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Vous vous demandez tout simplement quelle puissance de panneaux solaires vous devez installer pour votre maison? Où installer vos panneaux solaires pour un rendement maximal? Quelle quantité d'électricité vous allez produire? Vous êtes au bon endroit!



Ces dernières années un certain nombre d’évolutions, comme la chute des prix des panneaux solaires photovoltaïques par exemple, ou encore la possibilité de faire de l’autoconsommation, ont amélioré la viabilité économique des projets photovoltaïques résidentiels. Néanmoins, il est très important, avant de se lancer dans la mise en œuvre d’un tel projet, de correctement estimer les intérêts d’un projet solaire photovoltaïque résidentiel pour s’assurer de l’adéquation entre retombées prévisionnelles et attentes, quel qu’en soit la nature. 

En effet si votre intérêt est purement économique, alors sachez que toutes les toitures ne sont pas propices à la mise en œuvre d’une installation photovoltaïque avec un retour sur investissement acceptable. Il n’y a que les éco-délinquants ou autres margoulins qui peuvent vous prétendre le contraire dans le but de vendre à tous prix leur prestation. 

Nous vous proposons ici de faire un tour des questions à se poser et des vérifications à faire avant de se lancer. 

Sommaire:

  1. Pourquoi s’intéresser à la production d’électricité photovoltaïque ?
  2. Comment évaluer le « potentiel solaire » d’une surface ?

           2.1 Quelles sont les surfaces éligibles à l’installation de panneaux solaires photovoltaïques ?
           2.2 Influence de la localisation géographique
           2.3 Influence de l’exposition géographique et de l’inclinaison sur le « potentiel solaire »
           2.4 Influence des environnements proche et lointain : les masques solaires
           2.5 La surface utile
           2.6 Comment calculer le potentiel de production annuelle d’une installation photovoltaïque ?
           2.7 Logiciels de simulation de la production

  



1. Pourquoi s’intéresser à la production d’électricité photovoltaïque ?



Il est important avant toute chose de bien définir vos attentes vis-à-vis d’un tel projet. Quelles sont les motivations qui vous amènent à envisager l’installation de panneaux solaires à votre domicile ? 

La réponse à cette question est cruciale car elle orientera les choix de scénario et permettra d’évaluer l’intérêt des différents scénarii envisagés pour finalement décider. 



Les différentes motivations possibles :

  • Economiques : alléger sa facture d’électricité ou/et disposer d’un revenu complémentaire
  • Ecologiques : participer à la transition énergétique en produisant le plus d’électricité verte pour soi et/ou les autres
  • Recherche d’une autonomie maximale
  • Alimenter en électricité un site isolé




Pour des considérations écologiques, le dimensionnement de l’installation dépendra plus de votre budget et de la surface disponible que pour des considérations économiques qui aiguilleront le dimensionnement en fonction de la consommation en électricité du foyer (quantité et répartition journalière : « profil de consommation ») et de l’exposition de la surface, dont découlera le choix de la méthode de valorisation : autoconsommation totale, partielle ou revente totale. 


Les chapitres suivants donneront les informations nécessaires pour étudier et chiffrer les différentes configurations. Ainsi vous serez capable de faire vous-même des simulations techniques et économiques.


Il existe des outils de simulation en ligne, dont nous parlerons, mais nous croyons qu’on ne peut faire le bon choix qu’en comprenant vraiment les différents aspects à prendre en considération pour l’évaluation de l’intérêt d’une installation photovoltaïque. Une fois ces différents items assimilés, pour pourrez alors exploiter ces logiciels pour vous aider dans vos simulations, ou nous contacter pour une étude solaire gratuite.





2. Comment évaluer le « potentiel solaire » d’une surface ?



2.1 Quelles sont les surfaces éligibles à l’installation de panneaux solaires photovoltaïques ?



Dans l’absolu toutes les surfaces disponibles peuvent accueillir des panneaux solaires photovoltaïques :

  • Toitures inclinées
  • Toitures plates
  • Sol
  • Carports
  • Façades verticales
  • Garde-corps
  • Brise-vue





En effet il existe des supports et des panneaux photovoltaïques pour toutes ces applications. 

