Rendement d'un panneau solaire

La pose de panneaux solaires est une solution attractive pour produire votre propre électricité en autoconsommation et faire en même temps un geste pour la planète. Toutefois, la rentabilité du projet dépend de la quantité d'énergie solaire que les panneaux seront capables de convertir en électricité. Comment calculer le rendement d'un panneau solaire, et surtout comment l'optimiser efficacement ? Nos experts vous dévoilent l'essentiel à savoir pour faire de votre installation photovoltaïque une complète réussite en 2024, et économiser sur le long terme : les différents types de panneaux et leur fonctionnement, le calcul du rendement, les aides financières éligibles...

Rappel sur les types de panneaux solaires

Le terme de « panneau solaire » regroupe en fait plusieurs technologies et fonctions. Toutes exploitent l'énergie émanant du soleil (sous forme de lumière ou de chaleur), mais pas pour les mêmes usages.

• Un panneau solaire photovoltaïque produit de l'électricité. Celle-ci alimente le circuit de la maison ou de l'immeuble (on le retrouve également de plus en plus dans l'industrie, sur les parkings, etc.). Les cellules photovoltaïques, généralement composées de silicium, captent les électrons et génèrent un courant continu. Ensuite, un onduleur le transforme en courant alternatif, qui peut être consommé dans le logement ou réinjecté dans le réseau électrique.
• Un panneau solaire thermique produit de la chaleur. On retrouve notamment les chauffe-eaux solaires individuels (CESI). Ces installations suffisent rarement à couvrir 100 % des besoins d'un foyer, c'est pourquoi on les associe à un autre système tel qu'une pompe à chaleur. Autre équipement en vogue, et encouragé par des primes : le système solaire combiné. Le SSC sert à la fois au chauffage et à la production d'eau chaude sanitaire (ECS).
• Un panneau solaire hybride combine les deux utilisations : chaleur et électricité, grâce à des petits tuyaux d'eau chaude installés sous les panneaux photovoltaïques. Cette technologie a aussi pour intérêt d'augmenter la durée de vie du produit.

Aujourd'hui, les panneaux solaires thermiques (chauffe-eau et système solaire combiné) et hybrides sont bien plus subventionnés que leurs homologues photovoltaïques : MaPrimeRénov', Fonds chaleur, Certificats d'économies d'énergie (CEE)... En effet, les pouvoirs publics veulent avant tout éradiquer les appareils de chauffage à énergie fossile, au profit d'énergies renouvelables (EnR). Du côté du photovoltaïque, seule la prime à l'autoconsommation encourage les ménages à en installer sur leur toiture.

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

Plus un panneau solaire est en mesure de vous fournir une grande quantité d'énergie à partir d'un ensoleillement donné, plus il sera rentable. La question du rendement de vos panneaux solaires doit donc être au cœur de vos choix en matière de technologie ou de lieu d'installation.

Comment définir le rendement d'un panneau solaire ?

Dans le domaine du solaire photovoltaïque, le rendement désigne tout simplement le rapport entre la quantité d'énergie produite et la quantité d'énergie reçue. Autrement dit, il s'agit de déterminer la puissance électrique que le panneau est en capacité de produire, en fonction de la puissance du rayonnement solaire parvenant aux cellules photovoltaïques.

Un rendement de 100 %, qui permettrait de convertir l'intégralité de l'énergie solaire reçue en électricité, constitue une impossibilité technique et théorique. Il existe, en effet, nécessairement des déperditions d'énergie au cours du processus de transformation. En pratique, le rendement réel d'un panneau solaire est généralement situé entre 7 et 24 % (source : Selectra).

Cela signifie par exemple qu'un panneau affichant un rendement de 15 % va pouvoir transformer en électricité 15 % de la lumière reçue.

