Rendement et production des panneaux solaires
L’installation de panneaux solaires photovoltaïques est une réponse crédible à l’augmentation des prix de l’électricité. Mais encore faut-il réussir à en tirer la meilleure production possible. On vous explique ce qui conditionne le rendement d’une installation et comment l’optimiser au mieux.
- Rendement cellule et panneau
- Courbe de puissance
- Rôle de l’onduleur
- Lieu géographique
- Orientation et inclinaison
- Panneaux bifaciaux
- Entretien
- Production et autoconsommation
- En bref
- Vidéo
Rendement d’un panneau solaire photovoltaïque
Rendement cellule : Un panneau solaire se compose de plusieurs cellules montées en série. Leur rendement varie selon les technologies en jeu mais dans une fourchette relativement faible et qui évolue peu au fil du temps (5%).
| Cellule | Rendement |
| Polycristalline | 17% |
| Monocristalline | 19% |
| Monocrisalline type N | 22% |
Notons toutefois qu’en laboratoire, l’efficacité des cellules testées peut atteindre près de 50%.
Les cellules polycristallines ont des couleurs très nuancées type « Patchwork » liées à l’utilisation de plusieurs cristaux de silicium. Moins performantes, elles ont quasiment disparu du marché.
Dégradation avec le temps : Il faut aussi savoir que le rendement des cellules photovoltaïques décroît avec le temps d’environ 0.6% par an. Cela signifie qu’au bout de 25 ans, l’installation ne produit plus qu’à 85% de sa puissance initiale. Une belle performance tout de même car rares sont les systèmes avec une durée de vie aussi longue.
Rendement panneau : Les fiches techniques des modules renseignent aussi sur le « rendement panneau ». Ce dernier est toujours plus faible que celui des cellules car la surface du panneau n’est pas totalement recouverte de cellules photovoltaïques. On peut retenir une efficacité autour de 20%.
Ces 8 m² de panneaux produisent autour de 1 600 W lorsqu’il y a du soleil mais quasiment rien par temps de pluie.
Concrètement, cela signifie que sur les 1 000 W/m² d’énergie solaire qui arrivent à la surface de la terre, 1 m² de panneau solaire ne produira « que » 200 W. Autrement dit, il faut un minimum de place pour produire beaucoup d’électricité ! Si vous souhaitez calculer le rendement d’un panneau, il suffit d’appliquer la formule suivante :
Rendement panneau = Puissance crête (W) / Surface (m²)*1 000 (W/m²)
Performance ratio : Mais le rendement total d’une installation ne dépend pas que des panneaux solaires. Il faut aussi prendre en compte les autres éléments comme le rendement de l’onduleur ou les pertes liées aux câbles électriques. Sur les logiciels de calcul, cette donnée est indiquée par les lettres « PR » pour « Performance Ratio ». On se situe en général autour de 85%, c’est-à-dire que l’installation produit réellement 85% de ce qui est théoriquement possible.
Interface du logiciel gratuit Autocalsol.
A retenir : En pratique, les données liées au rendement ne sont pas un critère de choix très pertinent, à moins d’être contraint par la place. En effet, un module plus « efficace » sera légèrement plus petit. Sinon, le critère de la « puissance crête de l’installation » est un indicateur bien plus judicieux.
Deux installations voisines de 3 kWc. A gauche, une assez récente de 8*375 Wc. A droite, une plus ancienne de 14*215 Wc.
→ Il faut retenir que les panneaux produisent le plus souvent autour de 75% de leur puissance « crête » (maximale). Ainsi, une installation de 6 à 8 panneaux pour 3 000 Wc produira autour de 2 150 W lorsqu’il y a du soleil. Cela représente la consommation d’une petite bouilloire électrique.
La suite de l’article donne des pistes pour améliorer sa production d’électricité photovoltaïque.
Courbe de puissance d’un panneau solaire
Plus précisément, la puissance d’un panneau solaire résulte du produit de son « Intensité » et de sa « Tension ». On a donc intérêt à rechercher les valeurs maximales sur ces deux paramètres.
