Le rendement des panneaux solaires photovoltaïques a une importance majeure dans la construction d’un projet rentable. Voici tout ce qu’il faut savoir pour maximiser l’efficacité de votre installation !
Qu’est-ce que le rendement d’un panneau solaire ?
Rendement cellulaire d’un panneau solaire
Pour commencer, revenons brièvement sur le fonctionnement d’un panneau solaire. Une cellule photovoltaïque est un composant électronique composé d’un matériau semi-conducteur photosensible, le silicium.
Un panneau solaire photovoltaïque est composé de cellules qui s’agitent au contact de la lumière, créant une tension électrique. Cette dernière permet de générer un courant électrique continu, qui sera lui-même transformé en courant alternatif par un onduleur. Cette étape est indispensable pour rendre l’électricité solaire utilisable par toute votre maison.
En d’autres termes, les cellules photovoltaïques transforment la lumière du soleil en électricité. C’est ce que l’on appelle l’effet photovoltaïque.
Le rendement d’une cellule solaire se définit comme le rapport entre l’énergie solaire reçue en surface par la cellule et l’énergie électrique finalement générée par l’effet photovoltaïque.
Rendement cellulaire = quantité d’énergie reçue / quantité d’électricité générée
Exprimé en pourcentage, le rendement cellulaire détermine la production d’énergie annuelle du système. Cela signifie qu’une cellule photovoltaïque affichant une puissance électrique de 21 % va pouvoir transformer en électricité 21 % de la lumière reçue.
Le rendement réel d’une cellule photovoltaïque varie continuellement, principalement en fonction de l’énergie solaire reçue. Pour comparer le rendement des différentes cellules photovoltaïques, les caractéristiques sont définies selon des conditions de test bien précises : les Conditions de Tests Standard (STC – Standard Test Conditions). Ces conditions sont :
- une émission lumineuse de 1 000 W/m² ;
- une température de 25 °C.
Ces conditions normalisées d’ensoleillement (cadastre solaire) peuvent s’apparenter à un ensoleillement au zénith, avec un ciel parfaitement dégagé. Le rendement exprimé par un fabricant représente donc une valeur maximale, atteinte dans les meilleures conditions d’ensoleillement.
Pourquoi le rendement d’une cellule photovoltaïque n’est pas égal à 100 % ?
Le rendement d’une cellule photovoltaïque est affecté par plusieurs facteurs, essentiellement car cette dernière ne profite pas de toute l’énergie transmise par le soleil.
En quelques mots, les photons présents dans les rayons du soleil transportent des quantités variables d’énergie. Les électrons, eux, ne peuvent absorber qu’une quantité d’énergie finie et aucun surplus. Certains photons ne pourront pas transmettre suffisamment d’énergie aux électrons pour créer un effet photoélectrique, tandis que d’autres transmettront une quantité d’énergie trop importante.
D’autre part, l’orientation, l’inclinaison, l’encrassement des panneaux solaires ou encore les pertes dans les composants électriques peuvent affecter l’efficacité d’un système photovoltaïque. Nous reviendrons plus en détail sur ces facteurs dans la suite de l’article.
Rendement panneau solaire sans soleil
Grâce à l’évolution de la technologie photovoltaïque, les panneaux solaires produisent toujours de l’électricité, même en cas de faible luminosité. Cependant, les panneaux solaires ne produisent pas la nuit.
Capacité de production d’un panneau solaire
Comment calculer le rendement d’un panneau solaire ?
Le rendement d’une cellule solaire ne doit pas être confondu avec le rendement surfacique d’un panneau solaire. Le rendement surfacique d’un module correspond à la puissance générée par le panneau solaire (en Wc) divisé par la surface totale du panneau :
Taux de rendement = Puissance en Wc / (Superficie en m² * 1 000)
Le watt-crête (Wc) correspond à la délivrance d’une puissance électrique de 1 watt, selon les Conditions de Tests Standard. Il est la valeur permettant d’indiquer la puissance maximale qu’est capable de fournir un panneau.
Prenons l’exemple du panneau solaire SunPower Performance 3, d’une puissance nominale de 375 W et d’une surface de 2,04 m². Le rendement du panneau solaire est égal à :
375 * (2,04 * 1000) = 19,1 %
Le rendement du panneau solaire SunPower Performance 3 se situe dans la moyenne du rendement des panneaux solaires monocristallins.
