Comprendre et optimiser le rendement d’un panneau solaire

Vous souhaitez estimer la rentabilité de votre futur projet photovoltaïque, ou booster la productivité des panneaux solaires installés sur le toit de votre maison ? Il existe un élément clé à prendre en considération pour cela : le rendement.

Le rendement est le pourcentage de lumière solaire captée par un module qui est transformée en électricité. Vous comprenez donc l’importance de cette donnée, et la nécessité de l’optimiser pour maximiser les capacités de production de votre installation solaire. 

Le rendement d’un panneau solaire peut grandement varier en fonction de différents critères propres à l’équipement choisi : marque, technologie utilisée, puissance, type de cellules, etc. C’est pourquoi il est essentiel de prendre connaissance de ces informations avant l’achat, pour sélectionner les modules qui présentent le meilleur rapport rendement/prix.

Mais il existe également d’autres facteurs qui influent fortement sur le rendement d’un panneau solaire après son installation, et ce quel que soit le modèle mis en place, comme l’orientation et l’inclinaison du module, les variations de température ou encore l’entretien. 

Dans cet article, nous vous donnons toutes les informations pour comprendre et calculer le rendement des panneaux solaires, bien choisir vos modules et optimiser leur rendement pour produire un maximum d’électricité verte et décupler la rentabilité de votre parc solaire.

Points clés :

• Le rendement d’un panneau solaire est le pourcentage d’énergie solaire captée qu’il transforme en électricité
• Le rendement dépend de la technologie, de la puissance et de la compatibilité des équipements de votre installation
• Il est également fortement influencé par les conditions extérieures 
• Les modules photovoltaïques qui offrent le meilleur rendement sont les panneaux monocristallins

Qu’est-ce que le rendement d’un panneau solaire ?

Définition du rendement photovoltaïque

Le rendement d’un panneau photovoltaïque est la quantité d’électricité qu’il peut produire, par rapport à la quantité de lumière solaire qu’il reçoit. Cette donnée s’exprime en pourcentage ; plus celui-ci est élevé, plus votre équipement est productif. 

Concrètement, un « rendement de 20 % » signifie par exemple que 20 % de la lumière captée par le module est transformée en électricité disponible pour alimenter votre foyer.

Cette information est censée être indiquée sur toutes les fiches techniques de panneaux solaires. Il doit absolument faire partie de vos critères de sélection lorsque vous comparez différents équipements. Il s’agit en effet d’un des éléments clés pour pouvoir calculer la rentabilité de votre installation, au même titre que sa puissance, sa durée de vie (dont on peut se faire une idée grâce à la garantie produit et la garantie de production) et son prix.

Quel est le rendement d’un panneau solaire ?

La limite théorique du rendement d’un module solaire est censée atteindre 31 %, mais aucun panneau n’arrive à ce jour à un tel niveau de performance.

Actuellement, le rendement moyen d’un panneau photovoltaïque est généralement estimé autour de 20 %.

Toutefois, comme nous l’avons dit précédemment, cette donnée peut fortement varier en fonction de différents critères, notamment :

• Son type de cellules (cellules monocristallines, polycristallines, amorphes)
• La technologie utilisée (PERC, module bi-facial,etc.)
• Sa puissance, indiquée en kilowatts-crêtes (kWc)
• Sa taille

Pourquoi optimiser le rendement d’un panneau solaire ?

Bien qu’un panneau solaire possède une capacité de rendement prédéterminée par ses caractéristiques techniques, il est tout de même possible de la maximiser en influant sur les conditions d’utilisation. 

Or, un rendement élevé vous fait bénéficier d’une production d’électricité augmentée, et vous permet donc de :

• Profiter d’économies significatives sur votre facture énergétique, notamment avec un fonctionnement en autoconsommation.
• Générer un revenu d’appoint plus important, si vous choisissez de revendre la totalité ou une partie de votre production auprès d’EDF OA (Obligation d’Achat) ou d’un autre fournisseur.

Optimiser le rendement de vos panneaux solaires est donc un facteur clé pour booster la rentabilité de votre installation photovoltaïque et accélérer votre ROI (retour sur investissement).