Intensité : L’intensité varie selon la quantité de lumière disponible. C’est logique, plus la météo est lumineuse plus le panneau solaire va produire.
En pratique, cela se traduit par une production 3 fois moindre en hiver. Dommage, c’est souvent à cette période que les consommations d’électricité sont les plus élevées.
Il faudra avoir des consommations estivales pour favoriser l’autoconsommation.
Tension : La tension évolue selon la température. Plus le panneau est froid, plus il va produire. Autrement dit, il y a tout intérêt à ne pas « encastrer » les modules photovoltaïques dans la toiture au risque de voir la production chutée de 5 à 10%.
Une pose sur des rails qui laisse une ventilation en sous-face des panneaux pour les refroidir sera bien plus pertinente au niveau technique.
Rôle de l’onduleur dans la performance des panneaux
Calcul du MPPT : Dans les faits, c’est l’onduleur qui se charge de calculer à chaque instant le « point de puissance maximale ». Il s’agit simplement de rechercher le meilleur couple « Intensité / Tension » pour sortir la plus grande puissance. Dans les fiches techniques, ce « calculateur » se nomme MPPT pour « Maximum Power Point Tracker ». Cependant, la plage de calculs de ce MPPT n’est pas illimitée.
C’est pourquoi, on conseille toujours de sous-dimensionner la puissance de l’onduleur par rapport à celle des panneaux avec un facteur de 0.8 à 1. En effet, les panneaux ne délivrent 100% de leur puissance que très (très) peu souvent. Dans ces rares cas, la puissance sera donc bridée mais le reste du temps, elle sera parfaitement optimisée.
Ici, la puissance de l’onduleur est de 730 W pour 800 Wc de panneaux (facteur 0.9).
MPPT et type d’onduleur : Le plus souvent, les onduleurs de chaine bénéficient de 1 voire 2 calculateurs MPPT, ils sont donc bien adaptés si tous les panneaux ont les mêmes contraintes d’inclinaison et d’orientation.
L’onduleur de chaine est placé dans le local sous les panneaux.
Les micro-onduleurs optimisent quant à eux la production de chaque panneau de façon indépendante ce qui correspond à « 1 MPPT par panneau ». Les panneaux peuvent donc avoir des orientations différentes.
Un micro-onduleur se fixe sous le panneau.
Cela constitue aussi une bonne « protection » contre les ombrages car un panneau ombragé ne va pas diminuer la production de l’ensemble de l’installation solaire. De la même façon, si un micro-onduleur tombe en panne, les autres modules continueront de fonctionner normalement. Ce ne sera pas le cas si l’onduleur de chaine est défaillant.
Rendement des panneaux et lieu d’implantation
La production des modules photovoltaïques dépend directement du niveau d’ensoleillement. En toute logique, une installation située à Marseille sera bien plus efficace que la même puissance posée à Lille.
| 3 kWc, plein sud, 30° posés à… | ||
| Lieu | Production / an | Rendement |
| Lille | 3 194 kWh | 91% |
| Nantes | 3 520 kWh | 100% |
| Bordeaux | 3 823 kWh | 109% |
| Marseille | 4 767 kWh | 135% |
La carte suivante vous donne directement un ratio en « kWh/kWc » pour estimer en 1 coup d’œil la production annuelle.
Cela dit, une installation de panneaux solaires bien pensée dans le Nord de la France se révélera tout à fait rentable vu le coût élevé de l’électricité « réseau ».
Orientation et inclinaison des panneaux
Orientation : Les orientations « sud », « sud est » et « sud ouest » sont les plus performantes car elles captent le plus de lumière possible. Prenons l’exemple d’une installation de 3 kWc située à Nantes avec une inclinaison de 30°.
| Orientation | Production | Rendement |
| Sud | 3 520 kWh | 100% |
| Est | 2 899 kWh | 82% |
| Ouest | 2 786 kWh | 79% |
| Nord | 2 000 kWh | 57% |
On remarque que l’orientation « nord » est très défavorable. Cela n’empêche pas certains marchands de tapis de vous vendre « des panneaux de dernière génération qui produisent même au nord » alors que c’est physiquement impossible. Prudence !
