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Comment calculer la puissance électrique d’un panneau solaire ?
Bien que cela soit évident, un panneau solaire produit de l’électricité grâce au rayonnement solaire. Cependant, il faut savoir que cette capacité de production d’électricité dépend de la puissance électrique maximale que fournit le panneau solaire.
Habituellement, cette puissance change notamment en fonction des différents moments d’ensoleillement de la journée et des intempéries climatiques des saisons s’abattant sur votre logement.
Les professionnelles emploient également le terme de « puissance nominale » et de « puissance crête».
Le Watt crête
Et justement, la puissance d’un panneau solaire s’exprime en watts crête (Wc) ou en kilowatt crête (kWc). Il est important de comprendre que 1 kWc correspond à 1.000 Wc. Ce sont ces deux unités de mesure qui représentent la puissance électrique max. que produisent les cellules de silicium d’un panneau solaire dans des conditions standards STC (pour Standard Test Conditions).
Cette valeur est utilisée comme référence afin de comparer tous les panneaux photovoltaïques entre eux. La mesure kWc correspond donc à la puissance électrique max. utilisée dans des conditions standards. Mais comment ça marche ?
Plus le nombre de kWc (la puissance des panneaux solaires) est élevé, plus l’installation est performante. Le watt-crête (Wc) est donc une indication basée sur un standard. Afin de choisir au mieux, comparer les panneaux photovoltaïques entre eux en regardant toujours le nombre de Wc annoncé par le fabricant.
De plus, la puissance d’un panneau solaire est utilisée pour déterminer le rendement, cela représente autant la capacité de production que la capacité de consommation annuelle des panneaux photovoltaïques. Ainsi, connaître la puissance d’un panneau permet également de savoir combien de panneaux seront nécessaires pour alimenter votre maison (rien que ça).
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Formule mathématique
Voici deux calculs qui permettent de connaître la puissance des panneaux solaires d’une installation :
1) Surface (en m²) x coefficient de rendement (0.85) x 1 000 W/m² = Puissance crête (Wc)
2) Énergie (kWh) x coefficient de rendement (0.85) / Ensoleillement (Heures) = Puissance crête (Wc)
Théoriquement, lors de ces calculs, les caractéristiques et les paramètres de mesures utilisées, correspondant à la puissance maximale qu’un panneau solaire d’une surface dimensionnelle de 1m² émet (en sachant qu’un panneau solaire mesure en moyenne 1m² et 2m²) dans une situation d’éclairement idéale et optimale, sont :
- Le niveau d’ensoleillement (dit irradiance, éclairement énergétique) de votre région, estimé par défaut à 1000 W/m² (en Wh/m²/jour). Ce qui correspond aux nombres d’heures équivalentes pleine puissance.
- Une température extérieure de 25°C (au-delà, le rendement diminue à cause de la surchauffe des capteurs solaires)
- Une orientation (sud-est) et une inclinaison parfaite sans le moindre ombrage (rien que ça oufti !)
La puissance des panneaux solaires en Belgique
Toutefois, la réalité s’avère bien différente. Concrètement, il ne fait jamais 25°C tout le temps et il est impossible que soleil brille pleinement constamment que cela soit en Belgique ou ailleurs (et oui vous avez bien lu, ça serait trop beau sinon). Le rayonnement solaire n’est jamais le même lors d’une journée d’ensoleillement. Par conséquent, ce n’est pas totalement correcte d’appliquer strictement cette loi dans ce cas.
C’est pour cette raison que la mesure du rayonnement instantané de 1000 W/m² est la valeur de référence, car il n’est pas toujours possible de définir clairement le réel nombre d’heures d’ensoleillement de votre région.
Il est important de comprendre que ce calcul n’est pas du tout exhaustif et ignore de nombreuses autres modalités en condition réelle. Cela est dû au fait que les données prises en compte simulent des conditions supposées afin d’estimer et d’indiquer une puissance requise aux conditions standard STC des panneaux solaires.
Pour calculer et comparer la puissance « réelle » de vos panneaux solaires, il faut absolument prendre en compte plusieurs autres facteurs importants, débouchant sur de nombreux autres calculs et facteurs, comme :
- Nombre de personnes au sein de votre bâti (les membres de votre foyer)
- Consommation annuelle (kWh)
- Puissance requise à votre installation et le coefficient de rendement (kWh/85%)
- Nombre de panneaux solaires
- Superficie de la toiture et la dimension des surfaces des panneaux (m²)
- Onduleur solaire
- Le type de panneaux solaires (panneaux thermiques, photovoltaïques, amorphes et hybrides)
- La cellule solaire exploitée (monocristallin ou polycristallin)
- Le niveau d’ensoleillement de votre région (en Wh/m²/jour en heures).
- L’inclinaison (15°, 30° etc.) et l’orientation (nord, sud, est, ouest) des panneaux
- Les pertes ou hausses constantes de la température, de la chaleur (loin des 25°C idéals).