Quelle quantité d’énergie solaire produit un panneau photovoltaïque ?
Avec la puissance nominale d’un panneau solaire (en Wc), il est possible de déterminer la capacité de production de votre future installation photovoltaïque.
Puissance nominale = Taux de rendement * Superficie en m² * 1 000
Si on considère un panneau solaire moyen d’une surface de 1,8 m² avec un rendement égal à 19,5 % fonctionnant selon les Conditions Standards de Test (1000 W/m²), le panneau solaire produit :
19,5 % * 1,8 * 1000 = 351 Wc
Avec des panneaux solaires de 351 Wc, il vous faudra vous équiper de 8 panneaux solaires pour atteindre une puissance de 3 kWc.
Pour aller plus loin, et maintenant que vous connaissez la puissance maximale de votre panneau solaire, vous pouvez calculer sa capacité de production en fonction de l’irradiation de votre région.
Capacité de production d’un panneau solaire = irradiation/m²/an * (Puissance maximale du panneau (kWc) * taux de dégressivité de 0,85)
De cette manière, pour cette même installation photovoltaïque de 3 kWc installée à Perpignan, zone bénéficiant d’une irradiation de 1 920 kWh/m²/an, la capacité de production de l’installation photovoltaïque s’élève à :
1 920 * (3 * 0,85) = 4 896 kWh/an
Une installation photovoltaïque en toiture à Perpignan de 3 kWc peut produire, dans les meilleures conditions, jusqu’à 4 896 kWh/an (soit 1 632 kWh/kWc/an).
Quelle est la puissance réelle d’un panneau solaire ?
En prenant en compte les différents aléas de la réalité, la puissance réelle d’un panneau solaire photovoltaïque se calcule avec un taux de dégressivité de 0,85.
Rendement d’un panneau solaire thermique
Outre le photovoltaïque, il existe également des panneaux solaires thermiques. Ce type de panneau solaire permet de produire de l’eau chaude sanitaire pour votre logement grâce à des capteurs solaires thermiques.
Comme pour les panneaux solaires photovoltaïques, l’efficacité d’un panneau solaire thermique varie selon le modèle :
- 90 % pour un panneau solaire à plans non vitrés ;
- 80 % pour un chauffe-eau solaire à plans vitrés ;
- entre 70 et 80 % pour les capteurs solaires à air ;
- 50 % pour un capteur à tubes sous vide.
Ces chauffe-eaux solaires peuvent couvrir entre 50 et 80 % des besoins annuels d’eau chaude sanitaire de votre maison.
Rendement d’un onduleur
L’onduleur est un dispositif transformant le courant électrique continu issu des panneaux solaires photovoltaïques en courant électrique alternatif, compatible avec les appareils électriques de votre maison ainsi qu’avec le réseau de distribution.
Pour comparer les différents onduleurs présents sur le marché, on utilise également son rendement. Exprimé en pourcentage, le rendement d’un onduleur correspond au rapport entre la puissance de sortie et la puissance d’entrée. Plus le pourcentage sera élevé, plus l’onduleur (ou les micro-onduleurs) sera en capacité de convertir l’énergie solaire.
En quoi le rendement d’un panneau solaire est-il important dans un projet ?
Si vous souhaitez installer des panneaux solaires sur votre toit, vous allez vous poser une question importante : combien cela va coûter ? Et c’est bien normal ! La question du coût d’installation, de fonctionnement et du rendement de vos panneaux solaires peut déterminer votre décision de passer au photovoltaïque.
Il est très important, avant de vous lancer dans un tel projet, de connaître l’ensemble des coûts liés à votre projet solaire. Ainsi, vous pourrez calculer les économies que vous pouvez réaliser et estimer quand votre installation sera rentable grâce au calcul de votre rendement solaire !
Rendement et rentabilité d’un projet solaire photovoltaïque
Vous l’avez vu, le rendement de vos panneaux solaires est corrélé à plusieurs éléments qui peuvent varier selon des éléments facilement identifiables (orientation, inclinaison et ensoleillement de votre toiture), mais également d’éléments moins tangibles comme les pertes d’énergie que l’on peut uniquement estimer.
