L'énergie solaire est une alternative respectueuse de l'environnement pour alimenter les maisons, mais son coût initial représentant parfois un frein, il convient de déterminer si l'investissement en vaut la peine et évaluer la rentabilité d'un panneau solaire. Pour cela, une compréhension précise des caractéristiques techniques du panneau, des conditions d'installation, ainsi que des mesures et calculs sont nécessaires déterminer le rendement effectif : la technologie du panneau et l'ensoleillement de la région constituent le point de départ pour calculer ce rendement. Une évaluation précise permet de comparer le rendement réel et le rendement théorique, en identifiant et en mettant en exergue les pertes potentielles.
Les caractéristiques techniques du panneau : technologie et surface du panneau, puissance nominale et rendement théorique fourni par le fabricant
En matière de panneaux photovoltaïques, trois technologies principales se présentent sur le marché : le monocristallin, le polycristallin et les couches minces.
Les panneaux solaires sont généralement fabriqués avec des cellules en silicium monocristallin ou polycristallin : les panneaux monocristallins ont un rendement légèrement supérieur, mais sont légèrement plus coûteux. Concernant les couches mince, les principales technologies sont le silicium amorphe (a-Si), le tellurure de cadmium (CdTe), le diséléniure de cuivre-indium-gallium (CIGS) et les cellules organiques.
La surface standard d'un panneau solaire résidentiel est d'environ 1,7 mètre carré, mais les dimensions exactes, notamment celles des panneaux à couches minces qui peuvent être fabriqués en rouleaux flexibles, varient selon les fabricants, de 2 à 2,2 mètre carré environ.
La puissance nominale ou "puissance crête" d'un panneau solaire résidentiel se situe généralement entre 375 et 500 watts-crête (Wc) ; c'est la puissance maximale que le panneau peut produire dans des conditions d'essai normalisées (ensoleillement de 1000 W/m2 à 25°C). La puissance nominale des panneaux à couches minces est, quant à elle, généralement plus faible que les panneaux cristallins, typiquement entre 100 et 200 watts-crête (Wc).
Le rendement théorique, aussi appelé "efficacité", correspond au ratio entre l'énergie électrique produite et l'énergie solaire reçue sur la surface du panneau. Pour un panneau solaire résidentiel cristallin, il varie de 15% à 22%, tandis que pour les panneaux à couches minces, il oscille entre de 6% et 16,5% selon la technologie.
A noter : les fabricants fournissent généralement une garantie de dégradation maximale de 0,6% par an sur 25 ans pour le rendement. Pour plus d'informations, consultez le site edfenr.com.
Les conditions d'installation : ensoleillement de la région, orientation et inclinaison des panneaux, présence d'ombres portées et température ambiante moyenne
L'ensoleillement de la région, l'orientation, l'inclinaison des panneaux solaires, la présence d'ombres portées et la température ambiante moyenne tendent à optimiser le rendement d'une installation photovoltaïque.
L'ensoleillement varie selon les régions en France et les régions du sud bénéficient d'un meilleur ensoleillement, ce qui constitue un environnement idéal pour la production d'énergie solaire, mais les technologies modernes permettent une production rentable même dans les régions moins ensoleillées du nord. De plus, des panneaux orientés plein sud, sud-est ou sud-ouest permettront la captation d'un maximum de rayons solaires, car une orientation est ou ouest engendrerait une baisse de rendement de 15 à 25%. L'inclinaison pour une production optimale est, quant à elle, de 30 à 35° par rapport à l'horizontale : une inclinaison de 20 à 40° reste très performante avec seulement 2% de perte.
Les ombres portées, même partielles, réduisent considérablement le rendement des panneaux. C'est pourquoi, éviter toute zone d'ombrage lors de l'installation sera bénéfique, compte tenu du fait que les fortes chaleurs font généralement baisser le rendement des panneaux : des systèmes de refroidissement hybrides à eau peuvent compenser cet effet néfaste.
Les mesures et calculs : puissance solaire reçue, puissance électrique produite et calcul du rendement
Une meilleure compréhension des unités de mesure en photovoltaïque - Watt, Kilowatt (kW), Kilowatt-heure (kWh) - aide à évaluer la rentabilité des panneaux solaires. L'irradiance solaire reçue sur le toit influençant la production d'énergie, des méthodes permettent d'estimer la puissance électrique produite par les panneaux solaires et d'apprécier la qualité de l'installation.
Mesurer la puissance solaire réelle reçue et la puissance électrique réellement produite par les panneaux photovoltaïques
Pour mesurer la puissance solaire réelle reçue et la puissance électrique réellement produite par les panneaux photovoltaïques, l'utilisation d'un pyranomètre ou d'un capteur d'irradiance solaire s'avère utile pour mesurer l'irradiance solaire incidente en W/m². Il faut ensuite multiplier cette dernière par la surface totale des panneaux en m² pour obtenir la puissance solaire reçue en watts. Ensuite, un wattmètre ou un compteur d'énergie permettra de mesurer directement la puissance électrique produite en watts, mais il est également possible de multiplier le courant électrique mesuré en ampères par la tension en volts : la puissance électrique produite sera inférieure à la puissance solaire reçue en raison des pertes d'efficacité et de conversion. Effectuer ces mesures sur une période prolongée et moyenner les valeurs permet d'obtenir des résultats précis, car les conditions météorologiques peuvent considérablement affecter les mesures instantanées.
Calculer le rendement réel : Puissance produite / (Puissance solaire x Surface)
Le rendement réel d'un système photovoltaïque est calculé en divisant la production d'énergie réelle par le produit de l'irradiation solaire reçue et de la surface des panneaux. La formule est la suivante :
Rendement réel = Production d'énergie réelle (kWh) / (Irradiation solaire (kWh/m²) x Surface des panneaux (m²))
Elle tient compte des pertes réelles du système dues aux ombres, câbles, onduleurs, etc. Un bon rendement réel pour une installation résidentielle est typiquement entre 75% et 90% du rendement théorique des panneaux.
Comparer le rendement réel au rendement théorique pour évaluer les pertes
La comparaison entre le rendement réel et le rendement théorique d'un processus permet d'évaluer les pertes inévitables liées aux conditions réelles d'opération. Le rendement théorique représente l'efficacité maximale idéale dans des conditions parfaites, tandis que le rendement réel correspond à l'efficacité réellement mesurée, tenant compte des pertes par frottements, fuites et transferts de chaleur imparfaits ; l'écart entre ces deux valeurs quantifie les pertes globales et identifie le potentiel d'amélioration du processus. En réduisant ces pertes par des actions correctives ciblées, il est possible d'augmenter le rendement réel, ce qui se traduit par des économies d'énergie, une réduction des coûts d'exploitation et un impact environnemental moindre.
