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Pour produire de l’électricité, un panneau solaire a besoin… (suspens) de soleil ! En effet, c’est en captant l’énergie des rayons du soleil que ses cellules en silicium peuvent générer un courant électrique. C’est ce qu’on appelle l’effet photovoltaïque.
Mais que se passe-t-il lorsqu’une partie (ou la totalité) de ces cellules est gênée par une zone d’ombre ? Eh bien, sans surprise, le rendement de vos panneaux chute, ainsi que votre production d’électricité et que les économies que vous pouvez réaliser avec votre installation.
Mais concrètement, comment est-ce que tout cela fonctionne ? Quels sont les différents types d’ombrages ? Quelles sont les conséquences de leur présence sur votre production, et sur l’efficacité de vos modules et de votre onduleur ? Et, surtout, quelles sont les solutions pour minimiser l’impact de l’ombre sur vos panneaux solaires ?
Nous allons détailler tout cela ensemble au fil de cet article. Mais d’abord, revenons rapidement sur le fonctionnement des panneaux solaires afin de mieux comprendre les conséquences des zones d’ombres sur la rentabilité d’un parc photovoltaïque.
Points clés :
- Les panneaux solaires ont besoin d’être exposés directement aux rayons du soleil pour fonctionner de façon optimale
- Les zones d’ombres limitent ou annulent la capacité de production de vos modules
- La mise en place de micro-onduleurs permet de réduire considérablement le risque de perte de productivité en chaîne de l’ensemble de vos modules
- Contrôler quotidiennement le bon fonctionnement de votre installation à l’aide d’un outil de suivi de production vous permet d’identifier immédiatement tout dysfonctionnement dû à une zone d’ombrage
Rappel : Le fonctionnement des panneaux solaires
Fonctionnement des panneaux photovoltaïques
L’effet photovoltaïque
Comme vous le savez, un panneau solaire capte l’énergie contenue dans les rayons solaires et la transforme en électricité. Mais comment cela fonctionne-t-il ? La réponse est simple : grâce à l’effet photovoltaïque !
En 1839, le physicien français Alexandre Edmond-Becquerel constate qu’il est possible de dégager de l’énergie grâce aux photons présents dans la lumière du soleil. Et, plus intéressant encore, il remarque que ces particules génèrent une tension électrique lorsqu’elles sont absorbées par un matériau semi-conducteur (comme le silicium).
Pour résumer grossièrement ce phénomène, les électrons arrachés à l’atome de silicium se déplacent et laissent un vide, et c’est ce mouvement qui crée un champ électrique.
Le rôle de l’onduleur ou des micro-onduleurs
Grâce au silicium contenu dans ses cellules, un panneau solaire produit donc de l’électricité à partir de la lumière du soleil. Mais il y a un petit bémol à souligner à propos de ce processus : cette électricité apparaît sous la forme de courant continu, inexploitable en l’état.
Il est alors envoyé vers un autre dispositif au cœur de votre installation solaire, l’onduleur central. Le rôle de ce dernier est primordial : c’est lui qui transforme le courant continu généré par vos modules en courant alternatif, qui peut être directement utilisé pour alimenter vos équipements domestiques et injecté au sein du réseau de distribution public d’Enedis.
À NOTER
L’onduleur central, auquel sont connectés tous vos modules en série, peut être remplacé par des micro-onduleurs. Chaque panneau (ou couple de deux panneaux) est alors relié à son propre micro-onduleur, et l’ensemble est monté en parallèle. Cela favorise l’indépendance de chaque panneau et limite grandement les dysfonctionnements en chaîne, comme nous le verrons plus loin dans cet article.
Un montage des cellules en série
Pour prendre pleinement conscience de l’impact de l’ombre sur un panneau solaire, il est nécessaire de savoir que les cellules photovoltaïques sont montées en série. Or, si un des maillons souffre d’un problème de fonctionnement, c’est l’ensemble de la chaîne qui voit sa production chuter.
Pour en revenir à notre sujet du jour, cette interdépendance décuple les conséquences d’une zone d’ombrage même minime sur un module. En effet, une seule cellule gênée par une ombre partielle ou totale entraîne un effet boule de neige sur une grande partie du panneau, et donc une baisse globale de rendement pour celui-ci.
À NOTER
Un panneau standard est généralement découpé en 3 zones distinctes. C’est alors un tiers du module qui ne produit plus d’électricité si une seule de ses cellules est obstruée, ce qui peut arriver avec une simple feuille d’arbre posée sur sa surface.
Importance de l’ensoleillement et du positionnement
Puisque la production d’énergie d’un panneau photovoltaïque dépend des photons contenus dans la lumière solaire, on peut en déduire un fait tout simple : plus un module est exposé aux rayons du soleil, plus il produit d’électricité.
C’est pourquoi il est crucial de veiller à ce que l’ensemble de vos panneaux profite d’un ensoleillement maximum. C’est d’autant plus vrai pour une installation avec onduleur central, dont les modules sont montés en série.
