Quels panneaux solaires choisir pour l'électricité?

Les panneaux solaires constituent une méthode très intéressante pour produire de l'électricité de manière durable. Dans ce cas, on parle de panneaux solaires photovoltaïques. Aujourd'hui, il existe également des systèmes hybrides pour l'électricité et l'eau chaude sanitaire. Dans cet article, nous allons voir comment tout cela fonctionne et découvrir les systèmes disponibles.

 

Comment fonctionnent les panneaux solaires?

Absorber la lumière du soleil

Le principe de fonctionnement des panneaux photovoltaïques est relativement simple. Un panneau est composé de (généralement environ septante) cellules photovoltaïques. Les panneaux sont positionnés sur le toit pour absorber la lumière solaire et la transformer en électricité grâce à un convertisseur.

Une cellule photovoltaïque se compose de deux plaques fines, une avec une charge positive et une avec une charge négative. Ces plaques sont en silicium, un matériau semi-conducteur à la lumière (du soleil) qui, grâce à cette propriété, crée un circuit entre les cellules photovoltaïques.

 

Vers une électricité utilisable: le convertisseur

La lumière naturelle est transformée en courant continu. Mais celui-ci doit encore être convertie en courant alternatif utilisable. Cette opération est effectuée avec un convertisseur ou onduleur. Chaque onduleur est équipé d'un tracker MPP (Maximum Power Point), qui assure une production de courant efficace. On distingue trois sortes d'onduleur. Le choix dépend du type de panneau solaire, de l'orientation des panneaux, de l'ombre présente et de l'inclinaison du toit.

• On utilise des onduleurs de chaîne lorsque tous les panneaux solaires ont la même orientation et qu'il n'y a pas d'ombre. Tous les panneaux sont alors raccordés à un convertisseur central.
• On utilise des micro-onduleurs lorsqu'il y a de l'ombre et/ou lorsque les panneaux solaires n'ont pas tous la même orientation. Les panneaux ont alors un micro-onduleur chacun (ou pour deux). Ainsi, chaque panneau fonctionne séparément et si l'un d'eux affiche une moins bonne performance, cela n'influence pas le fonctionnement du reste de l'installation.
• A l'instar du système avec micro-onduleur,  un système avec optimiseur est utilisé lorsqu'il y a de l'ombre et que les panneaux sont orientés différemment. Chaque panneau solaire a alors son tracker MPP qui assure la production d'électricité optimale d'électricité par panneau. Comme pour le système en chaîne, ce système nécessite encore un onduleur central. Mais ce dernier n'a pas besoin d'avoir son propre tracker MPP.

 

En ajoutant une batterie domestique

De plus en plus, cette installation intègre également une batterie domestique, qui vous permet de stocker l'énergie solaire que vous n'utilisez pas tout de suite.

Les installations auxquelles est accouplée une batterie domestique nécessitent un onduleur bidirectionnel. Avec des panneaux solaires sans batterie domestique, un onduleur ne fonctionne que dans un sens: l'onduleur des panneaux solaires proprement dit envoie le courant alternatif à l'installation électrique et au réseau. Cependant, la batterie doit pouvoir se charger et se décharger. Deux options s'offrent à vous: installer un onduleur séparé pour la batterie (système dit 'AC retrofit'), ou remplacer l'onduleur par un modèle hybride pouvant servir à la fois aux panneaux solaires (utilisation) et à la batterie (stockage).

Alors quelle option choisir si vous avez une installation classique de panneaux solaires? La ligne directrice la plus importante est l'âge de votre installation. Si votre installation est encore assez récente (<7 ans), il est préférable de choisir un système retrofit, car il est beaucoup moins cher. Toutefois, si votre installation a plus de 7 ans, il est préférable de remplacer l'onduleur existant par un modèle hybride avec batterie domestique. Sinon, vous devrez à nouveau remplacer votre onduleur au bout de quelques années.

Distribuer l'électricité utilisable

Finalement, le courant alternatif est distribué via le coffret compteur vers l'électronique dans la maison. Les panneaux solaires sont donc raccordés au réseau. Ainsi, s'ils ne produisent pas suffisamment, on peut toujours utiliser l'électricité du réseau. Inversement, la production excédentaire peut être réinjectée dans le réseau.

Types de panneaux photovolatiques

Panneaux solaires monocristallins

Les panneaux photovoltaïques monocristallins sont en silicium. Ce matériau fond et refroidit de manière contrôlée. Puisque ceci se fait de façon contrôlée, les cristaux sont disposés dans le même sens, ce qui permet de produire plus d'énergie par surface. C'est avec la lumière directe du soleil que ces panneaux fonctionnent le mieux. En Belgique, ils ne sont guère intéressants, étant donné la nébulosité. Malgré tout, ils offrent un bon rendement sur une petite surface.

