Photovoltaïque et production d’électricité

Les installations photovoltaïques prennent une part croissante dans le mix énergétique. Plus qu’une alternative, ils apportent une vraie valeur ajoutée sur le marché en exploitant cette source gratuite qui est le rayonnement du soleil. 

Egalement : il s’adresse directement à tous les particuliers disposant d’une surface suffisamment exposée au rayonnement du soleil.

Dans un précédent article nous abordons les généralités de cette source d’énergie infinie et de surcroît propre. Passons ici à l’aspect production, puissance et rendement qui sont bien l’intérêt d’une solution alternative.

Quantité d’énergie

Quatre éléments interviennent dans le calcul de l’énergie fournie par une installation.

  • la surface : le rendement d’une installation va dépendre de sa taille et donc de la surface allouée pour capter les rayons de lumière. Habituellement disposés sur une moitié du toit, il faut une surface minimale pour une meilleure rentabilité.
  • le rendement : différent selon le type de cellule qui compose l’installation, il peut varier de 6% à 14% en moyenne. Selon les caractéristiques de sa destination et de l’usage attendus, on optera pour des solutions adaptées où le coût sera également regardé.
  • ensoleillement de la surface : ce facteur est dépendant de l’inclinaison, et de la région d’implantation. Des cartes existent pour connaître cette donnée. Il est exprimé en kmh/an/m2. 
  • le coefficient de pertes : regroupe tous les postes de déperdition existant :
    • onduleur : mise aux normes de distribution; entre 8%-15%
    • température : 5%-12%
    • câbles et connexions : 2%
    • faible éclairement : 3%-7%
    • réflectivité : 3%

La formule physique de la quantité d’énergie est :

Energie = Surface x Rendement x facteur d’Ensoleillement x Coefficient de pertes kWc

La puissance d’une installation photovoltaïque

L’unité de mesure est : le KWC pour KiloWattheureCrête et la production maximale que peut dégager l’installation dans les conditions idéales :

  • ensoleillement de 1000 Wh/m2
  • température de 25°C
  • orientation sud
  • inclinaison de 30%
  • absence d’ombrage

La majorité des panneaux aujourd’hui ont une puissance de 300 WC (= watt crête).

Le standard des conditions optimales d’éclairement Standard Test Conditions STC est de 1000 Watts de lumière/m2 (plein soleil à midi en zone tempérée).

Cette puissance est dépendante des dimensions et du nombre de cellules raccordées en série. La norme est de 36 cellules/panneau solaire afin de produire une charge suffisamment efficace.

Calcul de la puissance réelle de l’installation

Un projet d’installation peut s’aborder de plusieurs manières. On peut calculer sur les bases de consommation réelle en cherchant à couvrir tout ou partie de ses besoins (auto-consommation), ou se baser sur la surface disponible chez soi (toit, sol,…) sachant que toutes les surfaces peuvent capter le rayonnement de lumière, mais sont plus ou moins rentables en fonction des facteurs évoqués plus haut. Enfin on peut aussi dédier un budget global à l’installation mais il faut dans ce cas choisir un type de panneau soit monocristallin ou polycristallin puisque le rendement impactera la production.

En partant de sa consommation, il faut connaître celle-ci à l’année et l’ensoleillement.

Par exemple une famille avec 2 enfants consomme 3000 kWh/an dans le centre de la France dont le facteur d’ensoleillement est de 1. La surface moyenne pour produire 1000 kWC étant 8m2, soit 8 panneaux, il faudra :

3 x 8 = 24m2 de surface  pour produire 3000 kWh/an.

Prenons maintenant la situation où on se base sur la surface de toiture disponible. Rappelons de suite que l’installation doit respecter une inclinaison de 30% pour être optimale. 

Et disons que la surface disponible soit de : 20m2. La puissance nominale de cette toiture sera de : 20/8 = 2,5 kWc (avec 8m2 de surface pour 1000 kWc).

Grâce à un facteur d’ensoleillement de 1, la production annuelle disponible sera de : 

2,5 kWc x 1000 = 2500 kWh/an.

Enfin, on peut aussi selon son budget : prenons pour l’exemple qu’une famille dispose d’un budget de 15 k€. Sachant que le coût moyen pour 1kWc est de 8 k€, et que le facteur d’ensoleillement est toujours de 1, on aura alors : 15000 € / 8000 € = 1,875 kWc et une surface à exploiter de :

1,875 x 8m2 = 15m2 pour un budget de 15 k€.

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