Au-delà de l’esthétique qui ne regarde que vous (et le service de l’urbanisme de votre commune, voir éventuellement les architectes des bâtiments de France si vous être à proximité d’un monument classé), pour juger du potentiel d’une surface, il conviendra de tenir compte de :

  • L’exposition (Nord-Sud-Est-Ouest) et l’inclinaison
  • La surface utile
  • L’environnement proche et l’environnement lointain (ombrages)


A noter : si vous décidez d’installer vos panneaux photovoltaïques à moins d’1,80 m de hauteur, vous n’aurez alors pas besoin de faire de démarche auprès du service de l’urbanisme de votre commune.



2.2 Influence de la localisation géographique


Même s’il peut y avoir un réel intérêt à s’équiper d’une installation solaire photovoltaïque partout en France, l’irradiation solaire n’est pas la même d’une région à une autre


La carte ci-contre est un exemple de carte d’irradiation solaire annuel. 

Elle permet d’estimer, en fonction de la localisation, l’irradiation annuelle en kWh / m².


carte irradiation solaire annuel France



2.3 Influence de l’exposition géographique et de l’inclinaison sur le « potentiel solaire »

L’exposition géographique et l’inclinaison sont intimement liées

En effet ces 2 paramètres influencent en même temps l’angle d’incidence des rayons du soleil sur les panneaux photovoltaïques (plus l’angle est droit - 90° - plus l’irradiation est forte). Par conséquent un changement d’inclinaison n’aura pas le même effet sur le potentiel solaire selon l’exposition géographique


2.3.1 Influence de l’exposition géographique


Dans notre hémisphère, ce n’est un secret pour personne, l’exposition permettant de capter au mieux l’irradiation solaire et l’exposition SUD. Toute exposition différente se révélera moins efficace, mais contrairement à certaines idées reçues, l’écart de potentiel entre cet orientation optimale et d’autres orientations n’est pas très important


Exemple : pour une même inclinaison des panneaux photovoltaïques à 30°, l’orientation EST donnera (seulement!) environ 10% de potentiel en moins par rapport à une orientation SUD


2.3.2 Influence de l’inclinaison

L’inclinaison optimale dépend du lieu géographique. En France métropolitaine, l’angle optimal est en moyenne de 30°. Il tient compte de la « hauteur » du soleil aux différents moment de l’année comme le montre le schéma ci-dessous. 
Illustration de l'angle d'incidence du soleil en fonction de la saison



A l’inverse de l’exposition géographique, l’influence de l’inclinaison sur le « potentiel solaire » est plus importante qu’on ne l’imagine généralement. 

Exemple : Pour une même orientation SUD, la différence de « potentiel solaire » sera de -34% entre une inclinaison à 30° et une inclinaison à 90° (vertical).

Néanmoins il peut être intéressant dans certains cas de ne pas opter pour une inclinaison à 30°. C’est le cas notamment lorsque la consommation de courant s’effectue plus en hiver, qu’en été. En effet le soleil étant plus « bas » en hiver, pour avoir un angle d’incidence des rayons du soleil proche de l’optimum (90°) il est préférable d’avoir un angle plus important que 30°.






2.3.3 Synthèse : Facteurs de correction pour une inclinaison et une orientation données


facteurs de correction de l'inclinaison et de l'orientation des panneaux solaire photovoltaïques




A noter : Des trackers solaires (photos ci-dessous) sont des équipements sur lesquels sont installés les panneaux photovoltaïques et qui ajustent automatiquement l’orientation et l’inclinaison en suivant la position du soleil dans le ciel, de sorte à avoir à tous moments un angle d’incidence des rayons du soleil optimal (90°). Ces équipements sont coûteux, s’installent au sol, et occupent une surface importante pour leur permettre de pivoter. 


trackers solaires photovoltaïquestrackers solaires photovoltaïques


Attention : si vous envisagez 2 sous-ensembles de panneaux photovoltaïques avec 2 orientations/inclinaisons différentes, il est fortement déconseillé de les monter en série


Souvenez-vous de ce graphique :


illustration de l'influence de l'intensité de l'irradiation solaire sur la puissance de production d'un panneau solaire photovoltaïque


Il nous rappelle que lorsque l’irradiation lumineuse baisse, c’est surtout l’intensité Impp qui est impactée, beaucoup plus que la tension Umpp. 

