la formule pour calculer le rendement d’un panneau solaire ?

Le rendement d’un panneau solaire est un critère essentiel pour évaluer sa performance, car il détermine la capacité de cet équipement à convertir l’énergie solaire en électricité. Plus le rendement est élevé, plus le panneau solaire est efficace. 

Dans cet article, nous vous expliquerons ce qu’est le rendement d’un panneau solaire, comment le calculer (avec un exemple concret) et les facteurs qui l’influencent. Nous vous donnerons également quelques conseils pour optimiser le rendement de votre installation solaire et rentabiliser votre investissement plus rapidement. C’est parti !

Qu’est-ce que le rendement d’un panneau solaire ?

Le rendement d’un panneau solaire, également appelé efficacité énergétique, est un paramètre qui indique la proportion d’énergie solaire incidente qui est convertie en énergie électrique « utile » par le panneau solaire. C’est un indicateur majeur de la performance d’un panneau solaire, dans la mesure où il permet d’évaluer l’efficacité avec laquelle il convertit l’énergie solaire reçue en énergie électrique.

Comme vous allez le constater dans la suite de ce guide pratique, le rendement des panneaux solaires est un paramètre complexe qui dépend de nombreux facteurs liés aux matériaux, à la conception, aux conditions environnementales et à l’installation. L’amélioration du rendement des panneaux solaires est un domaine de recherche très dynamique, en écho aux enjeux de développement durable, mais également dans un contexte de crise de l’énergie.

Comment calculer le rendement d’un panneau solaire ?

Généralement exprimé en pourcentage (%), le rendement du panneau solaire (η ) est déterminé en divisant la puissance électrique produite par le panneau, ou « P_out », par la puissance solaire incidente sur la surface du panneau, ou « P_in », et en multipliant par 100 pour obtenir un pourcentage.

Voici donc la formule à utiliser pour calculer le rendement d’un panneau solaire : 

Comme nous allons le voir, plusieurs facteurs impactent le rendement des panneaux solaires, mais on observe des moyennes plus ou moins fiables en fonction du type de cellules solaires (entre 10 et 22 %), avec une limite théorique établie à 31 %.

Exemple de calcul du rendement d’un panneau solaire

prenons un exemple de calcul du rendement d’un panneau solaire. Supposons que vous ayez un panneau solaire dont vous connaissez la puissance de sortie électrique maximale (Pmax) et la surface, et que vous souhaitiez calculer le rendement.

1. Puissance de sortie électrique maximale (Pmax) : supposons que le panneau solaire ait une puissance maximale de 300 W ;
2. Surface du panneau solaire (S) : supposons qu’elle soit de 2 m² ;
3. Irradiation solaire standard (G) : 1 kW/m² (1000 W/m²) ;
4. Puissance solaire incidente (P_in) : Multipliez la surface du panneau solaire par l’irradiation solaire standard. P_in = S * G = 2 m² * 1000 W/m² = 2000 W ;
5. Rendement du panneau solaire (η) : η = (Pmax / P_in) * 100 η = (300 W / 2000 W) * 100 = 15 %

Dans cet exemple, le rendement du panneau solaire est de 15 %. Cela signifie que 15 % de l’énergie solaire incidente est convertie en énergie électrique, tandis que le reste est perdu sous forme de chaleur ou de réflexion.

Pourquoi mesurer le rendement d’un panneau solaire ? 

Le rendement est un KPI décisif dans l’évaluation de la performance globale du panneau solaire, à la fois par les professionnels et les utilisateurs. La mesure du rendement des panneaux solaires permet notamment d’évaluer et de comparer les performances des différentes technologies solaires, de dimensionner et optimiser les installations photovoltaïques ou encore, si vos êtes un professionnel ou un passionné, de suivre les progrès technologiques dans le domaine de l’énergie solaire.