La rentabilité d’un système photovoltaïque est atteinte lorsque les économies générées par l’installation (autoconsommation et/ou vente de l’électricité) dépassent l’investissement initial.
Le rendement des panneaux solaires fait partie des nombreux éléments influençant la rentabilité de votre projet solaire. La pose de panneaux solaires photovoltaïques doit résulter d’une étude de faisabilité (ou calepinage photovoltaïque). Le dimensionnement de votre système photovoltaïque se base principalement sur :
- la surface du logement ;
- le nombre d’occupants ;
- la consommation moyenne ;
- le degré de pente du toit ;
- l’orientation du toit ;
- le taux d’ensoleillement de votre région ;
- le type de chauffage, de production d’eau chaude et de cuisson ;
- la présence d’équipements supplémentaires (climatisation, piscine, voiture électrique, etc.) ;
- l’utilisation de l’énergie solaire (autoconsommation, autoconsommation avec vente du surplus ou vente totale).
Comment utiliser son électricité photovoltaïque ?
Pour votre projet photovoltaïque, trois grands schémas se présentent à vous :
- l’autoconsommation totale : vous consommez l’intégralité de votre électricité solaire ;
- l’autoconsommation avec vente du surplus : après consommation de votre production d’énergie solaire, l’éventuel surplus est vendu à l’organisme EDF OA (Obligation d’Achat) dans le cadre d’un contrat d’achat ;
- la vente totale : l’intégralité de votre production est directement injectée dans le réseau. Une rémunération au kWh injecté est mise en place dans le cadre d’un contrat d’achat.
Comment calculer la rentabilité d’un panneau solaire ?
Pour calculer la rentabilité d’une installation solaire, et ainsi connaître le nombre d’années nécessaires pour rembourser l’investissement initial, il faut prendre en compte :
- la puissance totale de l’installation ;
- le coût de l’installation ;
- le mode d’installation (surimposition ou intégré au bâti) ;
- la consommation annuelle du foyer ;
- le volume de production des panneaux solaires sur 20 ans ;
- le type de consommation d’énergie solaire et, si souscription à un contrat d’achat, le coût de l’électricité produite pour estimer les revenus sur 25 ans ;
- le montant de la prime à l’autoconsommation (uniquement pour les projets d’autoconsommation avec revente du surplus) ;
- les frais additionnels (TURPE, renouvellement de l’onduleur, etc.).
Grâce à ces données, vous avez la possibilité de simuler la rentabilité de votre projet en estimant le nombre d’années avant remboursement de votre investissement initial. La rentabilité moyenne d’un projet photovoltaïque est atteinte entre 10 et 15 ans. Les panneaux solaires photovoltaïques ont une durée de vie moyenne de 30 ans.
Devis personnalisé professionnel
Ce n’est qu’à partir de ce moment-là qu’il est possible d’estimer si votre maison peut accueillir une future installation photovoltaïque. L’analyse de l’ensemble de ces données par un professionnel permet d’établir un devis détaillé de votre projet, comprenant :
- la taille de l’installation (puissance du système et surface en toiture) ;
- le type de panneau solaire (marque, rendement, garantie produit, garantie de production, taille, aspect, etc.) ;
- le type d’onduleur (onduleur centralisé ou micro-onduleur) ;
- une estimation de production de votre système (énergie produite annuellement en kWh) ;
- le montant de l’investissement détaillé (matériel, main-d’œuvre, aides) ;
- une estimation des revenus générés ;
- une estimation du temps de retour sur investissement.
Le rendement de vos panneaux solaires ne représente que l’un des nombreux éléments qui influe sur la rentabilité de votre investissement. Dans tous les cas, l’expertise d’un professionnel est grandement appréciée pour procéder à l’installation de panneaux solaires.
Pour la pose de panneaux solaires photovoltaïques, le professionnel doit présenter une mention RGE (Reconnu Garant de l’Environnement), gage de qualité et critère indispensable pour entrer dans les conditions d’éligibilité des aides étatiques.
Quel type de panneau solaire présente le meilleur rendement ?