La zone de pose de votre parc solaire doit donc profiter d’une exposition optimale, sans aucun obstacle menaçant d’obstruer la lumière du soleil. Il est également nécessaire de prévoir les meilleures orientations et inclinaisons possibles pour vos modules, afin qu’ils bénéficient d’une durée et d’une qualité d’ensoleillement maximales. Nous reviendrons sur ce dernier point un peu plus loin dans cet article, dans la partie consacrée aux solutions à mettre en place pour minimiser l’impact de l’ombre sur la rentabilité de votre installation.
Les différents types d’ombrages
Il est courant de distinguer deux types d’ombrages, dont l’impact sur le rendement de vos panneaux solaires diffère légèrement : les ombres partielles et les ombres totales.
L’ombrage partiel
Une ombre partielle (ou ombrage partiel) est créée par un obstacle qui obstrue seulement une fraction des rayons solaires. L’exemple typique d’une cause d’ombrage partiel est le branchage ou le feuillage d’un arbre.
Une partie des photons contenus dans la lumière du soleil viennent donc frapper les cellules en silicium et permet de générer l’effet photovoltaïque, mais la quantité de courant électrique créé est considérablement réduite en comparaison d’une exposition complète.
L’ombrage total
Une ombre totale (ou ombrage total) ne laisse pas du tout passer la lumière. Les causes d’ombre complète sont les obstacles opaques placés en contact direct sur la face avant de votre panneau. Il peut s’agir par exemple de feuilles d’arbres, de déchets apportés par le vent comme des sacs plastiques, de fientes d’oiseau, ou tout simplement de l’accumulation de dépôt de saletés (poussière, pollens, etc.).
Aucun photon ne peut alors atteindre les cellules photovoltaïques obstruées, et ces dernières ne produisent plus du tout de courant électrique.
Les effets de l’ombre sur la production d’énergie solaire
Réduction de la luminosité et donc de la production
Comme nous l’avons expliqué précédemment, moins un panneau photovoltaïque est exposé à la lumière du soleil, moins il produit d’électricité. C’est d’autant plus vrai concernant les installations équipées d’un onduleur central, dont les modules sont montés en série. La moindre zone d’ombre sur une des cellules d’un seul panneau a donc un impact immédiat et notable sur l’ensemble du parc solaire, qui voit alors sa productivité chuter considérablement.
Impact sur la rentabilité de l’installation
Qui dit baisse de productivité, dit forcément baisse de rentabilité ! En effet, si votre installation produit moins d’énergie, vous êtes obligés d’acheter plus d’électricité auprès d’un fournisseur pour combler l’ensemble des besoins de votre foyer. Vous limitez donc les économies réalisées sur votre facture d’électricité annuelle.
Par ailleurs, vous réduisez également la possibilité de disposer d’un excédent de production. Or la revente de ce surplus à EDF OA (Obligation d’Achat) ou à un autre fournisseur permet de générer un revenu d’appoint non négligeable, qui accélère encore l’amortissement de votre parc solaire.
Le calcul est alors simple : augmentation des dépenses + diminution des revenus = baisse importante du retour sur investissement de votre installation.
Formation de points chauds sur les panneaux
Dans un panneau solaire, une cellule qui génère un courant plus faible que les autres peut créer l’apparition d’un point chaud, ou hot spot. Il s’agit d’une surchauffe importante située sur une surface précise du module, qui peut atteindre une hausse de température allant jusqu’à 20°C de plus que les autres cellules.
Or, une température trop élevée entraîne une chute de rendement notable. Dans les pires cas de figure – qui restent heureusement rares – la formation d’un point chaud peut provoquer une flamme localisée, qui crée alors des dommages sur votre panneau, voire un risque d’incendie.
L’ombre face à l’onduleur et au micro-onduleur
Comme nous l’avons évoqué précédemment, un onduleur central transforme en courant alternatif le courant continu produit par l’ensemble des panneaux solaires, qui sont alors montés en série.
Un seul panneau qui souffre d’une baisse de production due à la présence d’ombre nuit alors à la productivité de toute l’installation photovoltaïque.
Ici, par exemple, la pointe ombragée de la toiture met en péril toute la productivité de l’installation.
Les systèmes d’autoconsommation équipés de micro-onduleurs réduisent fortement ce problème. En effet, chaque panneau (1 onduleur pour 1 panneau) ou couple de panneaux (1 onduleur pour 2 panneaux) est indépendant dans sa captation d’énergie solaire.
Ainsi, si un panneau est gêné par une zone d’ombre, les autres modules de l’installation produisent malgré tout à plein régime, car ils sont équipés de leurs propres micro-onduleurs.
Si, auparavant, les installations solaires ne pouvaient sous aucun prétexte être exposées à une zone d’ombrage sous peine d’une production globale mise en péril, les systèmes équipés de micro-onduleurs permettent malgré tout de conserver une production des autres panneaux maximale. L’impact de l’ombre reste tout de même existant, et l’acquisition de micro-onduleurs ne dispense pas de prêter attention aux conditions d’ensoleillement de chaque panneau tout au long de la journée.
NOTRE CONSEIL
Veillez bien à la qualité du micro-onduleur que vous choisissez de mettre en place et à la garantie que l’on vous propose sur cette pièce qui est, vous l’aurez compris, essentielle au bon fonctionnement de votre kit solaire.