Une installation est-ouest peut s’avérer pertinente en autoconsommation.
Inclinaison : L’inclinaison joue également un rôle important. Reprenons notre installation précédente avec une orientation plein sud.
| Inclinaison | Production | Rendement |
| 0° | 2 960 kWh | 84% |
| 15° | 3 327 kWh | 94% |
| 30° | 3 520 kWh | 100% |
| 45° | 3 531 kWh | 100% |
| 60° | 3 366 kWh | 96% |
| 90° | 2 561 kWh | 73% |
On constate que sur des angles autour de 40°, l’impact n’est pas réellement significatif mais que le rendement chute sensiblement au dessus de 60°.
Les vendeurs de panneaux solaires à brancher sur une prise et à poser au sol vantent pourtant les mérites d’un support inclinable. De notre côté, nous avons estimé le gain sur l’année à environ 4%.
Pour ne pas se tromper, voici un graphique qui montre la sensibilité de la production annuelle à l’orientation et à l’inclinaison des modules.
Source : Programme PACTE.
Trackers solaires : Les trackers solaires sont des supports capables de pivoter, le plus souvent sur 2 axes. De cette manière, ils peuvent parfaitement suivre la courbe du soleil et maximiser la production. Le gain annuel peut atteindre 30%. Toutefois, ces dispositifs sont coûteux notamment pour des installations individuelles. Choisir d’augmenter la production en achetant davantage de panneaux se révèlera surement plus rentable.
Rendement et panneaux solaires bifaciaux
Depuis quelques années, on voit apparaitre sur le marché des panneaux dits « bifaciaux » qui deviennent petit à petit le standard. Ils ont la particularité de pouvoir capter la lumière réfléchie sur leur face arrière ce qui leur confère un gain en rendement. La production peut ainsi être augmentée de 5 à 20% par rapport à des modules classiques.
Les deux faces d’un module bifacial ont sensiblement le même aspect.
Les panneaux solaires bifaciaux seront d’autant plus pertinents dans les cas suivants :
- Ils sont installés en hauteur comme cela peut être le cas d’une ombrière photovoltaïque.
- Le sol a une couleur claire pour réfléchir au mieux la lumière. Il peut s’agir de gravillons blancs ou d’une bâche blanche, voire de neige. De cette manière, on se rapproche d’un albédo proche de 1 pour une réflectance maximale.
Pour une pose classique en toiture, le gain en rendement devrait donc être assez faible. Toutefois, la démocratisation de cette technologie rend le surcoût quasi nul.
Entretien des panneaux solaires
Les modules photovoltaïques se salissent dans le temps. Cela provoque un ombrage à leur surface avec une légère perte de production. Pour une installation individuelle en toiture, on laissera généralement la pluie se charger de l’entretien si on ne peut pas atteindre les modules avec un balai télescopique.
Pour une pose au sol, il est plus facile de passer un chiffon doux et humide pour préserver les performances.
La tonte salit rapidement les modules posés au sol.
Attention, juste après avoir nettoyé les panneaux, on observe parfois une hausse notable de la production. Cette dernière est surtout liée au fait que de l’eau froide va faire baisser la température des modules (et donc augmenter leur tension). Ce gain ne perdure donc pas dans le temps.
Optimiser la production… ou l’autoconsommation ?
Nous avons vu comment favoriser la production des panneaux photovoltaïques. Cependant, viser « la plus forte production possible » n’est pas forcément « pertinent ». En effet, dans un contexte où l’énergie est chère, on va surtout chercher à « autoconsommer le plus possible » l’électricité produite plutôt que de l’acheter sur le réseau. Voici quelques pistes…
Profil de consommation : En premier lieu, il convient d’avoir une idée assez précise de son « profil de consommation » c’est-à-dire du moment où surviennent les consommations.
