Panneaux photovoltaïques: Principes de fonctionnement & Critères d'efficacité

Les panneaux photovoltaïques (PV) produisent de l'électricité à partir de la luminosité du jour. Il se distingue ainsi des panneaux solaires thermiques qui vont quant à eux produire de la chaleur. 

Dans cet article nous vous présentons les grands principes de fonctionnement des panneaux photovoltaïques et le difficile calcul financier derrière ce type d'équipement. 

Fonctionnement des cellules photovoltaïques et facteurs influençant la production solaire

A la surface des panneaux photovoltaïques (PV) on trouve une plaque de verre transparente derrière laquelle est située des cellules photovoltaïques. Ces cellules photovoltaïques sont des semi-conducteurs qui transforment la luminosité en électricité: imaginez-vous que la lumière est capable de mettre en tension un ressort. C’est ce mouvement qui génère un courant électrique qui est canalisé sous forme de courant électrique continu, qui grâce à un onduleur est transformée en courant alternatif pour être auto-consommée ou remise dans le réseau.

Un PV standard propose des des dimensions de 170cm x 100cm soit 1,7m2, constitué en moyenne d’une soixantaine de cellules semi-conducteur.

Pour une explication physique du fonctionnement des cellules photovoltaïques nous vous invitons à consulter cette vidéo: 

La production d'un panneau photovoltaïque est donc dépendante de son exposition à la lumière du jour. Ainsi les facteurs suivants influenceront sa production: 

Facteurs influençant la production d'un panneau photovoltaïque

  • l'ensoleillement d'une région: selon le site de la Commission Européenne, une installation de 8 PV à Marseille produirait 35% de plus qu'une installation similaire à Bourges (centre de la France) et 55% de plus qu'à Lille
  • le moment de la journée: environ 30% de la production d'une journée a lieu entre 12H et 14H
  • la saison: 30% de la production a lieu sur juillet-août contre 6% en décembre-janvier
  • la parfaite orientation vers le sud: mesuré avec l'indicateur Azimut qui doit être le plus proche de 0 possible, un panneau photovoltaïque orienté plein sud, produirait 10% de plus qu'un panneau orienté sud-ouest (45°)
  • l'inclinaison du panneau
  • les masques solaires: y-a-t-il de l'ombre sur le panneau à certains moments de la journée (maison avoisinantes, cheminée du toit, arbre, montagne...)

Comment mesurer la production d'une installation solaire

Puissance d'un panneau photovoltaïque

Un panneau photovoltaïque propose une puissance de production nominale affichée comprise entre de 270W à 350W par panneau.

Cependant il s'agit d'une puissance exprimée en kilowatt-crête (kWc) ce qui correspond à la capacité de production d'énergie dans des conditions optimales de laboratoire, avec un rayonnement parfaitement perpendiculaire au panneau (plus conditions de température ambiante et d'humidité parfaites). Cela n'arrive simplement jamais! La puissance de production réelle est donc souvent considérée comme étant 75% de la puissance crête. 

Nombre Panneaux Puissance Crête Puissance Max Estimée
1 panneau 300Wc 225W
3 panneaux 1kWc 750W
9 panneaux 3kWc 2 250W

Ainsi, contrairement à la majorité des appareils ménagers qui peuvent fonctionner à leur puissance maximale (par exemple un radiateur électrique de 1000W (1kW) est entièrement utilisée lorsque vous rentrez à la maison et que vous demandez à l'appareil de remonter la température de 3°C), les PV en sont incapables. 

Production d'une installation photovoltaïque dans des conditions idéales

Bien entendu l'opportunité d'installer des panneaux photovoltaïque dépend de la région dans laquelle vous vous situez. Il existe 4 niveau d'ensoleillement en France dont les villes de Lille, Bourges, Bordeaux et Marseille sont représentatives. Selon le site de la Commission Européenne, voici la production associée à chacune de ces zones pour une installation plein sud:

Prodution annuelle photovoltaïque Lille Bourges Bordeaux Marseille
1 panneau 344kWh 380kWh 402kWh 526kWh
3 panneaux 1033kWh 1140kWh 1205kWh 1578kWh
9 panneaux 3100kW 3420kWh 3615kWh 4734kWh

 

Il s'agit ici de la production en kWh pour une installation de panneaux photovoltaïques sur un toit de 35° quasi parfaitement orienté au sud. On y voit que la production à Marseille est réduite de 27% entre Marseille et Bourges (centre de la France). L'énergie solaire est donc une opportunité qui se justifie beaucoup plus facilement dans les régions du sud de la France.

D'autant que pour tirer pleinement profit de cette production il est nécessaire d'avoir une stratégie d'auto-consommation ou de revente adaptée, ce qui complexifie le calcul de rentabilité de votre installation.

Définir si mon projet est rentable: investissement initial, prix de l'électricité, calculs

Comme nous l'expliquons dans notre article d'introduction sur les différents types d'équipements solaires, l'augmentation du prix de l'electricité rend le panneau photovoltaïque rentable. A condition de bien dimensionner la puissance de son installation et de choisir le bon système entre revente totale, auto-consommation totale ou partielle. 

Quelles stratégies: revente, auto-consommation partielle ou totale 

Prix, travaux, aides et coûts de maintenance d'une installation photovoltaïque

Calcul de rentabilité d'une installation photovoltaïque et configuration recommandée