Le rendement du panneau solaire ne doit pas être confondu avec sa capacité de production. Cette dernière, qui découle notamment du nombre de panneaux sur la maison, désigne la puissance électrique maximale que le dispositif est en mesure de fournir, et s'exprime en watts-crête (Wc). Les deux concepts sont donc différents, mais liés. Ce qu’il faut retenir :

• Un panneau pourra atteindre sa capacité maximale de production d'autant plus facilement que son rendement est élevé ;
• Un rendement théorique très élevé sera inutile et « gaspillé » si la capacité de production ne suit pas.

Quels sont les 7 facteurs qui impactent le rendement ?

Le rendement des panneaux solaires dépend plusieurs facteurs, qui peuvent affecter leur capacité à convertir l'énergie solaire en électricité :

• Technologie utilisée
• Ensoleillement et localisation
• Orientation
• Inclinaison
• Température extérieure
• Ombrage (présence de bâtiments, arbres, etc.)
• Temps et usure

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Comment calculer le rendement d'un panneau solaire en 2024 ?

La formule de calcul du rendement d'un panneau solaire s'établit de la manière suivante :

Taux de rendement = Puissance en Wc / (Superficie en m² x 1000)

Exemple : un panneau photovoltaïque d'une surface utile de 1,5 m² et dont la puissance maximale s'établit à 275 Wc a un taux de rendement de :

Un taux de rendement élevé est toujours un objectif désirable en soi pour optimiser votre production d'électricité solaire, mais s'avère tout particulièrement utile si vous disposez d'une faible surface de toiture. Vous vous assurez ainsi d'obtenir le maximum d'énergie pour chaque mètre carré de panneau.

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Quel type de panneau solaire photovoltaïque pour un rendement optimal ?

Il existe différents types de panneaux solaires sur le marché. Selon la technologie retenue, le silicium des cellules photovoltaïques sera en mesure de retenir et transformer une proportion plus ou moins grande de l'énergie solaire reçue. La sélection du bon modèle est donc primordiale et doit se faire, de préférence, en concertation avec un installateur professionnel.

• Les panneaux solaires monocristallins représentent actuellement l'offre la plus performante. Leur rendement se situe généralement entre 14 et 19 % (Selectra). Le coût plus élevé de fabrication d'un lingot de silicium monocristallin entraîne cependant un effort d'investissement plus important : selon InSunWeTrust, comptez environ 8 000 € pour une installation d'une puissance de 3 000 Wc (3 kWc).
• Les panneaux solaires polycristallins sont un peu moins complexes et affichent un rendement moyen de moins bonne qualité, compris entre 11 et 15 % selon les cas. En contrepartie, le propriétaire peut espérer une économie sur le coût d'achat et de pose. Ce dernier se situe à environ 6 500 € pour une capacité de production équivalente.
• Les panneaux solaires amorphes constituent la solution offrant le moins bon rendement (entre 5 et 7 %). Cela les exclut généralement du marché du solaire domestique. Ils présentent toutefois quelques avantages, notamment celui d'être plus facilement transportable et de mieux fonctionner en cas de faible ensoleillement. La plupart du temps, ces capteurs solaires sont plutôt utilisés pour une utilisation nomade (randonnées et excursions en plein air) ou comme une énergie d'appoint sur un bateau, par exemple.

Panneaux solaires : comment optimiser rendement et production d'électricité ?

Au-delà de la technologie employée et de la qualité de conception propre à chaque panneau solaire, son environnement et ses conditions d'installation vont aussi avoir un impact sur son taux de rendement.

1- Le taux d'ensoleillement

Le taux d'ensoleillement en France est suffisant pour rendre une installation photovoltaïque rentable dans n'importe quelle région. Pour autant, il va de soi que l'intensité et la qualité du rayonnement solaire ont une influence sur la performance du dispositif, à la fois en matière de rendement et de production d'énergie pure. On peut ainsi estimer :

• Un rendement de 800 à 1 000 kWh par kWc pour la moitié nord du pays, Île-de-France comprise ;
• Un rendement de 1 000 à 1 100 kWh par kWc pour la Bretagne, les Pays de la Loire ou encore la Savoie ;
• Un rendement de 1 100 à 1 200 kWh par kWc pour l'Aquitaine et la plus grande partie de l'Occitanie ;
• Un rendement de 1 200 à 1 400 kWh par kWc pour la Côte d'Azur et la Corse.

