterez que votre panneau solaire perd environ 0,5 à 1 % de sa puissance nominale chaque année.
Un demi pour cent n’est pas un montant significatif. À ce rythme-là, vous pouvez toujours vous attendre à ce que vos panneaux solaires fonctionnent à 90 % de leur capacité, même deux décennies plus tard. Il convient néanmoins de garder à l’esprit le taux de dégradation, car il finira par réduire la production globale et affectera la durée de vie de vos panneaux solaires.
Vous pouvez prolonger la durée de vie de vos panneaux en les gardant propres et exempts de saleté et de débris. L’entretien et le nettoyage de routine vous permettent de tirer le meilleur parti de vos panneaux photovoltaïques.
Calculs de production de panneaux solaires
Une fois que vous avez compris les différents facteurs qui ont un impact sur les performances d’un panneau solaire, vous pouvez obtenir une estimation raisonnablement précise de la quantité moyenne d’électricité que chaque panneau photovoltaïque devrait produire par jour.
Si vous envisagez de passer à l’énergie solaire et d’acheter un générateur de panneaux photovoltaïques, une estimation approximative de la production réelle d’électricité dans votre région est essentielle et bien plus susceptible d’être précise que la simple addition de la puissance nominale de chaque panneau.
Il est maintenant temps de combiner tout ce que vous avez appris pour estimer la quantité d’énergie que votre panneau solaire peut générer.
La formule pour estimer la production de vos panneaux solaires est ci-dessous :
Energie produite = puissance nominale dans des conditions de test standard, en watts x heures d’ensoleillement quotidiennes maximales x 0,75
Pour calculer la puissance de votre panneau solaire, prenez la puissance nominale, multipliez-la par les heures d’ensoleillement maximales et multipliez par 0,75.
En tenant compte de tous les facteurs évoqués ci-dessus qui peuvent diminuer la production électrique de votre panneau solaire à 75%.
Voici un exemple. Le panneau solaire 400 W a une puissance nominale de 400 W. Disons que vous bénéficiez en moyenne de 5 heures de soleil par jour là où vous vivez.
Si vous entrez cela dans la formule, vous obtenez ce qui suit :
Energie produite = puissance nominale de 400 W x 5 heures d’ensoleillement quotidiennes maximales x 0,75 = 1 500 Wh
Vous pouvez estimer qu’un panneau de 400 W produira 1 500 wattheures par jour, soit 1,5 kWh, dans ces conditions réelles.
Relation entre rendement, superficie et puissance crête
Le rendement des panneaux solaires varie donc entre 15 à 22 % en moyenne. Cette variation est due à différents facteurs, comme la superficie du panneau et la puissance crête de celui-ci.
Un panneau solaire d’une certaine dimension et avec un rendement plus élevé atteindra une puissance crête plus élevée qu’un panneau solaire de même taille mais avec un rendement inférieur. Si l’on prend deux panneaux solaires avec la même superficie, le panneau solaire ayant le rendement le plus élevé convertira donc plus d’énergie solaire en électricité.
Autrement dit, les panneaux solaires avec un rendement élevé ont besoin de moins de superficie pour être performants. Par conséquent, un rendement élevé est surtout intéressant dans le cas où il n’y a pas beaucoup de place pour poser des panneaux sur votre toit.
Exemple de calcul
Soit une maison de 70 m² d’espace disponible sur le toit et qu’on veut générer 5 000 kWh d’électricité par an pour une consommation moyenne. Voici comment calculer le rendement et la superficie de l’installation, ainsi que le nombre de panneaux :
Formule : Rendement d’un panneau solaire = Puissance (Wc) / (Superficie du panneau (m²) × 1000)
Si on désire installer des panneaux de 500 wc avec les dimensions 2,094 m * 1,134m
Rendement= 500 / (2,37 × 1000) = 21 %
Nombre de panneaux solaires : 5 000 kWh / 500 Wc = 10 panneaux
Superficie requise : 10 × 2,37 = 23,7 m². L’espace disponible est largement suffisant.
Production des panneaux solaires et délai de récupération
La production d’un panneau solaire désigne la quantité d’énergie qu’il produit en kilowattheures (kWh). Pour calculer cette production, on tient compte de la puissance du panneau, exprimée en watt-crête (Wc).
