Calcul du rendement d’un panneau solaire : Méthodes de mesure et optimisation de la production

Si vous souhaitez faire le premier pas vers le solaire en toute autonomie, plusieurs critères doivent être évalués. L’un des plus importants reste le rendement de l’installation photovoltaïque. Ce critère permet de garantir une certaine cohérence entre la capacité de production de cette installation et les besoins énergétiques du ménage.

Exprimé en pourcentage, le rendement d’une installation solaire peut aller jusqu’à 24 %, mais n’atteint jamais les 100 %, compte tenu des déperditions d’énergie inhérentes à tout système photovoltaïque. C’est valable que ce soit pour des panneaux solaires classiques ou un kit à installer soi-même. Après avoir décliné la technique de calcul du rendement, nous vous proposons des astuces d’optimisation.

Comment calculer le rendement d’une installation solaire photovoltaïque ?

Avant d’arriver à la formule de calcul du rendement de panneau solaire, présentons cette notion et les facteurs qui l’influencent :

Définition du rendement en matière solaire

Par rendement d’un panneau solaire, on entend le rapport entre la puissance solaire entrante et la puissance électrique sortante. Il s’agit en d’autres termes de la quantité d’électricité que le module peut produire, par rapport à la quantité de lumière solaire qu’il reçoit. Elle s’exprime en pourcentage et plus elle est élevée, plus le module sera productif. Un « rendement de 15 % » signifie que 15 % de la lumière captée par le panneau est transformé en électricité capable d’alimenter un ménage.

C’est une information, généralement indiquée sur la fiche technique des panneaux solaires, permette de comparer différents équipements. En ce qui concerne le panneau photovoltaïque, on parle de rendement de puissance surfacique, à savoir la puissance électrique qu’on peut tirer de la puissance lumineuse que la surface dudit panneau capte. Les mesures de rendement sont réalisées identiquement dans les mêmes conditions de test en laboratoire, quels que soient les modules ou les cellules solaires.

Il y a une différence entre le rendement du panneau et celui de ses cellules, compte tenu des déperditions dues à l’assemblage des cellules dans un module photovoltaïque. Le rendement au niveau de la cellule silicium standard se situe entre 21 et 23 %, tandis que le rendement surfacique au niveau du module oscille entre 15 et 18 %.

Variables à considérer dans le calcul du rendement d’une installation solaire

Pour estimer avec plus de précision le rendement d’un panneau solaire, plusieurs critères sont à prendre en compte. Le premier d’entre eux, c’est l’ensoleillement.À titre de rappel, le rendement d’un panneau solaire correspond au pourcentage d’énergie solaire absorbée transformée en électricité. Plus un module capte de lumière, plus il produit d’électricité, c’est pourquoi le taux d’ensoleillement de la région dans laquelle vous vivez a une influence sur le rendement dudit module. Exprimé en kWh/kWc, le taux d’ensoleillement renvoie à la quantité d’énergie solaire à laquelle est exposé le module installé dans une zone géographique et une période donnée.

En France, l’exposition solaire varie d’une région à une autre. Certaines enregistrent moins d’heures d’exposition à l’année que d’autres. Pour vous donner une idée, cette exposition se situe entre :

• 2400 et 2700 heures dans le Languedoc-Roussillon, la Corse et la Provence-Alpes-Côte d’Azur ;
• 1 500 et 1 700 heures dans le tiers nord et le Pays basque ;
• 1900 et 2000 heures dans la moitié sud de la France, l’Aquitaine et la région de Lyon ;
• 1700 et 1800 heures dans le Jura et la Loire ;
• 2500 et 2900 heures dans l’ouest du Var et l’est des Bouches-du-Rhône…

Le rendement d’un panneau solaire dépend également d’autres facteurs, comme :