Et comme pour un montage en série c’est le panneau qui a la plus faible intensité Impp qui dicte l’intensité Impp à tous les autres panneaux, c’est le sous-ensemble qui aura la moins bonne orientation qui dictera l’intensité Impp à l’ensemble de l’installation. 

Pour y remédier il convient de faire 2 ensembles distincts, et d’opter pour un onduleur à 2 trackers mpp, donc 2 entrées (aussi appelé onduleur « multi-string »), ou bien d'utiliser des micro-onduleurs



2.4 Influence des environnements proche et lointain : les masques solaires

2.4.1 Effets d’une ombre sur une installation photovoltaïque

Le potentiel solaire d’une surface dépend de l’environnement et plus précisément des ombres qu’il peut générer sur cette surface à certains moments de la journée. 

L’effet de ces ombres sur le rendement d’une installation peut-être plus important que la part de surface concernée par l’ombre. 
En effet, le principe est le même que pour les cellules photovoltaïques qui composent un panneau. Si l’un des panneaux photovoltaïques est recouvert par une ombre alors c’est le rendement de l’ensemble des panneaux associés en série avec ce panneau qui vont être affectés. 
Pour cela il est important de veiller à éviter au maximum la présence d’ombres sur votre champ de panneaux solaires. 






2.4.2 Les masques solaires

Les masques solaires sont les éléments de l’environnement du lieu concerné qui vont masquer le soleil à un moment de la journée et ainsi provoquer une ombre
L’étude des masques solaires est donc un élément primordial à prendre en compte pour l’évaluation du potentiel solaire d’une surface. 
On distingue 2 types de masques solaires. Les masques lointains et les masques proches 

Les masques lointains
 : ce sont les éléments du relief (montages et collines) qui peuvent générer des ombres sur la surface étudiée à un moment de la journée

Les masques proches : ce sont les éléments de l’environnement proche (bâtiments voisins, végétation, poteau électrique, …) qui génèrent des ombres sur la surface étudiée à un moment de la journée 



2.4.2.1 Faire un relevé des masques solaires pour déterminer un taux d'ombrage


Pour évaluer l’importance des masques solaires il faut en faire un relevé

Voici un exemple de relevé de masques solaires :


Exemple de relevé d'un masque solaire pour étude potentiel solaire photovoltaïque

Pour faire soi-même un relevé de masques solaires, il faut d’abord se munir du diagramme solaire de la latitude à laquelle se trouve la surface dont vous voulez évaluer le potentiel solaire. 

Un diagramme solaire donne la position du soleil (orientation et élévation) en fonction du jour de l’année et de l’heure. 
Ces diagrammes sont mis à disposition par ENERTECH ici

Voici les différentes latitudes qui couvrent la France métropolitaine :


carte des différentes latitudes en France


Ensuite il faut se munir des outils suivants : 

  • Une boussole
  • Un clinomètre (il est possible d’en fabriquer un avec un rapporteur et un fil à plomb)


L’HESPUL (pionnier du photovoltaïque en France) a mis en ligne sur l’un des sites qu’il gère (photovoltaique.info) un guide très bien fait pour expliquer comment faire un relevé de masques solaires : ici

Il existe quelques outils de simulations de masques solaires. L’un d’entre eux est le logiciel Carnaval téléchargeable gratuitement en V0.7 ici.

D’après nos recherches le logiciel était gratuit jusqu’à une certaine version (la version V0.91 apparemment). Mais il a été racheté par Izuba qui commercialise le logiciel Pleiade (payant) auquel il l’a intégré pour l’enrichir de cette fonctionnalité. 

Il permet de calculer, grâce aux données topographiques intégrées dans le logiciel, les masques lointains à partir des coordonnées du point GPS de la surface à étudier. Les coordonnées GPS peuvent par exemple s’obtenir facilement grâce à Google Earth. 

Pour les masques proches, s’il y en a, nous vous recommandons de réaliser le relevé vous-même comme expliqué dans le guide mentionné plus haut. 

A noter : pour faire le relevé, il est préférable de se positionner au centre de la surface concernée, ou mieux à l’endroit où l’ombrage sera le plus important au cours de la journée pour avoir le scénario du pire. Idéalement, si la surface est très importante, il serait préférable de réaliser ce travail en se positionnant en plusieurs points de la surface, correctement répartis. 