Source : Otovo

Cette estimation est réalisée sur la base de conditions optimales en termes d'inclinaison des panneaux (30°) et d'orientation (plein sud).

2- L'orientation des panneaux

L’orientation des panneaux solaires est un facteur important pour déterminer leur performance globale. Il est préférable d’adopter un angle plein sud pour capter la lumière du soleil le plus directement et le plus longtemps possible au cours de la journée. Toutefois, d’autres orientations sont tout à fait possibles en fonction de vos contraintes et de la configuration de votre maison.

Toujours selon Otovo, une installation solaire développant une production annuelle de 3 900 kWh en orientation plein sud, avec une inclinaison optimale de 30°, produirait :

• 3 744 kWh dans le cas d’une orientation sud-est ;
• 3 744 kWh dans le cas d’une orientation sud-ouest ;
• 3 510 kWh dans le cas d’une orientation plein est ;
• 3 510 kWh dans le cas d’une orientation plein ouest ;

En pratique, un dispositif solaire orienté plein sud-est rentabilisé en 11 ans environ (Selectra). Une autre orientation augmente la durée d’amortissement à 14 ans : le retour sur investissement est donc moins rapide, mais reste intéressant.

En revanche, oubliez l'orientation Nord : elle n'est pas rentable.

3- L’inclinaison des panneaux solaires

L’énergie solaire reçue est optimisée lorsque l’orientation du panneau le rend perpendiculaire au rayonnement. Pour autant, le soleil n’est pas toujours à la même hauteur dans le ciel ; par ailleurs, cela dépend de la latitude à laquelle vous vivez. En France, l’inclinaison optimale est située entre 30 et 35 degrés.

Une mauvaise inclinaison du toit aura cependant un impact assez limité sur la performance de votre installation. La diminution de production est limitée à 10 % pour un panneau incliné à 10 degrés ou, à l’inverse, pour un panneau incliné à 60 degrés.

4- La température extérieure

Contrairement à ce que l’on pourrait croire, les modules photovoltaïques n’apprécient pas particulièrement les chaleurs excessives. Au-delà d’une température extérieure de 25 °C, le rendement des panneaux commence même à chuter, à raison de 0,5 % par degré supplémentaire environ.

Une température caniculaire de 35 °C, par exemple, entraîne donc une baisse de 5 %. Si le taux de rendement théorique du panneau est de 19 %, la performance effective passe alors à 95 % de 19 %, soit 18,05 %.

Une technique intéressante pour limiter la surchauffe est la pose en surimposition des panneaux, afin qu’ils ne soient pas en contact direct avec la toiture et que l’air circule mieux.

5- Ombrage et obstruction

Les ombres portées par des arbres, des bâtiments, des nuages ou d’autres objets peuvent réduire considérablement la quantité de lumière qui atteint les panneaux et donc leur rendement. Ainsi, il est important de s'assurer que son installation soit bien dégagée de toute ombre.

5- Nettoyage et entretien

Bien que l'usure des panneaux affectent légèrement le rendement d'une installation solaire, il est recommandé a minima de les nettoyer à la raclette au moins une à deux fois par an pour maintenir un bon rendement (soit un entretien relativement peu exigeant en la matière). Profitez-en aussi pour dépoussiérer les entrées d'air de l'onduleur et en vérifier les différents témoins lumineux.

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Comment est déterminée la capacité de production d’un panneau solaire ?

Comme indiqué précédemment, la puissance d’un panneau solaire est exprimée en watts-crête, ou Wc.