Malheureusement, beaucoup de ces paramètres sont indépendants de votre volonté, comme le taux d’ensoleillement de votre région ou les changements incessants de la température et de la chaleur.
De plus, lors du calcul de l’énergie que votre installation solaire (allant d’un panneau à plusieurs panneaux, dépendant de vos besoins) peut générer, n’oubliez pas qu’il est de toute façon impossible pour un panneau solaire de générer 100% de sa puissance.
Car, même si de nombreuses marques et installateurs peuvent vous garantir 90 % du rendement après 10 ans, voire 80 % du rendement après 25 ans, la production d’énergie solaire diminue irrémédiablement d’année en année (environ 0,5 % de leur capacité chaque année).
Cela signifie que l’on constate une perte de rendement d’environ 15% et qu’un module solaire ne peut en réalité générer que 85 % de sa puissance maximum. Cela est dû au fait que le temps nécessaire à tous les panneaux solaires installés pour fournir simultanément leur puissance est très court. Cela explique pourquoi un coefficient de rendement (ou facteur correctif) de 0,85 est utilisé en Belgique.
Heureusement, les panneaux solaires modernes disposent d’onduleurs qui empêchent votre rendement d’énergie électrique de diminuer en dessous des 85%. La puissance maximale d’un panneau est alors égale à la puissance maximale de l’onduleur.
Au fond, retenez surtout ceci :
1) Il faut absolument que le calcul de la puissance électrique de votre future installation solaire se réalise avant votre investissement. De cette manière, vous pourrez bénéficier d’un tarif d’achat correspondant à vos besoins en énergie solaire afin d’optimiser un maximum la rentabilité de vos panneaux photovoltaïques. Ceci aura pour effet de se répercuter sur votre rendement annuel (et votre épargne de fin d’année)
2) En Belgique, l’efficacité normale de la plupart des panneaux photovoltaïques se situe entre 16% et 20%. Cela signifie qu’un panneau solaire de 1m² peut produire jusqu’à 160 à 200 Wc. La surface d’un panneau solaire standard est de 1,65m². La puissance maximale d’un panneau solaire est donc en moyenne comprise entre 265 et 330 Wc.
En conclusion, il est primordial d’effectuer un calcul des panneaux pour une puissance maximum. Mais dans tous les cas, pensez donc à faire appel à des professionnels. N’hésitez surtout pas, car ils sauront définitivement et de manière sûre comment calculer, installer et entretenir les panneaux solaires de votre installation photovoltaïque de la façon la plus optimale possible.
Comment mesurer le rendement d’un panneau solaire ?
A partir de la puissance d’un seul panneau solaire (de 1m²) vous pouvez connaître le résultat de votre rendement annuel. Voici le calcul :
Puissance (kWc) x Coefficient de rendement (0,85) x Ensoleillement annuel (Heures) = Rendement (kWh)
Voici un exemple: 300 kWc x 0,85 x 1250 (heures) = 318750 kWh (318,75 MWh)
Cependant, vous ne pouvez réellement connaître, ni influencer, ni modifier le nombre d’heures d’ensoleillement de votre région. Ce qui rend également ce calcul hypothétique.
Mais, vous avez toujours le choix de contrôler certaines modalités, en fonction de l’ensemble des paramètres précédemment cités, comme l’emplacement et l’orientation de l’installation solaire. Et également, l’inclinaison de vos panneaux solaires. Il n’est donc pas possible de connaître le bilan du rendement d’énergie électrique de votre panneau.
Comment calculer le rendement de votre installation solaire ?
Une question importante qui compte pour vous est qu’à partir de la puissance crête (Wc) de vos panneaux solaires, vous pouvez calculer et connaître l’énergie (consommé et produite) et le rendement total (l’épargne en euros) que vous effectuez annuellement. Pour cela, suivez ces deux calculs :
1) Puissance crête des panneaux (Wc) x Coefficient de rendement = Energie (kWh)
Par exemple, vous disposez de 15 panneaux de 270 Wc, cela fait en tout 4050 Wc de puissance:
4050 (Wc) x 0,85 = 3442 kWh (Puissance crête x coefficient de rendement)
Si le prix annuel de l’électricité est de 0,25 € par kWh, multiplié votre résultat au prix annuel et faites :
2) Energie (kWh) x Prix annuel (€) = Rendement (épargne en €)
3442 kWh x 0.25 = 860 € (kWh x prix annuel)
Ce qui correspond à un rendement de 860 € par an.
Puissance et surface : quel lien ?
En fait, la superficie de votre toit comme la dimension des surfaces des panneaux solaires (en m²) influencent toutes deux la puissance des panneaux de votre installation solaire.