En fonction de la surface couverte par l’ombre, vous pouvez en déduire un taux de pertes par ombrage.

Attention : Il est impossible de faire apparaître parmi les masques solaires l’ombre qui serait générée par une cheminée, une antenne ou tout autre élément figurant sur la surface étudiée et qui projetterait une ombre sur celle-ci. Mais il est très important d’en tenir compte en évaluant par observation à différents moments de la journée la surface balayée par l’ombre. 



2.4.3 Comment évaluer le potentiel solaire à partir des masques solaires


Une fois vos masques solaires définis, pour savoir en première approche si leur influence sur le rendement sera « acceptable », il suffit de le comparer au masque ci-dessous.


modèle de masque solaire avec un ombrage maximum acceptable


Sur ce diagramme la partie en jaune représente, pour les différentes périodes de l’année, les heures pendant lesquels il ne doit pas y avoir d’ombre, ou très très peu, sur la surface étudiée. 

Si vos masques solaires empiètent sensiblement sur la surface en jaune, alors il y a lieu de remettre en question votre projet d’installation de panneaux solaires. Mais là encore tout dépend de l’objectif que vous poursuivez. 

Une deuxième approche beaucoup plus précise consistera à numériser les masques solaires que vous avez identifiés et tracés sur votre diagramme, afin qu’ils puissent être utilisés dans un logiciel de simulation

La numérisation correspondra en la traduction de votre graphique en une série de chiffres dont le format dépendra du logiciel que vous utiliserez. 


2.4.4 Comment réduire l’influence des masques solaires

2.4.4.1 A l’échelle d’un panneau photovoltaïque


Si malgré les précautions que vous avez prises vous ne pouvez empêcher une ombre sur un de vos panneaux alors vous pouvez agir pour en réduire les effets sur le rendement de votre panneau en utilisant les sous-ensembles de cellules de votre panneau photovoltaïque constitués grâce aux diodes by-pass dont il est équipé. 

Le schéma ci-dessous illustre très bien cela.

illustration d'un masque solaire 

Dans la configuration de gauche, les panneaux sont entièrement impactés car chaque sous-ensemble des panneaux photovoltaïques possède des cellules qui sont à l’ombre. 

Dans la configuration de droite, seul l’un des sous-ensembles de cellules d’un panneau est impacté par l’ombre. Cette configuration limite donc l’impact de l’ombre sur le panneau concerné par l’ombre.


2.4.4.2 A l’échelle d’une série de panneaux photovoltaïques


Si une ombre affecte plusieurs panneaux
 à un moment de la journée, alors il y a lieu d’envisager de ne pas relier tous les panneaux photovoltaïques en série. 


Souvenez-vous de ce graphique :


Illustration de l'influence de l'intensité de l'irradiation solaire sur la puissance émise par un panneau solaire


Il nous rappelle que lorsque la luminosité baisse, c’est surtout l’intensité Impp qui est impactée, beaucoup plus que la tension Umpp. 
Et comme pour un montage en série c’est le panneau qui a la plus faible intensité Impp qui dicte l’intensité Impp à tous les autres panneaux, l’ombre sur certains panneaux réduira la puissance délivrée par chacun des panneaux de l’installation. 

Afin de réduire cet impact il peut être judicieux de scinder l’installation de panneaux photovoltaïques en 2 (ou plus) sous-ensembles au sein desquels les panneaux photovoltaïques seront montés en série mais qui seront reliés chacun à une entrée différente de l’onduleur (onduleur avec 2 trackers mpp ou plus, aussi appelé onduleur « multi-string ). 

Une autre possibilité consiste à utiliser des micro-onduleurs qui optimisent la performance de chaque panneau indépendamment (ou par 2, 3 ou 4) : plus d’informations sur les micro-onduleurs ici.