Nous avons compilé pour vous les différentes utilités de la mesure du rendement des panneaux solaires : 

Utilités du calcul du rendement du panneau solaire	Explication
Comparaison des technologies	Le rendement permet de comparer les performances des différentes technologies de panneaux solaires et des matériaux semi-conducteurs. Cela aide les chercheurs et les fabricants à identifier les technologies les plus prometteuses et à concentrer leurs efforts sur leur développement et leur amélioration.
Choix du panneau solaire	Pour les installateurs et les consommateurs, le rendement est un critère important lors de la sélection des panneaux solaires. Un panneau avec un rendement élevé produira plus d’énergie électrique pour une surface donnée, ce qui est particulièrement important dans les situations où l’espace est limité.
Calcul de la production d’énergie	Connaître le rendement d’un panneau solaire est essentiel pour estimer la production d’énergie d’un système photovoltaïque. Les installateurs et les ingénieurs peuvent utiliser cette information pour dimensionner correctement les systèmes et pour déterminer la quantité d’énergie qu’un système produira au cours de sa durée de vie.
Évaluation de la qualité et de la fiabilité	Un rendement élevé est généralement associé à une qualité de fabrication supérieure et à des matériaux de haute qualité. En comparant le rendement des panneaux solaires de différents fabricants, les consommateurs et les installateurs peuvent avoir une idée de la qualité et de la fiabilité des produits.
Suivi des progrès technologique	La mesure du rendement des panneaux solaires permet de suivre les progrès réalisés dans le domaine de la recherche et du développement de nouvelles technologies solaires. Les chercheurs et les fabricants peuvent ainsi évaluer l’efficacité de leurs innovations et orienter leurs efforts pour améliorer encore davantage l’efficacité énergétique des panneaux solaires.

Prenons le facteur numéro 3. Le rendement des panneaux solaires est un indicateur crucial pour déterminer la quantité d’énergie qu’un système photovoltaïque (PV) peut produire sur une période donnée. Par exemple, si un panneau solaire de 1 m² reçoit un ensoleillement de 1000 W/m² et possède un rendement de 20 %, la puissance électrique produite sera de :

P_out = Rendement × P_in × Surface 

P_out = 0,2 × 1000 W/m² × 1 m² 

P_out = 200 W

Ainsi, ce panneau solaire produira 200 W d’énergie électrique en conditions optimales.

Quelle différence entre production et rendement du panneau solaire ?

Il subsiste une certaine confusion entre la production et le rendement du panneau solaire auprès du grand public. Ces deux grandeurs sont différentes, mais étroitement liées : 

1. Le rendement du panneau solaire mesure l’efficacité avec laquelle le panneau convertit l’énergie solaire incidente en énergie électrique. Il est exprimé en pourcentage et est déterminé en comparant la puissance électrique produite par le panneau à la puissance solaire incidente sur sa surface. C’est donc un indicateur propre au panneau, en fonction du type de cellules solaires (mono-Si, multi-Si, CdTe, CIGS, etc.), de la qualité de fabrication, des éventuelles pertes optiques et électriques, de la température de fonctionnement et de l’angle d’incidence de la lumière ;
2. La production, en revanche, fait référence à la quantité d’énergie électrique effectivement produite par un panneau solaire au cours d’une période donnée, généralement exprimée en kilowattheures (kWh) ou en mégawattheures (MWh). La production dépend de plusieurs facteurs, comme le rendement du panneau solaire, la quantité d’énergie solaire incidente (irradiation solaire), les conditions environnementales (température, couverture nuageuse et ombrage) et l’installation (orientation, inclinaison, qualité du système de montage).

Quels sont les facteurs qui impactent le rendement d’un panneau solaire ?

Le rendement des panneaux solaires est un paramètre complexe qui dépend de plusieurs facteurs. Le tableau suivant énumère ces variables, et propose des explications plus poussées dans la deuxième colonne pour un public plus averti.

Facteur	Explication	Influence sur le rendement(note sur 5)
Type de cellules solaires	Silicium monocristallin (mono-Si) : rendement entre 18 % et 22 %Silicium polycristallin (multi-Si) : rendement entre 15 % et 18 %Tellurure de cadmium (CdTe) : rendement entre 10 % et 12 %Diséléniure de cuivre, d’indium et de gallium (CIGS) : rendement entre 12 % et 16 %Pérovskites : rendement potentiel jusqu’à 25 % (technologie émergente)	5/5
Qualité de fabrication	Le taux de défauts dans le matériau semi-conducteur peut augmenter la recombinaison des porteurs de charges.L’épaisseur et la composition uniformes de la couche absorbante améliorent l’absorption de la lumière et le rendementLa qualité des contacts métalliques influe sur les pertes électriques constatées.	4/5
Pertes optiques	La réflectance (pourcentage de lumière réfléchie par la surface du panneau) et l’absorption parasite par des matériaux non actifs impactent le rendement.	3/5
Pertes électriques	Notamment à cause de la résistance interne du matériau semi-conducteur, des interconnexions et des contacts métalliques.	3/5
Température de fonctionnement	Ce facteur est mesuré par le coefficient de température. Pour les cellules en silicium, le rendement diminue de 0.3 % par degré Celsius au-dessus de 25° C.	4/5
Angle d’incidence de la lumière	L’absorption est maximale et le rendement est optimal lorsque la lumière est perpendiculaire à la surface du panneau solaire.	3/5
Les effets d’ombrage	Ils peuvent être neutralisés par l’utilisation de diodes de dérivation et par l’optimisation de la conception	3/5
L’installation	L’orientation, l’inclinaison et la ventilation impactent le rendement du panneau solaire.	4/5