De nombreux types de cellules solaires se partagent le marché photovoltaïque. On peut entre autres citer les cellules photovoltaïques polycristallines, ou encore les cellules à haut rendement comme les cellules amorphes, bifaciales ou pérovskites.
Ce sont cependant les cellules monocristallines, composées de cristaux de silicium purs, qui représentent la majeure partie du marché. Avec un rendement moyen entre 18 et 24 % (soit une puissance de 180 à 240 Wc/m²), les cellules photovoltaïques monocristallines se présentent comme la solution au meilleur rapport qualité/prix.
En effet, malgré le potentiel des autres types de cellules, ces dernières sont encore trop coûteuses ou à un stade de maturité technologique trop peu avancé pour les exploiter à grande échelle.
Comment optimiser le rendement d’une installation photovoltaïque ?
Vous l’avez compris, tous les types de panneaux solaires ne produisent pas la même quantité d’énergie. Selon le fabricant, le rendement de votre module diffère, mais pas uniquement. Améliorer le rendement d’un panneau solaire, ou du moins le maximiser, c’est possible.
La production des panneaux solaires diverge aussi bien pour des raisons techniques que matérielles. Voyons l’ensemble des facteurs qui influent sur l’efficacité d’un panneau solaire.
Orientation d’un panneau solaire
Pour fonctionner, un panneau solaire photovoltaïque absorbe les photons présents dans les rayons du soleil pour les transformer en courant électrique. Pour cela, chaque module solaire de votre installation en toiture doit capter un maximum la lumière du soleil.
L’orientation et l’inclinaison ont une incidence directe sur la production de votre système. Pour produire un maximum d’énergie solaire, les modules photovoltaïques doivent être orientés un maximum vers le sud. Cela signifie que l’orientation sud, bien que la plus optimale, n’est pas la seule envisageable pour poser des panneaux solaires sur son toit.
Une orientation est, sud-est, ouest ou encore sud-ouest est suffisante pour assurer la bonne efficacité de votre système photovoltaïque.
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Inclinaison panneau photovoltaïque
Comme pour l’orientation des panneaux solaires, l’inclinaison joue un rôle important pour assurer le bon rendement de votre installation. Par exemple, le rendement panneau solaire à plat est trop peu important pour tirer le bénéfice maximum des panneaux photovoltaïques.
Pour une inclinaison optimale, on préconise un angle de 30°.
L’inclinaison est fortement liée à l’orientation de vos panneaux solaires. Retrouvez dans le tableau ci-dessous les combinaisons idéales pour profiter d’une production énergétique de qualité.
| Inclinaison | Ouest | Sud-ouest | Sud | Sud-est | Est |
|---|---|---|---|---|---|
| 0° | 93 % | 93 % | 93 % | 93 % | 93 % |
| 30° | 90 % | 96 % | 100 % | 96 % | 90 % |
| 45° | 84 % | 92 % | 96 % | 92 % | 84 % |
| 60° | 78 % | 88 % | 91 % | 88 % | 78 % |
| 90° | 55 % | 66 % | 68 % | 66 % | 55 % |
Orientation et inclinaison : ce qu’il faut retenir
Une inclinaison de 30° et une orientation vers le sud est la combinaison optimale à adopter pour votre installation de panneaux solaires photovoltaïques.
Propreté des panneaux solaires et efficacité
L’inclinaison des panneaux solaires permet également d’auto-nettoyer vos modules grâce au ruissellement de la pluie. Malgré tout, pour éviter les pertes de rendement engendrées par l’accumulation de saletés en surface de vos panneaux solaires, il est recommandé de surveiller régulièrement leur aspect, et de les nettoyer au besoin (une à deux fois par an) à l’eau claire à l’aide d’un balai télescopique.
Une surface nettoyée garantit une production d’environ 2 % supérieure à des panneaux non nettoyés.
Masques solaires : gestion des ombrages
Les masques solaires représentent l’ensemble des éléments extérieurs (arbres, bâtiments, montagnes, feuilles, etc.) qui peuvent faire de l’ombre sur les panneaux solaires au cours de la journée.