 

Panneaux solaires polycristallins

Les panneaux polycristallins fonctionnent de la même manière que les panneaux monocristallins. En effet, ils sont également fabriqués en silicium. Mais leur refroidissement ne se fait pas de manière contrôlée, si bien que les cristaux sont agencés de manière désordonnée. C'est avec une lumière indirecte que ces panneaux fonctionnent le mieux. Ils sont aussi moins chers que les panneaux monocristallins, car leur processus de production est moins intensif.

 

Panneaux solaires amorphes

Avec les panneaux amorphes, aussi minces qu'une pellicule de film, on applique une fine couche photovoltaïque sur le panneau. Ces modèles sont beaucoup moins chers que les panneaux monocristallins et polycristallins, mais leur rendement est aussi plus faible. Pour pouvoir en tirer beaucoup d'électricité, il faut les fixer sur une grande surface. Par ailleurs, ils sont plus flexibles que les autres panneaux.

 

Panneaux solaires hybrides

Outre les panneaux solaires photovoltaïques pour l'électricité, il existe des panneaux solaires thermiques pour l'eau chaude. Par ailleurs, il existe aussi des panneaux hybrides ou panneaux PVT qui peuvent servir aux deux. Dans cette catégorie, on distingue deux sortes:

• Les panneaux solaires PVT: ici, l'accent est mis sur un rendement électrique élevé. Derrière le panneau solaire classique, on installe un échangeur de chaleur avec des conduites, dans lesquelles l'eau est chauffée selon le fonctionnement d'un collecteur solaire.
• Les collecteurs solaires PVT: ceux-ci sont surtout utilisés pour le chauffage. Ils produisent moins d'électricité que les panneaux PVT. Ici, les collecteurs se trouvent dans un boîtier isolé.

Nouvelles technologies
En outre, de nouvelles technologies font leur apparition sur le marché des panneaux solaires :
- Panneaux solaires bifaciaux : captent la lumière des deux côtés et génèrent jusqu'à 20% d'énergie supplémentaire.
- Panneaux solaires TOPCon et HJT : la technologie N-type améliore le rendement et réduit la dégradation.
- Cellules solaires en pérovskite : en développement, elles pourraient atteindre un rendement supérieur à 30% à l'avenir.

 

Qu'en est-il des panneaux solaires plug-and-play?

Que sont les panneaux solaires plug-in ?

Les panneaux solaires plug-in, également appelés panneaux solaires de balcon, sont équipés d’une fiche que l’on peut simplement brancher dans une prise électrique. Il n’est donc pas nécessaire de faire appel à un installateur. Cela constitue une solution pratique pour les propriétaires d’appartements, lorsque l’installation d’un système photovoltaïque complet n’est pas réalisable.

Une telle installation n’est pas sans risque, et est donc soumise à certaines conditions. La puissance maximale autorisée pour une installation de panneaux solaires avec prise (et éventuellement batterie) est limitée à 800 watts. Cela correspond à peu près à deux panneaux, ce qui signifie que le rendement est donc limité.

Conditions pour une installation solaire plug and play

Pour être utilisés, les panneaux solaires plug and play doivent être homologués. Cela signifie que les panneaux solaires et les équipements associés (comme l’onduleur et la fiche) doivent être approuvés et certifiés selon les normes et réglementations de sécurité en vigueur. Ils doivent satisfaire aux exigences techniques et légales, notamment en matière de sécurité électrique, de compatibilité avec le réseau électrique et de prévention des incendies.

• les panneaux doivent porter le marquage CE et être accompagnés d’une déclaration de conformité européenne;
• les risques doivent être clairement indiqués par les fabricants et fournisseurs (par exemple les risques liés au branchement de plusieurs appareils sur une même prise);
• les panneaux doivent pouvoir s’éteindre automatiquement en cas de panne ou de coupure de courant.

Y a-t-il une obligation de déclaration?

En Flandre, il n’y a pas d’obligation de déclaration pour ce type de panneaux solaires plug and play; il est permis d’installer jusqu’à deux panneaux avec prise sans devoir les signaler au gestionnaire de réseau Fluvius. Exception à la règle: les personnes disposant d’un compteur analogique doivent tout de même effectuer une déclaration. En Wallonie et en Région de Bruxelles-Capitale, une déclaration est en revanche obligatoire pour ce type d’installations.

