Calculer la production réelle d'un panneau solaire

La production d'une cellule photovoltaïque dépend évidemment du soleil. Par conséquent il est impossible de dire par avance quelle quantité d'électricité produira un panneau solaire : la production sera différente selon l'endroit où vous l'installerez et même suivant la position que vous lui donnerez.
L'objectif de cet article est de vous aidez à évaluer la production réelle à l'endroit où vous envisagez d'installer vos panneaux solaires.

Watt, watt-crête, watt-heure ?

La puissance des panneaux solaires est exprimée en watt-crête : un panneau de 1kWc produit une puissance de 1kW dans des conditions standards, l'énergie produite est donc de 1kWh par heure dans ces même conditions. Mais attention cela n'est vrai que dans un laboratoire, pour une installation réelle, il n'y a pas de lien direct entre watt-crête, watt et watt-heure ! 
L'énergie produite dans des conditions réelles sera en général nettement inférieure à celle qui aurait été produite dans des conditions standards. Elle dépendra essentiellement de 3 facteurs :

• le rayonnement global journalier, c'est-à-dire l'ensoleillement
  
• la position des panneaux solaires (orientation et inclinaison)
• la température

Il existe deux façons de calculer la production :

• Vous pouvez utiliser un logiciel de simulation de l'ensoleillement, par exemple celui que l'Union Européenne propose gratuitement pour calculer le potentiel solaire n'importe où en Europe ou en Afrique
• Si vous ne trouvez pas d'outil correspondant à vos besoins ou si vous souhaitez vérifier vous-même les résultats fournis par un logiciel, vous devez utiliser la méthode ci-dessous.

Première étape : le soleil

Pour commencer vous devez chercher quelle est, dans votre région, la quantité d'énergie reçue chaque jour du soleil. Cette quantité est appelée irradiation journalière ou rayonnement global journalier ou rayonnement solaire intégré, elle s'exprime en Watt-heure par mètre carré par jour (Wh/m²/j) pour une inclinaison donnée.
Cette donnée peut être obtenue auprès des services météorologiques ou de professionnels (par exemple votre fournisseur de panneaux solaires). De très nombreuses mesures sont disponibles dans la bases de données du logiciel canadien RETScreen (téléchargeable gratuitement ici)

L'ensoleillement varie évidemment en fonction de la saison, il est donc souvent fourni en moyenne mensuelle. Dans la pratique c'est surtout la valeur du mois le plus mauvais (en hiver dans les zones tempérées, pendant la saisons de pluies dans les zones équatoriales et tropicales) qui va nous intéresser puisque objectif est de concevoir une installation solaire capable de couvrir les besoins en énergie pendant toute l'année : qui peut le plus peut le moins, le dimensionnement sera en général basé sur le plus mauvais mois.
La valeur du meilleurs mois peut aussi être intéressante pour avoir une idée de la production maximale de l'installation.
La valeur fournie dépend également de l'angle sous lequel la mesure a été effectuée. En général la mesure est effectuée à l'horizontale. Si vous souhaitez obtenir l'irradiation selon un autre angle, il vous suffit de diviser la valeur à l'horizontale par le cosinus de l'angle qui vous intéresse.

Pertes liées à l'orientation des panneaux 

L'angle formé par les rayons du soleil et le panneau solaire est appelé angle d'incidence (noté α). La production est maximale si les rayons du soleil atteignent la surface du panneau perpendiculairement à midi (heure solaire).

Inclinaison de 90° par rapport aux rayons du soleil (au centre) = production optimale

En général, on cherche à optimiser la production pendant le mois de plus faible ensoleillement : il faut donc que les rayons du soleil soient perpendiculaire au panneau pendant ce mois.
Pour en savoir plus à ce sujet voir l'article : Trouver l'orientation et l'inclinaison optimale pour un panneau solaire

Lorsque les rayons du soleil n'atteignent pas le panneau sous l'angle optimal, le rendement est approximativement :

sinus (α)

     

Pertes liées à la température

La puissance-crête est donnée pour une température de 25°C. Si la température réelle est très supérieure à cette valeur, il faudra en tenir compte. Les pertes seront alors de 0.4% par degrés pour une cellule mono ou polycristalline (les plus courantes) et de 0.3% par degrés pour les autres technologies.
Attention : il s'agit de la température du panneau solaire et non de la température ambiante. La température du panneau est supérieure à la température l'air (par exemple de 10°C).

Pour conclure

L'énergie qui sera fournie pour 1kWc installé est environ :

Rayonnement global journalier x sin(α) x (1 - (température - 25) x 0.004)

Pour aller plus loin :

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