Nous vous expliquerons un peu plus loin dans ce guide sur quels facteurs jouer pour maximiser la productivité de vos modules.

kWh ou kWc : comment le rendement est-il mesuré ?

Il peut être délicat de s’y retrouver dans le jargon technique du photovoltaïque. Afin de vous aider à mieux appréhender cet article et les informations importantes que nous souhaitons vous apporter, il nous semble pertinent de faire un rappel sur deux unités de mesure incontournables en la matière : le kilowatt-heure (kWh) et le kilowatt-crête (kWc).

Commençons par aborder brièvement leur point commun, qui est souvent source de confusion entre les deux : le watt.

Le watt (W)

Le watt, représenté par la lettre W, indique la puissance déployée ou consommée par un appareil électrique.

Un kilowatt (kW) correspond à 1 000 watts.

Le kilowatt-heure (kWh)

Comme son nom l’indique, le watt-heure (Wh) représente la quantité d’énergie en watts déployée ou consommée par un équipement électrique pendant une heure d’utilisation.

Un kilowatt-heure (kWh) correspond à 1 000 watts-heures.

Le kilowatt-crête (kWc)

Le kilowatt-crête est une unité de mesure spécifique aux panneaux solaires : elle indique la puissance électrique maximale développée par une installation photovoltaïque lorsque celle-ci fonctionne dans des conditions idéales (exposition, température, etc.).

Il ne vous indique donc pas précisément combien de kilowatts-heures produira votre centrale, mais c’est une donnée qui reste très utile pour comparer les potentielles performances de différents équipements photovoltaïques.

Comment est calculé le rendement d’un panneau solaire ?

En théorie, le calcul permettant d’estimer le rendement d’un panneau photovoltaïque est simple : il suffit de diviser la quantité d’énergie produite (en Wh) par la quantité d’énergie captée (en Wh), puis de diviser le tout par 100.

Autrement dit :

Rendement = (électricité produite / énergie captée) x 100

Dans la pratique, rappelons ici encore que la donnée « énergie produite » reste une estimation correspondant à des conditions idéales, à savoir :

• Un taux d’ensoleillement optimal
• Une température de 25°C
• Une orientation plein sud
• Une inclinaison de 30 °

Le rendement d’un panneau solaire est toutefois une donnée fiable de comparaison entre différents équipements, car le différentiel de productivité entre deux modules reste relativement identique entre des conditions d’installations idéales et les conditions réelles correspondant à votre domicile.

Calculer le rendement potentiel de votre installation solaire 

Les critères de calcul du rendement photovoltaïque

Pour calculer précisément le rendement de votre installation solaire, il est nécessaire de prendre en compte de façon personnalisée un certain nombre de critères :

• Le type de panneaux que vous souhaitez utiliser
• La puissance nominale de l’installation en kWc
• Sa puissance de production en W/m²
• Le taux d’ensoleillement de votre zone d’habitation 
• L’orientation et l’inclinaison des panneaux solaires

Deux solutions s’offrent à vous pour obtenir un résultat fiable et précis : faire appel à des professionnels pour réaliser une estimation, ou utiliser un outil de simulation en ligne.

Solliciter des professionnels du photovoltaïque

Le calcul d’une installation solaire est une opération qui demande du temps et une solide expertise. C’est pourquoi nous vous recommandons de faire appel à nos équipes de conseillers, qui sauront vous fournir des données fiables et vous proposer des solutions adaptées à vos besoins de consommation et à vos contraintes de pose (orientation, inclinaison, conditions climatiques, budget, etc.).

Utiliser le logiciel de calcul de rendement PVGIS

Si vous souhaitez avoir un ordre d’idées du rendement potentiel de votre installation sans passer par les services de professionnels, nous vous invitons à utiliser l’outil de calcul en ligne PVGIS (PhotoVoltaic Geographical Information System).

PVGIS est une application gratuite développée et actualisée régulièrement par la Commission Européenne, qui recense chaque année les taux d’ensoleillement de toutes les régions du monde. Cette collecte minutieuse de données vous permet d’obtenir en quelques clics une première estimation des capacités de rendement d’un parc solaire mis en place sur le toit de votre maison.

