Zoom sur le rendement d’un panneau solaire
Définition
Le rendement désigne le rapport entre la quantité d’énergie produite et la quantité d’énergie reçue. Autrement dit, il correspond à la puissance électrique que le panneau est capable de produire en fonction de la puissance du rayonnement solaire parvenant aux cellules photovoltaïques.
Par exemple : si un panneau solaire affiche un rendement de 18 %, cela signifie qu’il transforme 18 % de l’énergie solaire reçue en énergie électrique.
Quel est le rendement moyen d’un panneau solaire ?
En général, le rendement d’un panneau solaire photovoltaïque est compris entre 7 et 24 %.
Il existe une limite théorique de 31 %.
Pourquoi s’intéresser au rendement d’un panneau solaire ?
Un bon rendement garantit la rentabilité de votre projet photovoltaïque. En effet, la production électrique sera plus importante pour la même quantité de rayonnement solaire reçu, autrement dit pour la même surface de panneaux solaires.
Par ailleurs, un bon rendement assure une durabilité environnementale. Grâce à une utilisation plus efficace de l’énergie solaire, vous réduisez davantage votre dépendance aux combustibles fossiles, et donc votre impact carbone.
Comment calculer le rendement d’un panneau solaire ?
Pour calculer le rendement d’un panneau solaire photovoltaïque, vous devez utiliser la formule suivante :
Rendement = puissance électrique produite / puissance solaire reçue
Avec :
- La puissance électrique produite exprimée en watt-crête. Elle désigne la puissance du panneau solaire dans des conditions standardisées et optimisées (température extérieure de 25 °C, orientation plein sud, inclinaison à 30°, rayonnement solaire de 1 000 W/m2 sans ombrage). Il convient de préciser que la puissance réelle sera toujours plus faible, car ces conditions ne sont jamais parfaitement respectées ;
- La puissance solaire reçue = surface du panneau solaire (en m2) / 1 000.
Important : ce calcul permet de connaître le rendement du panneau solaire et pas le rendement de l’installation solaire dans son ensemble. En effet, les différents éléments (câbles, onduleur) sont à l’origine de pertes dues à l’effet Joule. Ces dernières sont généralement de l’ordre de 10 à 25 %.
Exemple de calcul pour un panneau solaire de puissance électrique 300 Wc et de surface 1,5 m2 :
Rendement = 300 / (1,5 × 1000) = 0,2 soit un rendement énergétique de 20 %.
Et la rentabilité financière ?
La différence entre rendement et rentabilité
Il ne faut pas confondre le rendement énergétique et la rentabilité financière. En effet, cette dernière désigne le retour sur investissement d’une installation photovoltaïque. Elle est liée au rendement, mais pas seulement.
Les coûts à prévoir
L’achat et la pose des panneaux photovoltaïques représentent la plus grosse part de l’investissement à réaliser. Néanmoins, vous devez également prendre en compte d’autres coûts :
- Le remplacement de l'onduleur tous les 10 ans ;
- Le raccordement éventuel au réseau public d'électricité ;
- L'impôt sur le revenu si la puissance de l'installation est supérieure à 3 kWc.
En général, les installations solaires sont rentabilisées au bout d’une dizaine d’années.
Les critères qui impactent le rendement d’un panneau solaire
1. La technologie utilisée
Le rendement d’un panneau solaire varie en fonction de la technologie utilisée.
Les cellules en silicium cristallin
Aujourd’hui, la majorité des panneaux solaires présents sur le marché sont fabriqués à partir de silicium. En particulier :
- Les panneaux solaires monocristallins : constitués d’un seul cristal de silicium, ils affichent un rendement compris entre 16 et 24 %. Ils sont chers, mais ce sont les plus performants du marché. Certaines innovations (back contact, PERC) permettent d’augmenter encore plus leur rendement ;
- Les panneaux solaires polycristallins : constitués de plusieurs cristaux de silicium, ils affichent un rendement compris entre 13 et 18 %. Leur coût de production est moins élevé.
Les cellules amorphes ou couches minces
Vous trouverez dans le commerce des panneaux solaires amorphes, également appelés panneaux solaires « couches minces ». Ces derniers sont en effet composés d’une fiche couche de semi-conducteurs (silicium ou autres matériaux parfois controversés), ce qui permet de baisser leur coût de production. En revanche, ils affichent un rendement faible, compris entre 6 et 9 %. Comme ils sont souples et légers, ils sont généralement réservés à une utilisation nomade (randonnée, camping-car, bateau, etc.).
À noter : les performances des panneaux solaires diminuent avec le temps. En effet, le verre a tendance à s’opacifier, engendrant des pertes de l’ordre de 0,5 à 1 % par an. En général, les fabricants garantissent 80 à 90 % de la puissance initiale au bout de 25 ans.