Pas sans risques

Avant tout, une installation intérieure réalisée selon les normes belges n’est pas conçue pour injecter une grande quantité d’électricité via une simple prise – d’où, bien entendu, la limitation de la puissance maximale à 800 watts.

La puissance que peut supporter une prise est limitée, et le branchement de trop de panneaux peut entraîner une surcharge, un court-circuit et un risque potentiel d’incendie.

Le branchement d’un ensemble de deux panneaux solaires sur une prise ne pose pas de problème, mais si l’on souhaite couvrir une grande partie de ses besoins énergétiques totaux comme avec des panneaux photovoltaïques traditionnels, il en faudrait bien davantage.

Par ailleurs, une installation plug and play n’est pas soumise à un contrôle comme c’est le cas pour une installation solaire traditionnelle. Des dangers potentiels, tels que des connexions mal réalisées, une mise à la terre insuffisante ou d'autres risques pour la sécurité, peuvent ainsi passer inaperçus.

 

Rendement des panneaux solaires

De quoi s'agit-il?

La part d'énergie solaire qui peut être convertie en électricité. Voilà ce qu'exprime le rendement en pourcent. Plus le rendement de vos panneaux solaires est élevé, plus vous produisez d’électricité vous-même et moins vous dépendez du réseau. Mais votre profil de consommation, l’orientation des panneaux et une éventuelle batterie jouent aussi un rôle.

Avec les panneaux solaires, cette part se situe entre 18% et 24%, car la lumière du soleil se compose de différentes couleurs. Or une cellule photovoltaïque n'absorbe pas toutes les couleurs. Le rendement des panneaux solaires choisis peut être calculé avec la formule suivante:

puissance crête (Wp) / (surface d'un panneau * 1000 W/m²)

Les 1000 W/m² représentent une valeur standard pour l’ensoleillement dans les conditions de test standard (STC – Standard Test Conditions), mais le rendement réel dépend aussi des conditions de test. La formule peut donc servir de règle générale, mais ne constitue pas une mesure précise.

La puissance de crête

La puissance de crête est déterminante pour le rendement. Elle est exprimée en Wc (watt-crête) ou Wp (watts-peak) et utilisée pour indiquer la puissance maximale des panneaux solaires, ce qui permet de les comparer entre eux. La quantité d’électricité produite dépend de l’intensité de la lumière solaire, mais aussi des caractéristiques du panneau.

Un panneau solaire standard produit aujourd’hui généralement entre 350 et 430 Wp. Les panneaux plus anciens ou de plus petite taille produisent entre 250 et 320 Wp, mais ceux-ci sont de moins en moins utilisés. Les panneaux à haut rendement atteignent jusqu’à 500 Wp ou plus, en particulier ceux de dernière génération avec des dimensions plus grandes ou une technologie de cellules avancée.

Cette puissance est calculée dans des conditions optimales (avec une irradiation solaire directe, sans ombre et à une température constante de 25 °C). Il convient toutefois de noter qu’il ne s’agit pas d’une puissance constante, car les conditions de test sont rarement réunies en pratique.

Votre toit: position, inclinaison et surface

Pour un rendement maximal, la position des panneaux solaires sur votre toit ainsi que la surface disponible (sans ombre) jouent un rôle important. Le rendement le plus élevé est atteint avec une inclinaison de 30 à 40 degrés. En dehors de cette plage, les panneaux produiront moins d’énergie. Sur un toit plat, on peut les installer sur un support incliné.

Il est également préférable d’orienter les panneaux solaires vers le sud pour obtenir le meilleur rendement. Cela est particulièrement intéressant si vous êtes souvent à la maison et/ou si vous disposez d’une batterie. Une orientation est ou ouest convient mieux à ceux qui consomment principalement de l’électricité le matin ou le soir. Vous obtiendrez simplement un rendement moindre à midi, lorsque l’ensoleillement est maximal.

Comment calculer le nombre de panneaux solaires nécessaires?

Un premier calcul

Bien entendu, vous pouvez faire calculer le nombre exact de panneaux solaires nécessaires sur votre toit par un installateur agréé. Vous n'êtes pas encore au stade de la décision ou vous souhaitez obtenir une première indication? Vous pouvez alors faire vous-même une première estimation en utilisant la formule suivante:

(consommation électrique annuelle en kWh) / (Wp x 0,85*) d'un panneau

*Le Wp est multiplié par 0,85, car dans notre climat, les panneaux solaires n'atteignent que 85% de leur puissance de crête (1 Wp = 0,85 kWh).