Un panneau solaire ne produit pas toujours la même quantité d’électricité constamment : cela varie en fonction de l’ensoleillement, de l’orientation du panneau, de l’ombre, de la température… En pratique, un panneau solaire n’atteint jamais sa puissance maximale.
C’est pourquoi on utilise un coefficient de 0.75 pour calculer le rendement réel des panneaux solaires.
Par exemple, un panneau solaire de 500 Wc produit réellement 500 × 0,75 = 375 kWh par an.
Exemple de calcul
Prenons par exemple un logement de 150 m² qui héberge 4 personnes et qui a besoin de 5 000 kWh par an :
L’installation devra avoir une puissance de 5 000 / 0,75 = 6 666 kWh par an.
Si l’on choisit des panneaux solaires de 500 Wc, il faudra en installer 6 666 / 500 = 13,33 .On installe 14 panneaux
En tenant compte d’un prix du kWh d’électricité par exemple EDF France en heures pleines 0,27 €, l’économie annuelle est de 5 000 × 0,27 = 1350 €.
Enfin, si le coût de l’installation revient à 10 000 €, le délai de récupération de l’investissement sera donc de 10 000 / 1350 = environ 7 ans.
En moyenne, il faudra 5 à 10 ans pour récupérer son investissement. Les panneaux solaires ont une durée de vie d’environ 25 ans, ce qui signifie que vous pourrez profiter de l’électricité gratuite pendant longtemps.
Pourquoi la production de panneaux solaires est-elle importante
Comprendre le rendement de vos panneaux est essentiel pour calculer la production d’énergie dans des conditions réelles. Ce ne sera toujours qu’une estimation. Mais cela vous permet néanmoins de planifier la quantité d’énergie que vous pouvez compter sur vos panneaux pour produire en moyenne – et si cela est suffisant pour ce que vous voulez qu’ils alimentent.
Supposons que vous essayiez d’alimenter une maison à l’aide de vos panneaux solaires. Vous voudrez que l’électricité soit disponible 24 heures sur 24. Dans ce cas, comprendre la puissance de vos panneaux vous permet de déterminer si votre configuration peut répondre aux demandes de consommation électrique des équipements de votre maison.
N’oubliez pas que les panneaux solaires ne fonctionnent pas seuls. Vous aurez besoin d’une centrale électrique ou d’un système pour convertir et stocker l’énergie solaire captée par vos panneaux en électricité domestique (AC).
Déterminer la puissance de votre panneau photovoltaïque vous permet d’estimer le temps qu’il faudra pour charger votre centrale électrique avec de l’énergie solaire.
Les conditions de test standard pour les panneaux solaires
Comme indiqué ci-dessus, la puissance nominale du panneau voltaïque est déterminée en laboratoire dans des conditions de test standard. Il indique la quantité maximale d’électricité qu’un panneau solaire peut produire dans des circonstances idéales.
Alors, quelles sont les « conditions idéales » pour une production électrique (puissance) maximale d’un panneau solaire ?
Voici les conditions les plus critiques sur lesquelles les testeurs s’appuient pour déterminer la puissance nominale :
- Température de fonctionnement de 25°C (77°F)
- Ensoleillement solaire complet à midi de 1000 W/m2 (1 kW/m2). Utilisé pour les tests est l’équivalent de la lumière directe du soleil aux heures les plus lumineuses de la journée, complètement exempte d’obstacles comme des nuages ou de l’ombre.
- Masse d’air au niveau de la mer (AM) de 1,5
Ces conditions existent rarement en même temps dans le monde réel.
Comprendre la puissance nominale est crucial pour garantir que votre panneau solaire répond à vos besoins de consommation électrique.
Dernier mot
Vous devriez désormais disposer de toutes les informations nécessaires pour estimer la quantité moyenne d’électricité que vos panneaux devraient produire par jour. À partir de là, vous pouvez déterminer le nombre de panneaux photovoltaïques dont vous avez besoin pour répondre à la consommation électrique souhaitée.
D’autres éléments cruciaux à garder à l’esprit lors de l’achat de panneaux solaires et d’un équilibre du système comprennent :
- Puissance de sortie CA maximale (watts de fonctionnement ET de démarrage)
- Capacité de stockage d’électricité (batterie)
- Capacité de charge/d’entrée solaire (cela détermine le nombre de panneaux que vous pouvez connecter à votre système)
- Compatibilité entre les panneaux solaires et tous les composants du système ( onduleur, gestionnaire de charge et décharge).