Il convient de garder à l’esprit que le chiffre annoncé par les constructeurs est obtenu après un test réalisé dans des conditions standardisées et optimisées, soit :

• Une température extérieure de 25 °C ;
• Une orientation plein sud ;
• Une inclinaison de 30 degrés ;
• Un rayonnement solaire de 1 000 watts par mètre carré, sans ombrage.

La puissance en Wc détermine ensuite la production de courant électrique proprement dit, qui s’exprime quant à lui en kilowatt-heure (kWh) par an. Le nombre de kilowattheures produits par kilowatt-crête est variable et dépend notamment de l’ensoleillement de votre région (voir plus haut).

Les panneaux solaires actuels affichent une puissance généralement comprise entre 250 et 325 Wc. Certains modèles particulièrement performants peuvent monter jusqu’à 400 Wc.

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Rentabilité des panneaux solaires : quels sont les coûts fixes ?

Le coût lié à l’achat et à l’installation des panneaux solaires constitue, de loin, la plus grosse part de l’investissement à réaliser (pensez à bénéficier des aides financières au photovoltaïque). Comptez un peu plus de 10 000 euros en général.

Vous pourrez ensuite profiter de votre électricité solaire pendant de nombreuses années avec un minimum de frais. Certains coûts fixes sont cependant à prévoir, et notamment :

• Le remplacement de l’onduleur doit être envisagé au moins une fois tous les dix ans, de manière à garantir le bon fonctionnement de l’installation. Le nouvel équipement vous sera facturé entre 1 000 et 2 000 € à chaque fois (Engie). En choisissant un onduleur garanti 25 ans comme avec Hellio, vous profitez d'un changement gratuit durant cette période. De quoi accélérer la rentabilité du projet !
• Le raccordement des panneaux au réseau public d’électricité fait l’objet d’une facturation spécifique, au titre du tarif d’utilisation du réseau public d’électricité (TURPE). Ces frais s’élèvent à environ 65 € par an, toujours selon Engie.
• Si l’installation développe une puissance supérieure à 3 kWc, le propriétaire est redevable de l’impôt sur le revenu sur la revente de l’électricité solaire à EDF (revente totale ou du surplus en cas d'auto-consommation).

En tenant compte du prix des panneaux, des dépenses annuelles et surtout des économies d'électricité engendrées, votre installation est rentabilisée en une dizaine d'années. Parfois 8, parfois 13... Faites une simulation précise avec Hellio !

Rendement des panneaux solaires : quels aléas à prévoir ?

Les panneaux solaires constituent un investissement sûr si vous vous adressez à un installateur confirmé et agréé. Un panneau conserve en moyenne 80 % de son rendement initial au bout de 25 ans d’utilisation (PicBleu), et affiche par ailleurs une durée de vie de 40 ans. Les différents risques pesant sur la pérennité du rendement sont limités :

• Les panneaux sont résistants aux aléas climatiques et notamment à la grêle. Les cellules photovoltaïques sont protégées par deux feuilles de verre blindé et peuvent résister à des projectiles lancés à 140 km/h.
• Ils ne peuvent pas provoquer un incendie, mais peuvent bien sûr être endommagés par un départ de feu provenant d’une autre source.
• Tout dommage subi dans les 10 ans suivant l’installation peut être pris en charge au titre de la garantie décennale, s’il compromet la solidité de l’ouvrage ou le rend impropre à offrir un bon rendement.

En faisant le choix d’installer des panneaux dotés d’un bon rendement, vous profiterez d’une production électrique à la fois abondante et renouvelable. Néanmoins, faites attention aux arnaques de panneaux solaires (fausses offres gratuites ou à 1 euro). Pour cela, contactez Hellio et profitez des services de son réseau d’installateurs certifiés, afin de choisir le meilleur matériel et assurer une pose qui vous fera bénéficier de performances optimales.