Si votre système photovoltaïque est équipé de micro-onduleurs, les effets de masques sont diminués. L’onduleur solaire est un équipement permettant de convertir le courant électrique continu en courant alternatif. Il existe plusieurs types d’onduleurs :
- l’onduleur centralisé, un seul onduleur pour l’ensemble du système. Le branchement des panneaux se fait en série. Il peut être associé à des optimiseurs de puissance pour fonctionner comme des micro-onduleurs ;
- le micro-onduleur se place sous chaque panneau du système, les panneaux sont individualisés.
Avec l’onduleur centralisé, un panneau ombragé provoque l’arrêt total de la production. Alors, si votre environnement est propice à l’apparition de masques solaires en journée, il est recommandé de se tourner vers des micro-onduleurs. Le panneau solaire ombragé sera le seul impacté.
Température des cellules photovoltaïques et rendement
La température des cellules solaires est également très importante dans la production d’énergie. La température moyenne d’un panneau solaire atteint vite 50 à 75 °C. Les cellules sont fabriquées pour résister à des températures moyennes comprises entre -40 °C et +85 °C.
Malgré tout, plus la température augmente au sein des cellules, plus la tension au sein du système diminue. Les panneaux solaires perdent en puissance et produisent moins d’énergie.
Taux d’ensoleillement : rendement panneau solaire par région
L’ensoleillement de votre région est un élément non négligeable à prendre en compte dans la préparation de votre projet solaire. En effet, toutes les régions ne bénéficient pas du même taux d’ensoleillement.
Attention toutefois, toutes les régions de France bénéficient d’un ensoleillement suffisant pour y installer des panneaux solaires. Cependant, les régions du nord bénéficient d’un taux d’ensoleillement légèrement moins important que les régions du sud. Ainsi, les panneaux solaires situés dans le sud produisent plus que des panneaux solaires installés dans le nord.
Le rendement photovoltaïque par région varie, mais seul le temps d’atteinte du retour sur investissement en pâtit. Pour une même installation d’une puissance de 3 kWc :
- une installation à Lille peut produire au minimum 2 400 kWh/an, soit 3 (kWc) * 800 (kWh/kWc) ;
- un chiffre qui s’élèvera à 3 600 kWh/an pour une installation à Marseille, soit 3 (kWc) * 1 200 (kWh/kWc).
Pertes de rendement du système : le Performance Ratio (PR)
Ce que l’on appelle le Performance Ratio (PR) est la donnée qui prend en compte les pertes du système du fait des composants ou du réseau, à cause notamment de l’effet Joule. L’effet Joule est la perte d’énergie causée par la dissipation thermique au moment du passage de l’énergie dans un câble.
Le Performance Ratio peut varier de 75 à 90 % selon la qualité du câble, de l’onduleur et de tous les autres éléments du système photovoltaïque. La température locale aura également une influence sur le Performance Ratio. Plus elle est élevée, moins la conversion énergétique sera importante.
FAQ : Vos questions sur le rendement des panneaux solaires
Comment calculer le rendement d’un panneau solaire ?
Le rendement d’un panneau solaire correspond à la puissance générée (en Wc) divisée par sa surface (en m²).
Quel est le rendement moyen d’un panneau solaire ?
Le rendement moyen d’un panneau solaire monocristallin, cellule la plus présente sur le marché, est de 18 à 24 %. Le monocristallin est aujourd’hui le matériau présentant le meilleur rapport qualité/prix.
Est-ce que le photovoltaïque est rentable ?
Oui, avec une étude de rentabilité personnalisée, vous pouvez savoir en quelques minutes si votre projet solaire vise à être rentable ou non. De nombreux facteurs doivent être pris en compte dans le calcul de la rentabilité de votre installation photovoltaïque (orientation, inclinaison, prix, autoconsommation, etc.). On estime que si un projet est rentable, l’amortissement d’un système photovoltaïque est atteint entre 10 et 15 ans.
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Quelle surface de panneaux solaires installer ?
En considérant une surface moyenne d’environ 1,8 m² par panneau, comptez 10 à 32 m² pour une installation résidentielle typique d’une puissance comprise entre 3 et 9 kWc. Si vous disposez d’un espace plus important, vous pouvez envisager d’installer 100 m², 200 m², 500 m² ou même 1 000 m² de panneaux solaires photovoltaïques.