Pour l’utiliser, rien de plus simple :

• Rendez-vous sur le site internet PVGIS
• Entrez le nom de votre lieu d’habitation dans le champ « Adresse »
• Indiquez la puissance de votre installation en kilowatts-crêtes (par exemple : 4,1 kWc pour le Pack Essentiel JA Solar 4 100 W proposé chez Mon Kit Solaire)
• Précisez l’exposition de votre toiture dans les champs « inclinaison » et « Azimut » (0° correspond à une orientation plein sud)
• Cliquez enfin sur « visualiser les résultats »

Quel rendement pour quelle surface ?

La surface de vos modules solaires peut également être un facteur de calcul de rendement pertinent. C’est ce qu’on appelle le rendement surfacique d’un panneau photovoltaïque, qui peut être déterminé par le calcul suivant :

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 solaires Sunpower 410 Wc Monocristallins, qui déploient 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 %

Une fois encore, ce calcul est basé sur la puissance nominale d’un panneau solaire, qui est estimée dans des conditions idéales appelées STC (Conditions Standards de Test) et qui ne correspondent pas au contexte réel de votre lieu d’habitation. 

Les facteurs qui influencent le rendement des panneaux solaires

L’ensoleillement, un facteur majeur pour le rendement d’un panneau solaire

Le taux d’ensoleillement

Comme nous l’avons expliqué au début de cet article, le rendement d’un panneau solaire est le pourcentage d’énergie solaire absorbée qui est transformée en électricité. On peut logiquement conclure de ce ratio que plus un module capte de lumière, plus il produit d’électricité.

C’est pourquoi le taux d’ensoleillement de la région dans laquelle se situe votre maison est un facteur qui influence énormément le rendement d’un panneau solaire. En effet, le taux d’ensoleillement est la quantité d’énergie solaire à laquelle est exposé un panneau photovoltaïque installé dans une zone géographique et une période données. Il s’exprime en kilowatt-heure par kilowatt-crête (kWh/kWc).

Les cadastres solaires

Un cadastre solaire est une cartographie qui indique le potentiel de production solaire d’une zone définie, basé sur le même principe de présentation qu’un cadastre foncier. De nombreuses communes mettent aujourd’hui leur cadastre solaire à disposition des usagers sur Internet.

Pour trouver le cadastre correspondant à votre lieu d’habitation, il vous suffit de taper sur un moteur de recherche « cadastre solaire » suivi du nom de votre commune ou de la ville la plus proche.

Les différences d’ensoleillement entre les régions

Source : www.meteoexpress.com

Pour avoir en un coup d’œil une idée de l’exposition solaire de votre région, voici une carte indiquant le nombre d’heures d’ensoleillement par an et par zones en France.

On peut constater à la lecture de cette carte que les zones qui enregistrent le moins d’heures d’exposition à l’année sont les Ardennes, l’ouest de la Bretagne, la Seine-Maritime et les Monts d’Arrée, dans le centre du Finistère, avec seulement 1 450 heures par an en moyenne. 

Viennent ensuite les régions profitant d’un taux d’ensoleillement intermédiaire :

• Le tiers nord et le Pays basque, entre 1 500 et 1 700 heures.
• Le Jura et la Loire, entre 1 700 et 1 800 heures.
• La moitié sud de la France, l’Aquitaine et la région de Lyon, entre 1 900 et 2 000 heures.
• La Gironde et la Charente-Maritime, avec 2 100 heures.

Les régions qui profitent du meilleur coefficient d’ensoleillement en France métropolitaine sont le Languedoc-Roussillon, la Corse et la Provence-Alpes-Côte d’Azur, qui enregistrent entre 2 400 et 2 700 heures, et l’est des Bouches-du-Rhône ainsi que l’ouest du Var qui obtiennent le record de 2 900 heures d’exposition solaire.

L’orientation et l’inclinaison des panneaux photovoltaïques

Pour qu’un panneau solaire profite d’un bon rendement, il faut également qu’il dispose d’une exposition optimale. Pour cela, il est nécessaire de prendre en compte deux critères cruciaux lors de la pose de vos modules : l’orientation et l’inclinaison.

