Afin de maximiser la production d'électricité d'une installation photovoltaïque, il convient d'orienter les modules de façon optimale afin de capter un maximum du rayonnement solaire. En effet, la direction du soleil est importante.
Ainsi, on distingue en général 3 types de structures: les panneaux fixes, les panneaux orientables et les panneaux mobiles.
Importance de l'orientation/inclinaison des modules par rapport à la position du Soleil
L’énergie solaire reçue par une surface de modules photovoltaïques sera plus importante si cette surface est perpendiculaire aux rayons directs du soleil.
Une surface perpendiculaire au flux lumineux capte davantage de rayons lumineux que la même surface disposée avec une inclinaison différente.
De façon générale, on choisira toujours une orientation au sud ou proche. En ce qui concerne l'inclinaison des panneaux par rapport à l'horizontale, l'approche se fonde sur la hauteur du soleil dans le ciel. Comme on peut le voir sur le graphique ci-dessous, la position du soleil dans le ciel est plus haute en été qu'en hiver. Est représenté sur ce graphique, la hauteur du soleil dans le ciel en fonction de l’azimut lors du solstice d’été (21 juin, en rouge) et lors du solstice d’hiver (21 décembre, en bleu).
PVGIS © European Communities, 2001-2006
Quelle est le facteur de correction à appliquer à mes panneaux?
Le facteur de correction a prendre en compte lors du dimensionnement est fonction de l'orientation et de l'inclinaison des panneaux :
Pour rappel, la production annuelle d’électricité par kWc en Belgique pour un système fixe orienté de manière optimale (sud, 35°) est d’environ 900 kWh.
Une installation photovoltaïque orientée entre le sud-est et le sud-ouest avec une inclinaison par rapport à l'horizontale comprise entre 15° et 50° produira une quantité d'énergie presque optimale (zone en orange).
Les combinaisons orientation-inclinaison qui sont grisées dans le tableau sont à déconseiller, sauf si cette combinaison est le résultat d’une contrainte architecturale.
Comment calculer sa production d’électricité en fonction, de la puissance crête, des données d’orientation et d’inclinaison de mon système ?
Production annuelle d’électricité (en kWh)=
900 x Facteur de correction x Puissance crête du système
Exemple : Si un système photovoltaïque de 4 kWc est installé avec une orientation sud-est et une inclinaison de 15°, ce système produira environ 900 kWh/kWc (valable pour la Wallonie) x 0,93 (obtenu dans le tableau ci-dessous) x 4 kWc = 3348 kWh par an
Il est aussi possible de calculer la production d’électricité de son système photovoltaïque via le site internet suivant :
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php#. Il suffit d’encoder la localisation, les données types de son système photovoltaïque, le site permet même une approximation de la production mensuelle d’électricité.
Quels sont les différentes structures de panneaux photovoltaïques?
Systèmes photovoltaïques orientables
Avec des panneaux orientables, on peut modifier l'inclinaison tous les mois, mais par facilité, on peut également choisir une inclinaison pour l'été, une autre pour l'hiver. On utilise généralement ce genre de structure pour des applications au sol ou sur des toits plats.
Pour ces systèmes à inclinaison variable, il existe un angle d'inclinaison des panneaux par rapport à l'horizontale, qui permet de maximiser la production d'électricité mensuelle. Les valeurs de cet angle mensuel optimum sont reprises dans le graphique ci-dessous.
PVGIS © European Communities, 2001-2006
Systèmes photovoltaïques fixes
Les panneaux fixes sont installés dans une position fixe tout au long de l'année (azimut et inclinaison). Le rendement optimum est obtenu pour une orientation sud avec une inclinaison de 35°. Dans cette position, un système d'une puissance d'1 kWc produit environ 900 kWh pan an.
Si on s'écarte de cette position, le rendement diminue. Cette diminution du rendement peut être calculée en multipliant le rendement obtenu en position optimale par le facteur de correction pour l'orientation et l'inclinaison choisie.
Systèmes photovoltaïques mobiles ou suiveur solaire
L’objectif du système de panneaux mobiles est de pouvoir suivre le soleil tout au long de la journée. Pour cela, la structure possède deux degrés de liberté : une rotation horizontale pour régler l’azimut et une rotation verticale pour l'inclinaison. Ce système permet aux panneaux photovoltaïques de suivre continuellement la position du soleil pour assurer une production électrique maximum. Ce type de structure permet d’augmenter la production d’électricité par rapport aux panneaux fixes, d’environ 25%.
Si un système fixe situé en Région wallonne produira en moyenne 900 kWh/kWc dans les meilleures conditions, un suiveur solaire permettra de produire jusqu’à 1093 kWh/kWc, soit un gain d’environ 25%.
Comparaison de la production d’électricité d’un suiveur solaire par rapport à un système fixe
La différence entre les 2 systèmes est tout à fait évidente au niveau des performances, surtout pour les mois les plus ensoleillés. Néanmoins, les systèmes mobiles nécessitent des fondations importantes (socle en bêton) et peuvent difficilement s’intégrer sur la toiture.