Les sources d’ombre potentielles pour les panneaux solaires
On peut distinguer 2 grandes familles d’obstacles pouvant créer de l’ombre, auxquels il est nécessaire de prêter attention lorsque vous réfléchissez à la zone d’installation de votre projet solaire : les obstacles naturels et les obstacles artificiels.
Les obstacles naturels
Les sources d’ombre naturelles peuvent être situées :
- À distance. Il peut s’agir par exemple d’arbres qui poussent à proximité de votre maison, ou de reliefs naturels (coteau, pics rocheux, etc.) qui cachent le soleil à certains moments de la journée.
- Directement sur votre panneau. C’est le cas des fientes d’oiseaux et des dépôts de pollens, de poussière, de sable, de feuilles d’arbres, d’épines de pin, etc.
Les obstacles artificiels
Les obstacles artificiels qui génèrent de l’ombre sur vos panneaux solaires sont le plus souvent des bâtiments voisins (maisons, immeubles), des structures construites à proximité (hangars, ponts, château d’eau, etc.) ou tout simplement des éléments de votre toiture (antenne, cheminée, etc.).
Mais il peut également s’agir d’objets divers apportés par le vent ou jetés sur votre toit, comme des sacs plastiques par exemple, qui ont tendance à adhérer aux dépôts de saleté agglutinés sur les vitres de protection des modules s’ils sont mouillés par la pluie.
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Les solutions pour minimiser l’impact de l’ombre
Le positionnement de votre kit solaire
Lorsque vous décidez d’installer un parc photovoltaïque en autoconsommation pour votre foyer, vous pouvez choisir entre différentes zones d’implantation comme le sol, votre toiture ou même un abri de jardin. Plus votre kit solaire sera placé en hauteur, plus il sera à l’abri de potentielles zones d’ombres.
Mais, plus important encore, vous devez définir l’inclinaison et l’orientation de vos panneaux solaires. Ces critères sont essentiels pour optimiser votre production d’énergie, et doivent être pris en considération dès les premières étapes de conception.
Ainsi, pour que votre production soit au plus haut, l’orientation optimale doit être plein sud (si vous habitez dans l’hémisphère nord, en France métropolitaine par exemple) et l’inclinaison doit être de 30° par rapport au sol.
À NOTER
À quelques degrés près, cet angle correspond à la pente naturelle de la plupart des toitures inclinées. Si ce n’est pas le cas de votre toit, pas d’inquiétude : un bon rendement reste assuré même si cet angle idéal varie de 20 ou 30°.
Le nettoyage régulier de vos panneaux
Nous en avons déjà parlé dans cet article : une des causes les plus courantes d’ombrage total, qui est souvent sous-estimée, est l’accumulation de dépôt de saletés sur les vitres de protection de vos modules.
Ce désagrément est pourtant extrêmement simple à éviter : il vous suffit de nettoyer vos panneaux une à deux fois par an avec un chiffon doux et de l’eau non pressurisée. Vous pouvez également utiliser un produit d’entretien spécifiquement conçu pour les vitres de panneaux solaires, afin de faciliter le nettoyage et de le faire durer plus longtemps.
Les outils de suivi de production
Même en ayant bien pensé l’installation et le dimensionnement de vos panneaux solaires, il arrive fréquemment que des zones d’ombre apparaissent au fil du temps. Il peut s’agir de bâtiments construits après la mise en place de vos modules, d’arbres qui prennent de la hauteur, ou simplement de dépôts soudains de saletés (déchets portés par une tempête, fientes d’oiseaux, chute de feuilles en automne, etc.).
C’est pourquoi nous recommandons vivement l’utilisation d’un outil de suivi de production, qui vous permet de contrôler au quotidien le rendement de votre installation d’un simple coup d’œil sur votre téléphone portable, grâce à une application mobile dédiée.
Le choix d’installer des micro-onduleurs
Nous ne nous attarderons pas sur ce point, que nous avons déjà traité en détail un peu plus tôt. Retenez simplement que privilégier l’utilisation de micro-onduleurs plutôt que d’un onduleur central permet de monter vos panneaux en parallèle, et non pas en série.
Ceci assure de contenir tout potentiel dysfonctionnement uniquement sur le moduleconcerné, et d’éviter un effet boule de neige qui ferait chuter le rendement de l’ensemble de votre installation.
Conclusion
La présence de zones d’ombrages, qu’elles soient partielles ou totales, a un impact direct et important sur le rendement de votre installation, et donc sur sa rentabilité : plus vos panneaux sont exposés à l’ombre, moins ils génèrent d’électricité, et moins vous réalisez d’économies et/ou de revenus grâce à votre production.
C’est pourquoi il est recommandé de privilégier l’utilisation de micro-onduleurs, qui permettent d’isoler tout dysfonctionnement, et de vous assurer qu’aucune ombre ne vienne gêner vos panneaux solaires, à aucun moment de la journée.
N’hésitez pas à nous solliciter afin de vous aider à choisir les micro-onduleurs et la box de suivi de production les mieux adaptés pour votre future installation !
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