Pour produire de l’électricité, un panneau solaire a besoin… (suspens) de soleil ! 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. Types d’ombrages, conséquences de leur présence sur votre production, solutions pour minimiser l’impact de l’ombre sur vos panneaux solaires… Détaillons tout cela ensemble.
Points clés :
- Les zones d’ombres limitent ou annulent la capacité de production de vos modules
- Il peut s’agir d’ombrage partiel ou total causé par des obstacles environnants (bâtiments voisins, arbres, etc.) ou directement posés sur les panneaux (fientes d’oiseaux, feuilles, etc.)
- L’utilisation de micro-onduleur ou de diodes bypass permet de réduire considérablement le risque de perte de productivité en chaîne sur les toitures partiellement ombragées
- 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
Comment fonctionne un panneau solaire face à l’ombre ?
Cellules en série et effet boule de neige
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.
Cette interdépendance décuple les conséquences d’une zone d’ombrage même minime sur un module. En effet, une seule cellule gênée par une ombre entraîne un effet boule de neige sur une grande partie du panneau, et donc une baisse globale de rendement.
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.
Le rôle de l’onduleur dans la chaîne de production
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. 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.
Le problème est que tous les panneaux sont montés en chaîne sur l’onduleur central, qu’on appelle d’ailleurs également « onduleur de chaîne ». Si un seul panneau de cette chaîne est défaillant à cause d’une zone d’ombre, c’est l’ensemble de votre installation qui en pâtit.
L’onduleur central, auquel sont connectés tous vos modules en série, peut être remplacé par des micro-onduleurs pour éviter ce problème. Nous y reviendrons plus en détail un peu plus loin dans cet article.
Les types d’ombrage et leurs sources
Ombrage partiel vs ombrage total
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, mais la quantité de courant électrique créé est considérablement réduite en comparaison à une exposition complète.
Une ombre totale (ou ombrage total) ne laisse pas du tout passer la lumière. Les causes d’ombre complète sont généralement 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.) ou d’épaisses couches de neige. Aucun photon ne peut alors atteindre les cellules photovoltaïques obstruées, et ces dernières ne produisent plus du tout de courant électrique.
Petite précision : même par temps nuageux, les zones d’ombrage total restent fortement pénalisantes, car elles obstruent le peu de rayons solaires qui ont passé le couvert nuageux et empêchent le fonctionnement des cellules photovoltaïques.
Sources naturelles et artificielles
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 notamment lorsque celui-ci est bas sur l’horizon (en début de matinée et en soirée, et en hiver)
- 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, d’épaisses couches de neige, etc.
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, châssis de velux, etc.). Pensez à bien cartographier l’ensemble des éléments environnant votre future installation afin d’éviter toute mauvaise surprise lors de sa mise en fonctionnement.
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.
L’auto-ombrage entre rangées de panneaux
Il est utile ici d’apporter une précision concernant les panneaux solaires installés sur surface plate (au sol ou sur toit plat). Dans ce cas de figure, un panneau mal positionné peut projeter son ombre sur la rangée voisine, surtout en hiver lorsque le soleil est bas sur l’horizon. Il s’agit d’un risque souvent sous-estimé par les usagers qui montent eux-mêmes leur installation DIY sans réaliser d’étude préalable.
Pour éviter ce risque, il existe une règle simple : l’espacement entre les rangées de panneaux solaires doit être supérieur ou égal au double de la hauteur du module incliné.
Les effets de l’ombre sur votre production et votre installation
Perte de production et impact sur la rentabilité
Comme nous l’avons expliqué précédemment, la moindre cellule ombragée d’un module fait chuter l’ensemble des capacités de production du panneau entier. Un effet encore décuplé sur les installations équipées d’un onduleur central, dont les modules sont montés en série : une zone d’ombre sur une seule cellule d’un seul panneau a alors un impact sur l’ensemble du parc solaire, qui voit alors sa productivité chuter considérablement.
Or, 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 via l’offre EDF OA (Obligation d’Achat) ou MK-Surplus permet de générer un revenu d’appoint non négligeable. Le calcul est alors simple : augmentation des dépenses + diminution des revenus = baisse importante du retour sur investissement de votre installation.