Comment optimiser le rendement d’un panneau solaire ?

Le rendement d’un panneau solaire dépend de plusieurs facteurs parfois exogènes, mais l’utilisateur a une petite marge de manœuvre pour l’optimiser. On vous explique.

#1 Le niveau d’ensoleillement

Plus l’irradiation solaire est importante, plus la production d’énergie est élevée. Il est crucial de choisir un emplacement avec un bon niveau d’ensoleillement pour maximiser la performance des panneaux solaires. Les données météorologiques et l’Atlas Solaire peuvent vous aider à déterminer l’irradiation solaire de votre région. 

#2 L’orientation des panneaux solaires 

Dans l’hémisphère Nord, les panneaux solaires doivent être orientés vers le sud pour capter un maximum de lumière solaire. Inversement, dans l’hémisphère Sud, ils doivent être orientés vers le nord. Une orientation Est ou Ouest peut également être envisagée, mais elle peut réduire légèrement le rendement global.

#3 L’inclinaison des panneaux solaires 

L’angle d’inclinaison optimal dépend de la latitude du lieu d’installation et varie tout au long de l’année. En règle générale, l’angle d’inclinaison optimal est égal à la latitude du site d’installation. Pour maximiser le rendement, il est possible d’ajuster l’inclinaison des panneaux solaires à différentes périodes de l’année.

#4 L’influence de la température 

Les panneaux solaires voient leur rendement diminuer à mesure que la température augmente. Une bonne ventilation et un espacement suffisant entre les panneaux et le toit peuvent aider à maintenir une température optimale de fonctionnement et à améliorer le rendement.

#5 L’influence des ombrages 

L’ombrage peut avoir un impact négatif significatif sur le rendement des panneaux solaires. On cherchera dans la mesure du possible à éviter l’installation de panneaux solaires dans des zones sujettes à l’ombrage, comme sous les arbres ou près de bâtiments hauts. L’utilisation de panneaux solaires équipés de diodes de dérivation ou de micro-onduleurs peut éventuellement réduire l’impact de l’ombrage partiel.

#6 La technologie du panneau solaire 

Les panneaux solaires à base de silicium monocristallin ont généralement un rendement plus élevé que ceux à base de silicium polycristallin ou d’autres technologies.

#7 L’entretien des panneaux solaires

La poussière, les débris et la saleté peuvent s’accumuler sur la surface des panneaux et réduire leur rendement en bloquant la lumière du soleil.

Comment rentabiliser une installation de panneaux solaires

En moyenne, l’investissement en panneaux solaires est rentabilisé en une quinzaine d’années… et ce seuil de rentabilité tend à s’accélérer avec la baisse des prix des panneaux et l’augmentation du prix de l’énergie. Plusieurs mesures peuvent vous aider à rentabiliser votre investissement plus rapidement : 

1. Évaluation du potentiel solaire de l’emplacement avant l’installation ; 
2. Choix de panneaux solaires de qualité, à base de silicium monocristallin ;
3. Optimisation de l’orientation et de l’inclinaison tout au long de la journée et de l’année ;
4. Assurez-vous que l’installation est réalisée par des professionnels qualifiés et que le dimensionnement du système est adapté à vos besoins énergétiques ;
5. Effectuez un entretien régulier de l’installation solaire : nettoyage des panneaux, inspection des câbles, des supports et des onduleurs… ;
6. Utilisation d’un onduleur de qualité ;
7. Adaptez votre consommation d’énergie aux heures d’ensoleillement, et envisagez d’installer un système de stockage d’énergie pour valoriser l’énergie excédentaire ;
8. Profitez des incitations et des subventions gouvernementales ;
9. Si votre installation solaire produit plus d’électricité que vous n’en consommez, envisagez de revendre l’énergie excédentaire au réseau électrique.