L’orientation

La direction à laquelle fait face le pan de votre toiture influence évidemment l’orientation de vos panneaux solaires. Mais si vous avez le choix (différents pans, installation au sol, etc.), la meilleure orientation pour un kit solaire installé en France métropolitaine est plein Ssud, afin de capter un maximum d’énergie solaire tout au long de la journée et de l’année. 

Ceci s’explique par la course du soleil, qui démarre à l’est le matin pour finir à l’ouest le soir (si vous habitez dans l’hémisphère nord, bien entendu).

L’inclinaison

L’inclinaison de vos panneaux a elle aussi une importance déterminante pour assurer leur productivité. En théorie, l’orientation parfaite pour profiter d’un rendement maximum est de 45° par rapport au sol, car elle permet aux rayons du soleil de frapper les modules de façon perpendiculaire.

Mais comme nous venons de le rappeler, l’astre bouge constamment au fil de la journée et de l’année, faisant sans cesse varier cet angle optimum :

• 60° l’hiver, lorsque le soleil est au plus bas
• 20° l’été, quand le soleil est au plus haut
• 45° au printemps et en automne

Pour profiter du meilleur rendement tout au long de l’année, vos panneaux solaires doivent donc former un angle intermédiaire de 30° avec le sol (dans l’hémisphère nord).

Le choix du panneau solaire

La technologie utilisée

Il existe différents types de technologie et de cellules photovoltaïques permettant de faire fonctionner un panneau solaire.

Voici quelques chiffres afin d’affiner encore la palette d’informations dont vous disposez pour estimer le rendement d’un module solaire :

• Le rendement moyen d’un panneau à cellules monocristallines varie entre 16 % et 24 %
• Le rendement moyen d’un panneau à cellules polycristallines se situe entre 14 % et 18 %
• Le rendement moyen d’un panneau à cellules amorphes est compris entre 6 % et 9 %
• Un panneau bi-facial profite d’un rendement entre 5 % et 15 % plus élevé qu’un panneau photovoltaïque classique
• Un panneau fonctionnant avec la technologie PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) à un rendement jusqu’à 25 % plus élevé qu’un module standard

La puissance du panneau

La puissance nominale (en Wc) d’un module a une influence évidente sur ses capacités de rendement, comme nous l’avons illustré dans la partie expliquant le rendement surfacique. 

Ainsi, une installation constituée de panneaux déployant chacun 410 Wc aura un meilleur rendement qu’une installation composée de modules d’une puissance de 375 Wc (pour une surface de pose et un nombre de panneaux identiques.).

L’impact des autres éléments de l’installation solaire

Le rendement d’une installation photovoltaïque dépend du choix de ses panneaux, mais également de l’ensemble des équipements qui la constituent :

• L’onduleur ou les micro-onduleurs
• Le boîtier de protection
• Le câblage

Leur qualité et leur compatibilité jouent un rôle déterminant dans le rendement global de votre parc solaire. C’est pourquoi, chez Mon Kit Solaire, nous avons choisi de vous proposer des kits précâblés assurant une compatibilité parfaite entre les différents éléments qui les composent.

Quel panneau solaire offre le meilleur rendement ?

À l’heure actuelle, l’énorme majorité des modules disponibles sur le marché sont les panneaux monocristallins et polycristallins. Ce sont sans aucun doute les panneaux monocristallins qui offrent le meilleur rendement : entre 16 % et 24 %.

Mais, quel que soit le type de cellules choisi, les facteurs extérieurs aux panneaux qui influencent leur rendement sont nombreux et doivent être pris en considération lors de la sélection de vos équipements photovoltaïques.

L’influence des températures sur un panneau solaire

En parlant des facteurs extérieurs, il reste un point que nous n’avons pas abordé jusqu’à présent : la température à laquelle sont soumis vos panneaux.

Il s’agit là encore d’une donnée déterminante pour assurer une bonne production d’électricité à votre centrale. Et contrairement à ce que vous pourriez croire, un panneau solaire redoute la chaleur bien plus que le froid ! En effet, lorsque la température d’un module augmente trop, la tension à vide de la cellule photovoltaïque diminue, entraînant immédiatement une chute de puissance de votre installation.