• L’orientation qui dépend de la région où vous habitez ;
• L’inclinaison qui idéalement doit être au maximum de 45° par rapport au sol et varie en fonction des saisons ;
• Le choix du module solaire : selon la technologie utilisée pour le fabriquer, le rendement sera différent. Le rendement situe entre 16 et 24% pour les cellules monocristallines, 14 et 18% pour les polycristallines et 25% pour les cellules PERC ;
• La puissance nominale du module exprimée en Wc ;
• La qualité et la compatibilité des autres équipements de l’installation photovoltaïque qui accompagnent le panneau, à savoir l’onduleur, les câbles, le boîtier de protection…

Méthode de calcul du rendement solaire

Le rendement du panneau solaire correspond toujours à un rapport entre deux unités de grandeur, en s’appuyant sur la même unité physique. Pour calculer ce rendement, on procède par principe à la division d’une puissance par une autre ou d’une énergie par une énergie.

Pour calculer avec précision le rendement de vos panneaux, vous avez deux solutions devant vous. La première consiste à faire appel à un professionnel ou à utiliser un outil de simulation en ligne. Dans l’un et l’autre cas, un intérêt particulier sera prêté à la surface de vos modules solaires dans ce calcul. Voici la formule qui permet d’y parvenir :

Rendement surfacique = [puissance du panneau en Wc / (surface du panneau x 1 000)] x 100

Prenons un exemple concret : imaginons que vous souhaitiez installer des panneaux monocristallins déployant une puissance maximale de 410 Wc et dont la surface est de 1,9 m2 chacun :[410/(1,9 x 1 000)] x 100 = 21,5 %

On obtient donc un rendement de panneaux estimé à 21,5%. Ce résultat est le fruit d’un calcul basé sur la puissance nominale des modules, qui elle est estimée dans des conditions idéales ou STC (Conditions Standards de Test). Celles-ci ne correspondant pas forcément au contexte réel de toutes les habitations, le résultat ne peut être le même.

Comment optimiser le rendement d’une installation solaire ?

Optimiser le rendement des panneaux solaires, c’est augmenter leur capacité de production d’énergie. Pour y parvenir, il y a plusieurs astuces :

Choisissez la meilleure technologie des panneaux solaires.

Le premier élément qui garantit le rendement d’un panneau solaire, c’est sa nature. Tous les modules solaires ne se reposent pas sur la même technologie et n’ont donc pas de rendement identique. Les deux grandes familles de cellules photovoltaïques qu’on retrouve sont les cellules :

• Polycristallines dont le rendement est compris entre 16 % et 18 % ;
• Silicium monocristallines qui présentent un rendement de l’ordre de 21 % à 23 %.

Contrairement aux polycristallins qui constitués de plusieurs cristaux, les cellules monocristallines sont fabriquées à partir d’un seul cristal de silicium. Elles sont les plus utilisées aujourd’hui, car elles offrent le meilleur rapport rendement, et leur procédé de fabrication est bien maîtrisé.

Dimensionnez bien votre installation avant l’achat des panneaux.

Pour qu’une installation capte plus d’énergie solaire et produit plus d’électricité, elle doit disposer de plus de cellules. Il est donc intéressant d’installer le plus de modules possibles sur la surface disponible pour espérer un meilleur rendement. Dans la pratique, vous devez tenir compte d’autres éléments pour bien dimensionner une installation solaire. Il s’agit de votre budget et de vos besoins énergétiques, pour ne citer que ces deux facteurs. Inutile d’investir un gros budget dans une installation de 6 kWc, si un parc de 3 kWc suffit à couvrir l’ensemble de la consommation électrique de votre maison.

Assurez la ventilation et l’entretien de vos panneaux.

Il y a deux méthodes de pose des panneaux. L’une par surimposition et l’autre par intégration au bâti. Nous vous recommandons d’opter pour une installation en surimposition, car cette technique offre de manière naturelle une meilleure ventilation, compte tenu de la circulation de l’air entre les panneaux et la couverture du toit.

L’entretien doit aussi être de mise. Lorsque les panneaux sont mal entretenus, ils peuvent subir une baisse de productivité allant jusqu’à 7 %. Les dépôts (poussière, pollens, feuilles d’arbres…) obstruent la lumière du soleil et font chuter le rendement de votre installation au fil du temps.