Puissance crête de vos panneaux et puissance pratique d'une installation solaire
Vous allez acquérir ou avez acquis récemment une installation solaire ? Bravo, c'est la voie vers l'autonomie énergétique, une belle contribution pour votre porte-monnaie et pour la planète !
Toutefois, vous vous posez des questions sur la performance de votre installation : vous avez acheté une puissance de panneaux de 4500 Wc, mais votre supervision ne vous affiche jamais plus de 3600W de puissance instantanée en production. C'est tout à fait normal et on vous explique pourquoi : quelle est la différence entre puissance crête et puissance nominale de fonctionnement des panneaux, pourquoi on dimensionne les onduleurs à 70 ou 80% de la puissance crête, on répond à toutes ces questions ?
Puissance des panneaux solaire : Wc achetés et W produits
Le générateur de votre système solaire est le panneau photovoltaïque. Il est constitué de cellules unitaires qui génèrent un flux d'électron dont la puissance varie en fonction de la quantité de lumière reçue (irradiation) et de la température des cellules. En clair, à un instant donné :
- Plus il reçoit de lumière, plus il produit : l'ombre, la météo nuageuse sont défavorables à votre production instantanée, mais aussi une orientation qui n'est pas perpendiculaire au soleil.
- Plus il a chaud, moins il produit : la chaleur diminue la production d'un panneau.
Coefficient de température des panneaux solaires
L'ordre de grandeur de la dégradation de performances d'un panneau solaire en silicium monocristallin est de 0.35% par degré Celsius au-dessus de la température de référence de 25°C. C'est-à-dire que pour toute élévation de température de 10°C au niveau des cellules, une perte de 3.5% de la performance du panneau est observée. Ce coefficient de température est une caractéristique technique du panneau donnée par le fabricant. Elle figure systématiquement sur la fiche technique.
Wc achetés : mesures en conditions de test standardisées
Pour permettre une comparaison des panneaux solaires entre eux, et de leur performance en particulier, la norme européenne IEC 60904 définit très précisément des conditions de mesure en laboratoire (et plus précisément sa section 9 pour les essais de performance panneaux par impulsion aussi appelé flash test). Ces conditions de mesure standard de test (STC pour standard test conditions) sont draconiennes. La mesure est contrôlée par comparaison avec un dispositif de référence étalonné (cellule de référence) que seuls quelques laboratoires dans le monde sont capables de délivrer. Les conditions de mesure incluent :
- La température mesurée directement sur les cellules à 1°c près, cette température est généralement de 25°c.
- L'angle d'incidence du flux lumineux
- la puissance (généralement 1000W/m²) et la nature spectrale (AM1.5) du flux lumineux ainsi que sa répartition homogène sur la surface de mesure
Dans ces conditions très maitrisées, la tension et le courant du panneau sont enregistrés lors d'une impulsion lumineuse. De cette mesure résulte la valeur de puissance crête du panneau qui sera vendu (avec une tolérance habituellement positive de quelques Wc ou quelques % selon le fabricant). La mesure flash est très rapide, les cellules du panneau n'ont donc pas le temps de s'échauffer lors de cette mesure.
W produits : conditions nominales de fonctionnement
Le fonctionnement en conditions réelles des panneaux est toutefois très différent des conditions STC. En effet, dès qu'une cellule solaire est exposée à un flux lumineux, une partie de l'énergie du flux est transformée en courant (c'est l'effet photovoltaïque que l'on utilise dans son système solaire, fréquemment de l'ordre de 20 à 22%) et l'autre partie est dissipée en chaleur (soit un peu moins de 80%) ce qui conduit très rapidement à une élévation de température des cellules. La dissipation thermique des cellules est alors fonction de la nature du matériau du panneau solaire, mais aussi de la vitesse du vent sur le panneau.
Afin d'avoir une image plus réaliste des performances optimales des panneaux solaires en conditions réelles, les fabricants donnent, sur les fiches techniques des panneaux, des valeurs mesurées en conditions plus représentatives. Les conditions nominales de fonctionnement (NOCT ou NMOT pour conditions de température nominales de fonctionnement) différent largement des conditions STC mais sont plus représentatives du fonctionnement optimal du panneau en conditions réelles.
Les conditions nominales de fonctionnement ne sont pas standardisées comme les conditions STC mais les fabricants se sont entendus sur un certain nombre de valeurs :
- la température extérieure de 20°C
- le flux lumineux de 800W/m²
- la vitesse de vent de 1 m/s
Par exemple :
- Sur un panneau solaire en silicium monocristallin Tongwei TH420PMB7, quand la température ambiante est de 20°C, la vitesse du vent de 1m/s et le flux lumineux de 800W/m², la température réelle des cellules est de 42.3°C. En première approximation, avec un coefficient de température de 0.34%, on a alors une dégradation de la puissance par rapport aux conditions STC de 0.34*(42.3-20)=7.58%.
- Si l'on extrapole ce calcul à une température ambiante de 35°, en prenant comme hypothèse que les cellules s'échauffent autant à 35°C qu'à 20°C on a alors une perte de puissance de 12,7%.