Bien qu’un panneau supporte mieux le froid que la chaleur excessive, les faibles températures peuvent quant à elles occasionner des chutes de neige, du gel et des grêlons, qui risquent d’obstruer la lumière et d’abîmer la vitre de protection de vos panneaux.

Pour assurer un rendement optimal à votre installation, pensez à inclure dans vos critères de choix la résistance aux conditions climatiques auxquelles seront exposés vos panneaux.

Comment optimiser le rendement de ses panneaux solaires ?

Bien dimensionner son installation avant l’achat

Plus votre installation dispose de cellules photovoltaïques, plus elle peut capter l’énergie solaire et plus elle produit d’électricité pour alimenter votre foyer (pour des panneaux de même puissance). Pour assurer un rendement maximal, il convient donc d’installer le plus de panneaux possible sur la surface de pose disponible.

Ça, c’est encore une fois la théorie. Mais en pratique, d’autres considérations doivent également entrer en ligne de compte pour bien dimensionner votre parc solaire, notamment :

• Votre budget : plus vous mettez en place de panneaux, plus votre investissement de départ est élevé.
• Vos besoins : inutile de financer l’achat d’une installation de 9 kWc si un parc de 6 kWc suffit à couvrir l’ensemble de la consommation électrique de votre maison et à générer du surplus que vous pouvez revendre – si vous le souhaitez – à EDF OA (Obligation d’achat) ou à un autre fournisseur.

Éviter les zones d’ombrage

Pour fonctionner à plein régime, vos panneaux ont besoin de profiter d’une exposition optimale. Il est donc évident qu’ils ne doivent jamais être gênés par l’ombre d’un obstacle extérieur (bâtiment voisin, arbre, etc.).

Assurer la ventilation pour éviter les surchauffes

Si vous avez le choix, privilégiez une installation en surimposition. En effet, celle-ci profite naturellement d’une meilleure ventilation qu’une intégration au bâti, grâce à la circulation de l’air entre les panneaux et la couverture du toit.

L’IAB (intégration au bâti) peut toutefois être imposée par les Architectes des Bâtiments de France si votre maison se trouve en zone protégée.

Bien entretenir son kit solaire

Un panneau photovoltaïque mal entretenu peut subir une baisse de productivité allant jusqu’à 7 % ! Ceci s’explique par la gêne occasionnée par les dépôts (poussière, pollens, feuilles d’arbres, etc.) qui obstruent la lumière du soleil et font chuter le rendement de votre installation au fil du temps.

Pensez à nettoyer vos panneaux solaires une à deux fois par an à l’aide d’un chiffon doux et d’eau non pressurisée pour leur assurer un rendement durable.

Quel est le rendement d’un panneau thermique ?

Le rendement d’un panneau thermique est plus important que celui d’un module photovoltaïque : il peut atteindre jusqu’à 80 %.

Il n’est toutefois pas substituable à un panneau solaire, puisque son unique but est de produire de la chaleur pour votre foyer ou votre eau chaude sanitaire, pas de l’électricité.

Y a-t-il une perte de rendement au fil du temps ?

La capacité de production diminue progressivement tout au long de la durée de vie de vos panneaux solaires, qui peut aller jusqu’à 50 ans. C’est pourquoi il est primordial de prendre en considération la garantie de rendement – ou garantie de production – des panneaux que vous souhaitez acheter.

Une garantie de rendement de « 80 % sur 25 ans », par exemple, vous assure que vos modules maintiendront au moins 80 % de leur productivité d’origine 25 ans après leur mise en service.

Conclusion

Le rendement des panneaux solaires est un critère indispensable à prendre en compte lors du choix de vos futurs équipements, car il détermine leur capacité à produire un maximum d’électricité à partir de la lumière qu’ils captent.

Mais cela ne suffit pas à garantir un excellent rendement global à votre installation : celui-ci dépend de nombreuses autres conditions, comme le taux d’ensoleillement, l’orientation et l’inclinaison de vos modules, la fréquence de leur entretien, etc. Pensez à suivre les conseils donnés dans cet article pour favoriser un rendement optimal de votre parc solaire ! 
Et si vous souhaitez bénéficier de conseils personnalisés pour maximiser la productivité de vos panneaux solaires, n’hésitez pas à solliciter nos équipes d’experts !