Points chauds (hot spots) : un risque pour vos modules
Une cellule ombragée se comporte en récepteur plutôt qu’en générateur : elle dissipe de l’énergie sous forme de chaleur, et crée alors l’apparition d’un point chaud, ou hot spot. Sur ce point précis, la température peut alors augmenter jusqu’à 20 °C de plus que sur le reste du panneau. Cette hausse conséquente de chaleur interne réduit fortement le rendement et peut même endommager irrémédiablement le module concerné.
L’utilisation de diodes bypass peut éviter cette situation catastrophique, comme nous allons le voir tout de suite.
Les technologies qui limitent l’impact de l’ombre
Les diodes bypass intégrées aux panneaux
Les diodes bypass sont des composants électroniques placés dans la boîte de jonction située au dos de chaque panneau d’une installation. Comptez en général 3 diodes par panneau de 60 à 72 cellules.
Leur rôle est de créer un chemin alternatif pour le courant lorsqu’une ou plusieurs cellules photovoltaïques sont ombragées, afin d’éviter la création de hot spots. Cela permet de limiter la perte de rendement à 1/3 du module au lieu de l’entièreté de ses cellules.
Pensez donc bien à vérifier que le modèle de panneau que vous prévoyez d’acheter est bien équipé de diodes bypass, comme c’est le cas pour le panneau solaire MK-SUN 600 Wc.
Onduleur central vs micro-onduleurs face à l’ombre
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.
Les systèmes 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.
L’acquisition de micro-onduleurs est donc fortement recommandée pour les toitures pouvant être gênées par des zones d’ombrages partielles.
Les optimiseurs de puissance, une alternative
Il existe une alternative aux micro-onduleurs pour les installations déjà équipées d’un onduleur central : les optimiseurs de puissance. Placés sous chaque panneau, ils ajustent en continu sa tension et son intensité pour le maintenir à son point de puissance maximale (MPPT). Ils restent cependant moins performants que les micro-onduleurs. Ces derniers restent donc la solution à privilégier pour votre future installation si votre toiture est partiellement ombragée à certains moments de la journée.
Bonnes pratiques pour limiter les ombrages
Règle de distance et positionnement
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. Privilégiez si possible la toiture : plus votre kit solaire est placé en hauteur, plus il est à l’abri de potentielles zones d’ombres.
Il convient si possible d’appliquer une règle de base afin d’éviter de subir les ombres projetées par les obstacles environnants : respecter une distance entre vos panneaux et l’obstacle deux fois supérieure à la hauteur de ce dernier.
Attention cependant à anticiper la croissance des végétaux : un jeune arbre peut gagner de 25 à 50 cm par an selon l’espèce. La durée de vie de vos panneaux solaires pouvant aller jusqu’à 40 ans, il convient de prévoir à l’avance l’évolution de votre environnement direct.
L’étude d’ombrage avant installation
Afin d’éviter tout désagrément futur dû à des zones d’ombre imprévues, il est vivement conseillé de réaliser en amont de votre projet un calepinage photovoltaïque. Cela consiste à modéliser la trajectoire des rayons solaires sur votre toiture à différentes heures de la journée et à différentes saisons, afin de détecter à l’avance l’apparition de potentiels ombrages.
Vous pouvez facilement effectuer une première estimation à l’aide d’outils en ligne gratuits comme PVGIS, SunEye ou Shadowmap. Pour profiter d’une étude plus précise et hautement personnalisée, n’hésitez pas à faire appel à nos équipes d’experts !
Nettoyage régulier des modules
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.
En plus de ces nettoyages, n’hésitez pas à enlever régulièrement les épines de pin et les feuilles mortes en automne.
Surveiller sa production avec un outil de suivi
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 d’utiliser d’un outil de suivi de production, comme l’assistant de suivi Ecojoko, qui vous permet de contrôler au quotidien le rendement de votre installation grâce à une application mobile dédiée.
Un simple coup d’œil sur votre téléphone portable une fois par semaine vous permet ainsi de réagir rapidement et efficacement en cas d’apparition d’un dysfonctionnement dû à une zone d’ombre.
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