Les consommations sont représentées par la courbe de charge en bleu. De base, elles ne sont pas très « en phase » avec la production d’électricité. Source : Ademe.
Supervision : Une supervision est après indispensable. C’est un outil qui permet de connaître en temps réel la production des panneaux. Il peut s’agit d’une box spécifique délivrée par le fabricant de l’onduleur ou d’une simple prise connectée.
Programmation des équipements : Il faut ensuite tenter de décaler les consommations le plus possible en journée pour qu’elles soient en adéquation avec la production solaire. On peut envisager de programmer la machine à laver ainsi que le lave-vaisselle par exemple et placer une horloge programmable de 11h à 17h sur le cumulus électrique.
Certains équipements sont faciles à piloter, d’autres moins.
Des dispositifs plus « sophistiqués » tel que des routeurs solaires permettent de diriger le surplus solaire vers des équipements spécifiques, notamment la résistance d’un chauffe-eau. Toutefois, ces appareils sont coûteux et leur installation n’est pas évidente.
Orientation est-ouest : On peut également étudier une orientation est-ouest pour allonger le temps de production. Certes, le rendement annuel va chuter de 20% environ mais la production sera mieux lissée sur la journée. Cela évite un « gros pic de puissance » autour de midi qui n’est pas forcément facile à valoriser.
Allure des courbes de production selon l’orientation. Source : Programme Pacte.
Envisager une batterie : Enfin, envisager une batterie va de fait améliorer le taux d’autoconsommation en permettant d’utiliser l’électricité produite même en dehors des heures solaires. Toutefois, si vous avez déjà un pilotage optimisé, cette solution n’a pas beaucoup d’intérêt car il y aura peu de surplus disponible pour recharger la batterie. Ce dispositif est en plus coûteux et non rentable sans parler du fait qu’il vient alourdir le bilan carbone de l’installation. Sa durée de vie est en plus limitée.
Sobriété : Dans tous les cas, la façon la plus simple et la moins coûteuse pour réduire sa facture d’électricité consiste à faire preuve de sobriété.
Rendement et production des panneaux en bref
Pour terminer, voici un résumé des mesures à mettre en œuvre pour favoriser la production.
| Critères | Facteur améliorant le rendement |
| Rendement cellule | Critères pertinents uniquement si la place est contrainte. Mieux vaut se référer à la puissance « crête ». |
| Rendement panneau | |
| Tension | Laisser une lame d’air ventilée pour refroidir les modules. |
| Intensité | Considérer que la production est 3 fois supérieure en été. |
| Onduleur | Sous-dimensionnement avec un facteur de 0.8 à 1. A placer au plus près des modules. Micro-onduleurs plus adaptés pour une installation avec plusieurs orientations. |
| Orientation | Idéalement au « sud » ou « est-ouest » pour favoriser le temps de production. Inclinaison entre 10 et 50°. |
| Inclinaison | |
| Modules bifaciaux | Pertinent si en hauteur avec un sol de couleur claire. |
| Entretien | A privilégier si accès facile. Sinon, par la pluie. |
| Autoconsommation | Programmer ses appareils ou routeur, orientation est-ouest. |
Vidéo : Fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques
Conclusion : Optimiser le rendement de son installation photovoltaïque
Il existe plusieurs pistes pour améliorer la production de ses panneaux solaires à commencer par les orienter idéalement au sud en maintenant une lame d’air en sous-face pour les ventiler correctement. Un onduleur avec un bon rendement positionné au plus près des modules permet aussi d’optimiser l’installation électrique.
Mais au fil du temps, cette problématique devient couplée à celle de l’amélioration de l’autoconsommation. Cela revient à décaler ses consommations pour qu’elles surviennent en journée. Un changement des habitudes est donc requis, sauf à déléguer cette fonction à un routeur solaire automatique. L’autre piste est d’augmenter le temps de production par une orientation est-ouest.
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