2.4.5 Cas particuliers


Voici 2 cas particuliers concernant les ombres : 

  • N’oubliez pas que les arbres poussent ! Anticipez la croissance à venir d’un arbre au moment de définir vos masques solaires

exemple d'ombrage sur panneaux photovoltaïques provoqué par un arbre


  • Ne négligez pas l’impact d’une ombre fine qui balayerait l’ensemble des panneaux photovoltaïques installés

illustration d'un exemple d'un ombrage sur panneaux photovoltaïques provoqué par une antenne







2.5 La surface utile


La surface utile
 est la surface de panneaux solaires qui pourra être mise en œuvre. 
Elle est très importante car la puissance de votre installation (Wc) dépendra de la combinaison entre cette surface et le rendement du modèle de panneau photovoltaïque que vous choisirez. 

Généralement cette surface est égale à la surface disponible, sauf dans 2 cas :

  • Lorsque la surface disponible est recouverte par une ombre qui compromettrait le rendement de l’installation comme présenté ci-avant
  • Lorsqu’on souhaite donner aux panneaux photovoltaïque une autre inclinaison que celle de la surface sur laquelle ils sont posés.


C’est le cas en particulier des installations sur les toitures plates de résidences ou de bâtiments tertiaires. Car dans ces cas on recherche un angle proche de 30° (et non pas 0° comme l’inclinaison du toit) pour maximiser l’irradiation solaire sur les panneaux et donc leur production d’électricité. Il faut donc tenir compte d’un espacement entre les rangées de panneaux pour éviter qu’elles se fassent de l’ombre lorsque le soleil est bas. 

La représentation géométrique ci-dessous permet de calculer l’espacement optimal :


représentation schematique de l'angle optimal sur toiture plate et espacement des panneaux photovoltaïques

L’angle q qui est généralement pris est aux alentours de 18° pour assurer le meilleur compromis part de surface utile vs irradiation solaire.

Cela revient à avoir une surface utile équivalente à 0,3 à 0,4 fois la surface disponible en toiture pour une inclinaison ( β ) à 30°.



2.6 Comment calculer le potentiel de production annuelle d’une installation photovoltaïque ?

2.6.1 Pour une première estimation


Pour une première estimation, nous vous proposons la carte suivante qui donne un potentiel de kWh / kWc.an pour une exposition idéale (plein sud, inclinaison 30°).


carte de potentiel kWh / kWc.an en France

Méthodologie :

  • Identifiez la surface disponible, son orientation et l’inclinaison des panneaux solaires
  • Définissez le nombre de panneaux solaires que vous souhaitez/pouvez installer
  • Choisissez le modèle de panneau qui vous convient
  • Déduisez en la Puissance (kWc) = nb panneaux x P unitaire (Wc) / 1000
  • Identifiez le ratio correspondant à votre localisation
  • Appliquez la formule suivante :

    Prod. (kWh/an) = Ratio (kWh/kWc) x P (kWc) x facteur de correction (inclinaison + orientation) x (1- taux d’ombrage

Exemple :


Estimation de la puissance produite annuellement pour une installation de 10 panneaux solaires de 300 Wc chacun, à Lille, exposés sud-est, inclinaison de 30°, et un taux de perte par ombrage de 10% : 

Prod. (kWh/an)= 800 kWh/kWc x 3 kWc x 0.96 x (1- 0.1) = 2 073 kWh/an





2.7 Logiciels de simulation de la production


Pour une estimation plus fine que la méthode précédente nous vous recommandons 2 logiciels gratuits en ligne

Le logiciel PVGIS 
mis à la disposition dans une version gratuite par la commission européenne

Tout y est très bien expliqué. Pour connaitre uniquement la production, il suffit de ne pas cocher la case « prix de l’électricité ». Cette case vous servira pour faire une simulation économique. 
Il vous est possible d’importer un masque solaire appelé « fichier horizon » pour ce logiciel. Si vous n’avez pas de masque solaire proche, le logiciel appliquera le masque solaire lointain correspondant à la localisation renseignée. 
A noter : La première chose à sélectionner pour pouvoir paramétrer le logiciel est la localisation géographique 


Le logiciel 
Autocalsol mis à disposition par l’INES.

Très facile à comprendre, il propose aussi des fonctionnalités intéressantes.


CiviSol a accès à la version complète du logiciel Autocalsol. C'est ce logiciel que nous utilisons pour nos études solaires. N’hésitez pas à nous solliciter pour cela : nous réalisons votre étude gratuitement et sans engagement.

Cliquez ci-dessous pour en savoir plus sur :

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