2. Le rayonnement solaire
Le rayonnement solaire (ou irradiation) désigne la quantité d’énergie solaire reçue au mètre carré. Il dépend des facteurs suivants.
Le taux d’ensoleillement
La France étant un des pays les plus ensoleillés d’Europe, elle offre un taux d’ensoleillement suffisant sur tout le territoire. Mais bien sûr, certaines régions sont plus ensoleillées que d’autres ! C’est par exemple le cas du sud.
Attention cependant, certains microclimats peuvent entraîner des variations du taux d’ensoleillement entre deux habitations dans la même région.
L’orientation
L’orientation est un facteur crucial pour le rendement d’un panneau solaire. En effet, une bonne orientation permet de capter la lumière du soleil directement et tout au long de la journée.
Les meilleures orientations sont le sud, le sud-ouest et le sud-est. Vous pouvez également orienter vos panneaux photovoltaïques à l’ouest et à l’est. En revanche, évitez à tout prix le nord !
L’inclinaison
L’inclinaison a un impact limité par rapport à l’orientation, mais elle reste un critère à considérer pour optimiser votre production solaire.
En effet, les panneaux solaires reçoivent davantage d’énergie solaire lorsqu’ils sont placés perpendiculairement au rayonnement.
Bien que le soleil ne se trouve pas toujours à la même hauteur dans le ciel, une inclinaison comprise entre 30 et 35° est conseillée. Il existe des supports permettant d’incliner vos panneaux solaires à la bonne position.
Les ombres et les obstacles
La présence d’ombres doit être anticipée lors de l’installation de vos panneaux photovoltaïques. Mais vous devez tout de même prendre garde à l’apparition de nouveaux obstacles ! Il peut par exemple s’agir d’un arbre qui pousse ou de nouveaux bâtiments en construction.
À noter : les ombrages peuvent être à l’origine de l’apparition de points chauds, susceptibles de causer d’importants dommages à votre installation photovoltaïque.
La propreté des panneaux solaires
Pour finir, la propreté des panneaux solaires peut impacter leur rendement énergétique.
Contrôlez régulièrement l’aspect de votre installation. En général, l’eau de pluie suffit à laver la surface des panneaux solaires. Néanmoins, il peut être utile de les nettoyer une fois par an pour retirer les pollutions d’origine humaine (particules fines, poussières) ou naturelles (feuilles mortes, pollen, sable, déjections).
3. Les pertes du système
Pour connaître le rendement de votre installation solaire, il faut tenir compte du rendement du système dans son ensemble (panneaux solaires, câbles, onduleur, etc.).
Le Performance Ratio (PR)
Le Performance Ratio (PR) désigne les pertes causées par le système dans son ensemble. Il peut par exemple s’agir des pertes dues à l’effet Joule, c’est-à-dire à la dissipation thermique lors du passage de l’électricité dans un câble ou un onduleur.
Le Performance Ratio varie de 75 à 90 % en fonction de la qualité des différents éléments, mais aussi de la température extérieure.
La température extérieure
En effet, le rendement d’un panneau solaire diminue lors des chaleurs excessives. Au-delà de 25 °C, chaque degré entraîne une baisse de rendement de l’ordre de 0,5 %.
Il faut bien noter que le panneau solaire résiste aux fortes chaleurs : il ne va pas se dégrader, mais simplement perdre du rendement énergétique.
À quoi sont dues les pertes de rendement et comment les résoudre ?
Les facteurs externes
Vous observez une baisse de rendement de votre installation solaire ? Voici les facteurs externes à vérifier :
- La saleté : vos panneaux solaires peuvent être gênés par la présence de poussière, de feuilles mortes ou encore de déjections d’oiseaux. En cas de baisse de rendement, prévoyez un nettoyage. Utilisez un balai télescopique et de l’eau à température ambiante. Si l’opération vous semble délicate à cause de la hauteur, contactez un professionnel agréé ;
- L’ombrage : les branches d’arbre ou les constructions voisines peuvent également être à l’origine d’une baisse de rendement. N’hésitez pas à élaguer si besoin ;
- Les fortes chaleurs : au-dessus de 25 °C, le rendement baisse. Une installation en surimposition peut vous permettre de limiter les surchauffes, car elle permet à l’air de mieux circuler.
À retenir
Vous l’aurez compris, le rendement d’une installation photovoltaïque est crucial pour évaluer ses performances et son efficacité. Facile à calculer, il dépend des facteurs suivants : le type de panneau solaire, le rayonnement solaire (déterminé par le taux d’ensoleillement et l’emplacement des modules) et les pertes du système.