Les panneaux solaires qui sont dotés d’une forme rectangulaire et d’une surface comprise entre 1 et 2 m², délivrent une puissance variant entre 245 et 300 Wc (ce qui peut encore changer selon la technologie du panneau polycristallin ou monocristallin employé, et la marque du fabricant de vos panneaux solaires).
En Belgique, le format dimensionnel le plus fréquent correspond à une taille dite standard (1,65 x 1 m).
| Taille | Puissance (Wc) | Dimension (m²) |
|---|---|---|
| Petite | 190 à 215 | 1,27 |
| Standard | 245 à 270 | 1,65 |
| Grande | 270 à 300 | 2 |
En Région de Bruxelles-Capitale, la taille des installations solaires fait moins de 5 kWc. Ainsi, pour remplir l’ensemble des besoins en énergies électriques (production et autoconsommation) d’un ménage moyen de 3 personnes (3600 kWh/an), il faut une installation solaire d’une puissance de 4 kWc en conditions optimales. Cette puissance est supportée par une superficie de 18 à 24 m2 (11 à 15 panneaux solaires).
Tandis qu’en la Région wallonne et flamande, la plupart des installations domestiques dépassent 5 kWc, tout simplement en raison de la superficie des bâtis et des foyers aux toits plus grands.
Monocristallin ou polycristallin ?
La puissance d’un panneau photovoltaïque est liée à son nombre de cellules (habituellement constitué de 36 cellules). Les deux principales technologies de panneaux solaires utilisées pour la fabrication des cellules au silicium cristallin sont : monocristallin et polycristallin.
Les panneaux solaires monocristallins sont considérés comme la technologie la plus puissante, efficace et rentable. Ceux-ci restent très performants même durant les périodes de faible ensoleillement. Cependant, leur prix est plus gourmand à cause d’un processus de fabrication complexe. Un panneau monocristallin qui mesure 1 x 2 m et délivre une puissance de 300 Wc. .
Contrairement aux panneaux solaires polycristallins de même taille qui délivre seulement 250 Wc. On constate alors qu’ils sont plus économiques, mais vraiment moins puissants en termes d’énergie et de rendement. En effet, les cellules sont fabriquées à base de chutes de morceaux de silicium.
Ces morceaux sont, durant leur processus de fabrication, chauffé, fondu, puis refroidi pour enfin être assemblés plus rapidement, ce qui diminue énormément leurs coûts de fabrication.
Voici un récapitulatif des avantages et inconvénients de ces deux types de panneaux :
| Cellules solaires | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|
| Monocristallin | – Puissance – Rendement – Durée de vie – Esthétique | – Prix – Poids – Environnement (peu écologique) |
| Polycristallin | – Le coût – Supporte les hautes températures | – Puissance – Durée de vie – Rendement |
Cependant, n’oubliez pas que selon le type de panneau choisi, il est possible de stabiliser votre puissance de votre installation en utilisant un onduleur solaire.
Quelle puissance choisir pour mon installation à la maison ?
Avant que vous installiez, ou même que vous achetiez, les panneaux solaires photovoltaïques pour votre logement, vous devez réfléchir à la puissance optimale nécessaire à votre futur rendement en autoconsommation et en production d’énergie.
En effet, la quantité d’électricité nécessaire à votre foyer et la puissance de votre future installation solaire ne seront pas les mêmes. Si vous souhaitez atteindre un rendement précis, il faut donc tenir compte des conditions spécifiques à l’endroit où se situeront vos panneaux et le nombre de panneaux nécessaires.
Une société d’installation peut facilement estimer une prévision assez précise de la puissance nécessaire pour vos modules solaires (au sol comme au toit). Mais vous pouvez aussi le calculer vous-même. En suivant la formule ci-dessous afin de réaliser une estimation préliminaire du nombre de panneaux dont vous pensez avoir besoin :
1) Consommation (rendement) électrique annuelle (kWh) x 1,1 = Résultat
2) Résultat précédent / Puissance du panneau souhaité (Wc) = Nombre de panneaux
Par exemple, votre consommation électrique annuelle est de 4.000 kWh. Votre fournisseur vous vend des panneaux solaires de 350 Wc. Ensuite, vous faites 4.000 x 1,1 = 4.400 kWh divisés par 350 (Wc) = 12 panneaux.
Il existe également un autre moyen de calcul. Si vous avez besoin d’une quantité de 3.000 kWh d’électricité par an, votre installation vous demandera une puissance de 3000/0,85 = 3.500 Wc. (Rendement / coefficient de perte). En Belgique, la puissance effective d’un panneau solaire standard étant d’environ 265 Wc, cela donne 13 à 14 panneaux solaires (ce qui correspond à 3.445 Wc).
Sachez qu’à Bruxelles, une installation d’1 kWc produit annuellement en moyenne 900 kWh/an.
Alors qu’en Wallonie ou en Flandres, c’est 1.250 kWh/an.
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