Ainsi, si vous avez un panneau solaire de 250 Wp, si 1 Wp en Belgique fournit 0,85 kWh dans des conditions idéales et si votre consommation annuelle est de 3 000 kWh, vous ferez le calcul comme suit:

3.000 / (250 x 0,85) = 14,1

Vous auriez donc besoin de 15 panneaux. Quel que soit le chiffre obtenu à l'aide de la formule, il est préférable d'arrondir au chiffre supérieur, car les panneaux solaires perdent de leur performance avec le temps. Après plus ou moins 25 ans, ils perdent 15% de leur rendement à l'installation. Avec les panneaux plus récents, cependant, cette perte est plus faible - jusqu'à 0,3 % de perte d'efficacité par an.

Veuillez noter que ce calcul n'est qu'une indication. Il ne tient pas encore compte de la pente, de l'orientation du toit et de la baisse d'efficacité des panneaux au fil du temps. Il s'agit de caractéristiques situationnelles, qui ont aussi un impact.

Le nombre de panneaux sur votre toit

Vous voulez être sûr que le nombre requis de panneaux solaires pour couvrir votre consommation peut effectivement être installé sur la surface disponible de votre toit? Alors commencez par mesurer la surface. Vous pouvez calculer si le nombre de panneaux solaires requis est adapté à votre toit à l'aide de la formule suivante:

nombre de panneaux solaires x surface du panneau solaire

Le résultat doit correspondre ou être inférieur à votre surface disponible.

Supposons que, dans le calcul ci-dessus, vous travaillez avec des panneaux solaires de 1,5 m² sur une surface de toit disponible de 26 m²:

15 panneaux x 1,5 m² = 22,5 m². Donc cela ira.

Si cela ne va pas, optez pour moins de panneaux d'une puissance plus élevée (ou plus de panneaux avec une surface plus petite et une puissance par panneau plus faible). Si aucune autre solution n'est possible et que vous avez besoin de plus de panneaux solaires que votre toit ne peut en accueillir, vous serez quand même encore dépendant de l'électricité du réseau. Dans la formule pour calculer le nombre requis de panneaux solaires, vous pouvez alors indiquer une fraction de votre consommation annuelle au lieu de votre consommation annuelle totale.

Supposons que vous n'arriviez pas à placer sur votre toit 15 panneaux mais seulement 12. Vous indiquez alors la part de votre consommation annuelle que vous souhaitez couvrir avec des panneaux solaires. Si, dans l'exemple ci-dessus, vous ne couvrez que les deux tiers (c'est-à-dire 2 000 kWh) de votre consommation au lieu de 3 000 kWh, vous atteindrez ce résultat avec 10 panneaux. Vous économiserez toujours, mais pas de manière optimale.

 

Quelle est la période de récupération des panneaux solaires?

Facteurs déterminants

Le délai d'amortissement des panneaux solaires est difficile à déterminer avec précision. Il est généralement compris entre 10 et 15 ans pour une installation standard. Si l'on tient compte de la durée de vie des panneaux solaires avant qu'ils ne perdent trop d'énergie (à environ 30 ans) et de la durée de vie d'un onduleur (jusqu'à 15 ans), c'est bien sûr intéressant. Le délai d'amortissement dépend également des éléments suivants:

• Le coût de l'installation des panneaux, y compris le taux de TVA (6% pour les maisons de plus de 10 ans, sinon 21%);
• votre consommation d'électricité;
• les prix de l'énergie;
• le rendement de vos panneaux solaires: plus il est élevé, plus vous rentabilisez rapidement votre investissement;
• le moment où vous utilisez l'électricité produite.

Remplacer les panneaux solaires

Lorsque vos panneaux solaires ont près de 25 ans, il est peut-être temps de les remplacer. C'est généralement une bonne idée, car les nouveaux panneaux peuvent généralement générer plus d'énergie avec la même surface que les panneaux d'il y a 15 ans.

Pour une installation installée en 2007, la perte d'efficacité des panneaux par an sera très probablement plus élevée que pour une installation installée en 2018. Pourtant, il est plus intéressant de laisser l'installation de 2007 un peu plus longtemps (en Flandre). Après tout, vous obtenez toujours des certificats verts de 450 euros par MWh sur cette installation.

Conseil
Allez-vous remplacer certains panneaux? Alors, vous n'avez pas besoin de jeter les anciens panneaux immédiatement. S'il vous reste un morceau de surface de toit, vous pouvez y poser les anciens panneaux. Vous aurez alors encore un peu de puissance supplémentaire.