- En pratique, en toiture où la ventilation peut être modérée et la réverbération de chaleur des tuiles importante, il n'est pas rare de constater des températures de cellules supérieures à 70°C.
- De même, une vitesse de vent de 1m/s
Comparaison des valeurs de performance entre conditions standard et conditions nominales pour un panneau solaire
Pour un même panneau solaire, la valeur de puissance crête entre les conditions standard (test labo) et les conditions nominales (optimum en conditions réelles) peut donc varier significativement. Ces informations sont généralement présentes sur la fiche technique de panneaux solaire. Par exemple, ces différentes valeurs sont mises en évidence sur la fiche d'un panneau Trina Vertex de 425Wc.
Pour aller plus loin, les valeurs de puissance mesurées dans les 2 types de conditions sont représentés dans le tableau suivant pour différentes références de panneaux solaires :
|
Marque
|
Panneau
|
Wc STC
|
W NOCT
|
Variation %
|
Coefficient de température Pmpp%
|
|
Trina
|
TSM-DE09R.08
|
425
|
321
|
-24,47
|
0,34
|
|
Trina
|
TSM-DE09.05
|
390
|
294
|
-24,62
|
0,34
|
|
Tongwei
|
TW420PMB7 44SCS
|
420
|
316
|
-24,76
|
0,34
|
|
Tongwei
|
TW410PMB7 44SCF
|
410
|
309
|
-24,63
|
0,34
|
|
Longi
|
LR5-54HIH
|
410
|
306,56
|
-25,23
|
0,34
|
|
Bisol
|
Duplex BDO
|
375
|
NC
|
0,35
|
|
|
DMEGC
|
DM410M10-B54HST/HBT
|
410
|
311
|
-24,15
|
0,335
|
Ces mesures permettent de constater que, dans le meilleur des cas, les panneaux solaires produisent en conditions réelles représentatives 25% de moins que la puissance crête mesurée en laboratoires.
Il peut arriver, sur des journées particulières, que l'on dépasse ces valeurs de performance nominales si :
- La température extérieure est faible, mais le soleil intense (10° et moins)
- Le flux lumineux est concentré : certains phénomènes de bord de nuage ou de réverbération sur la neige peuvent induire un effet de concentration de la lumière. Sur la surface du panneau, on aura alors plus de 1000W/m² d'irradiation, ce qui correspondrait à plus qu'un soleil. C'est rare, mais cela arrive certaines journées de printemps avec de gros nuages blancs épars.
Les illustrations ci-dessous montrent les productions sur une même installation avec des panneaux Trina 405Wc le 15 mars 2023 et le 20 juillet 2023 lors du midi solaire.
On constate que c'est sur la journée du printemps, avec un ensoleillement haché, que les plus grosses puissances de production par panneau sont atteintes(385 à 390W par panneau en mars contre 334 à 349W par panneau en juillet).
Quel impact sur mon système solaire : choix de l'onduleur ?
Le fait que les panneaux solaires produisent, en opération réelle, très rarement plus de 75% de leur puissance crête à un impact sur le dimensionnement d'un autre composant majeur du système solaire : l'onduleur.
L'onduleur transforme le courant continu issu des panneaux en courant alternatif directement valorisable dans le réseau de distribution de la maison. Un onduleur présentera un meilleur rendement de conversion s'il est exploité dans un régime proche de sa puissance nominale.
Par conséquent, afin de maximiser le rendement de conversion et de minimiser les couts d'investissement, il est techniquement pertinent de choisir un onduleur dont la puissance nominale se situe entre 70 et 90% de la puissance crête du champ solaire. Il est en effet contre-productif de surdimensionner l'onduleur par rapport à la puissance du champ solaire.
Pour plus d'information sur le dimensionnement de l'onduleur dans un système solaire, vous pouvez retrouver notre article sur le sujet.
Puissance instantanée et récolte énergétique
Le fait que les performances instantanées des panneaux solaires se dégradent avec l'augmentation de la température peut induire de mauvaises interprétations. Par exemple, on peut lire certains bruits dans les médias selon lesquels les panneaux solaires produisent moins en été.
Il est important de dissocier deux grandeurs : la puissance instantanée produite et l'énergie totale. Des panneaux solaires produisent très bien en été, même par forte chaleur. Ils produisent un peu moins que ce qu'ils pourraient du fait de la perte de rendement liée à l'élévation de température, mais les journées d'été sont plus longues, et avec très peu de nuages, ainsi les récoltes énergétiques quotidiennes sont excellentes.
Par conséquent, vous l'avez compris : les records de puissance instantanée, exprimée en Watts W ou kilowatts kW, d'un système solaire sont obtenus non pas en plein été, mais lors de journées fraiches de forte irradiation, généralement au printemps. En début d'été, vous constaterez des records de production d'énergie quotidienne exprimés en kWh/jour (les journées sont plus longues et très ensoleillées, en particulier en juillet, peu après le solstice).
