Rendement

    Le rendement photovoltaïque indique la quantité de lumière solaire utilisable pour alimenter une habitation. Plus précisément, le rendement d'un panneau solaire est le quotient de la puissance produite (énergie fournie) sur la puissance captée (énergie solaire reçue).

    De nombreux facteurs jouent un rôle majeur dans le rendement d'un module photovoltaïque comme le type de cellule utilisé, l'inclinaison et l'orientation des panneaux, la température extérieure, la situation géographique, la surface exploitée et les différentes causes d'ombrage. Quelles sont les conditions optimales pour poser des panneaux solaires ?

1) La température :

    L'augmentation de la température dans les cellules entraîne un accroissement de l’intensité, mais surtout une diminution beaucoup plus grande, en proportion, de la tension. L'effet global est que la puissance du panneau diminue lorsque la température de travail de ce dernier augmente. Il est à noter qu'un fort ensoleillement d'un panneau solaire peut en augmenter la température de plus de 20 degrés au-dessus de la température de l'air environnant, ce qui peut en réduire la puissance d’environ 15%. C’est pour cette raison qu’il est essentiel de placer les panneaux dans un lieu bien aéré. Nous pouvons donc facilement conclure que les panneaux solaires de l'image ci-dessous, protégés du vent par les habitations alentours, vont vite subir une élévation de la température et auront donc un plus faible rendement.


2) L'ombrage des panneaux :

    Cela peut paraître évident, mais il est important de signaler que les panneaux solaires doivent être installés dans une zone ensoleillée le plus longtemps possible et éloignée de tout élément pouvant leur faire de l'ombre comme des arbres, des bâtiments ou tout simplement des reliefs importants positionnés plus au Sud qu'eux. Contrairement aux panneaux solaires thermiques qui peuvent tolérer un peu d'ombrage, les panneaux solaires photovoltaïques ne peuvent pas être occultés. En effet un panneau photovoltaïque ombragé perd plus de la moitié de son rendement. Il faut aussi faire attention au mouvement du soleil qui déplace les ombres et assombrit des zones éclairées à d'autres moments de la journée.


3) L'angle d'incidence :

    L'angle d'incidence est l'angle formé par le plan du panneau solaire et les rayons du Soleil. Ci dessous une image pour vous représenter schématiquement cet angle.


    Cet angle a une très grande importance sur le rendement du module photovoltaïque. Il peut être défini selon l'équation suivante : 

R = Sin ß x 100

Avec : R le rendement du panneau en % ; ß l'angle d'incidence

    Ainsi le rendement du panneau est optimal lorsque les rayons du soleil arrive à la perpendiculaire du panneau : 

R = Sin 90 x 100 = 100%

    Cependant le rendement du panneau solaire diminue de moitié lorsque l'angle d'incidence est de 30° par exemple : 

R = Sin 30 x 100 = 50%

    Il est important de noter que le rendement dont il est question ici est un rendement dû à l'orientation du panneau solaire et non pas dû à la qualité du produit.

Graphique représentatif du rendement en fonction de l'angle d'incidence.

4) L'angle d'inclinaison et l'orientation optimale :

    L'orientation et l'inclinaison des panneaux solaires influencent beaucoup le rendement final puisque c'est de ces deux facteurs que va dépendre la reception des rayons du Soleil.

    Le Soleil se lève à l'Est et se couche à l'Ouest. La France est située à une lattitude d'environ 45° Nord. Ce qui fait que les rayons du soleil sont orientés principalement vers le Sud. De plus, au zénith, le Soleil est plein Sud et c'est à ce moment que le rayonnement est le plus intense. C'est pour cela que l'orientation qui donnera le meilleur rendement est le Sud.

    L'angle d'inclinaison est l'angle formé entre le plan du sol et le plan du panneau solaire. Nous avons vu que l'angle d'incidence doit être de 90° pour un meilleur rendement. La France étant située à une lattitude d'environ 45° Nord il est nécessaire de positionner les modules photovoltaïques à 45°. Ainsi le panneau solaire aura le meilleur rendement possible bien que l'orientation de la planète varie selon les saisons. Ci-dessous une animation pour montrer l'effet de l'inclinaison de la planète sur l'angle d'incidence pour un panneau solaire orienté plein Sud et incliné de 45°.

    Nous verrons les différents types de cellules photovoltaïques existants et leur rendement dans la sous-partie suivante.

Conclusion :

    Pour poser des panneaux solaires, il faut respecter plusieurs conditions. En effet, il faut les installer dans une zone qui n'est pas ombragée et qui ne risque pas de l'être au cours de la journée. De plus, il faut que la zone d'implantation soit aérée sous risque de voir la température du panneau augmenter et par conséquent son rendement diminuer. Enfin, les panneaux doivent être orientés le plus possible vers le Sud et inclinés de 45° environ. Il est aussi conseillé d'entretenir régulièrement son installation car la présense de poussière, de déjections d'oiseaux ou de feuilles est néfaste pour le rendement d'un module photovoltaïque.


    Nous pouvons donc conclure que le rendement d'un panneau solaire est égal à ceci :

R = Sin X . Pp / Pc

Avec : R Rendement; X : Angle d'incidence; Pp Puissance produite en kilowatt-heure (kWh); Pc Puissance captée en kWh

D'où Pp = (R . Pc) / Sin X


Schéma récaptitulatif de l'importance de l'inclinaison et de l'orientation dans le rendement d'un panneau solaire  photovoltaïque.