Les panneaux solaires fonctionnent mieux en plein soleil, mais la réalité est rarement aussi simple. Arbres, superstructures de toiture, cheminées, bâtiments voisins : sur pratiquement tous les toits commerciaux, il existe des obstacles qui projettent de l'ombre à certains moments de la journée. La question que se posent alors les promoteurs immobiliers et les installateurs est tout à fait compréhensible : comment travailler panneaux solaires à l'ombre encore, et si oui, quelle est leur efficacité actuelle ? La réponse est nuancée et dépend de plusieurs facteurs, allant de la nature de l'ombre à la technologie utilisée dans le panneau lui-même.
Pour les installations solaires à grande échelle sur les bâtiments d'entreprise, les centres logistiques et les bâtiments industriels, il ne s'agit pas d'une question théorique. L'ombrage peut avoir un impact direct sur le rendement énergétique d'une installation et, par conséquent, sur la viabilité financière d'un projet. Comprendre le fonctionnement des panneaux solaires à l'ombre permet de prendre de meilleures décisions concernant la conception du système, le choix des composants et la planification du projet.
L'ombre réduit la quantité de lumière qui atteint un panneau solaire, ce qui fait que moins de photons sont convertis en énergie électrique. Même la lumière diffuse, comme lors d'une journée nuageuse, contient suffisamment de rayonnement pour permettre à un panneau de produire de l'électricité, mais le rendement est alors nettement inférieur à celui obtenu sous un ensoleillement direct. En cas d’ombre directe projetée par un obstacle, l’effet est encore plus marqué et plus complexe.
La particularité des modules photovoltaïques traditionnels réside dans le fait que les cellules sont connectées en série. Cela signifie qu’une seule cellule ombragée peut limiter le courant dans l’ensemble de la chaîne, à l’instar d’une ampoule grillée dans un circuit en série de guirlandes de Noël. La cellule ombragée agit comme une résistance et peut même générer de la chaleur, un phénomène connu sous le nom de effet de « hotspot ». À long terme, cela peut endommager le panneau et c'est l'une des raisons pour lesquelles la gestion de l'ombrage est si importante lors de la conception d'une installation.
Toutes les ombres ne se valent pas. La distinction entre ombre partielle et ombre totale est essentielle pour comprendre le rendement des panneaux solaires en cas d'ombrage. Une ombre totale, qui recouvre entièrement un panneau, entraîne une perte de production quasi totale de ce panneau. Une ombre partielle, qui ne touche qu'une partie du panneau ou une partie de l'installation, a un effet plus complexe.
En cas d'ombrage partiel sur un système traditionnel sans optimiseurs ni micro-onduleurs, la perte de rendement d'un seul panneau peut réduire considérablement le rendement de toute une chaîne. Concrètement, cela signifie qu’un petit obstacle, tel qu’une cheminée projetant de l’ombre sur deux panneaux tôt le matin, peut avoir un impact disproportionné sur le rendement total de l’installation. Les systèmes modernes sont conçus pour limiter cet effet de cascade, mais le principe de base reste pertinent lors de la planification de tout projet.
Ces dernières années, le secteur a réalisé des progrès considérables dans la réduction des pertes dues à l'ombrage. Trois technologies jouent un rôle central à cet égard.
La plupart des modules photovoltaïques modernes sont équipés de diodes de dérivation, qui contournent électriquement les cellules ombragées afin que le reste du panneau continue à produire. Cela permet d'éviter les effets les plus néfastes de l'effet « hotspot » et de limiter la perte à la partie ombragée. Il s'agit d'une solution de base présente dans pratiquement tous les panneaux de qualité.
Les micro-onduleurs et les optimiseurs CC vont encore plus loin. Alors qu’un onduleur de chaîne traditionnel prend le panneau le moins performant comme référence, ces technologies permettent à chaque panneau de fonctionner à son propre point de puissance maximale. Chez ombrage partiel sur les modules photovoltaïques Cela peut augmenter considérablement le rendement, car les performances d'un seul panneau ne limitent plus l'ensemble de l'installation. Il s'agit là de solutions très utiles pour les toitures à la géométrie complexe ou présentant plusieurs orientations.
Les nouveaux modèles de panneaux, tels que les modules à demi-cellules et les modules « shingled », divisent la cellule en unités plus petites qui sont moins sensibles à l'ombrage partiel. En répartissant l'impact électrique de l'ombrage sur un plus grand nombre de petites cellules, le rendement total reste plus stable lorsqu'une partie seulement du panneau est touchée.
Une analyse approfondie de l'ombrage n'est pas une étape facultative, mais un élément essentiel de tout projet photovoltaïque sérieux. Grâce à des logiciels spécialisés, les installateurs et les développeurs de projets peuvent simuler les profils d'ombrage sur un toit pour chaque heure de l'année, en tenant compte de la position du soleil, de la hauteur des obstacles et de l'orientation du toit.
Cette analyse permet de prendre des décisions éclairées concernant l'implantation des panneaux, la disposition des chaînes et le choix de la technologie d'onduleurs. Un obstacle qui ne projette pratiquement pas d'ombre en été peut, en hiver, en raison de la faible altitude du soleil, couvrir une partie beaucoup plus importante du toit. Si l'on ne tient pas compte de cet élément lors de la planification, on risque de se retrouver avec une installation dont le rendement est structurellement inférieur à la puissance attendue.
Pour ses panneaux destinés à un usage commercial, Solarge propose une estimation tenant compte des conditions spécifiques du site, notamment son orientation et l'ombrage, afin que les partenaires du projet aient une idée réaliste du rendement énergétique attendu. L'analyse de l'ombrage fait ainsi partie intégrante du processus de conseil, et non pas un simple élément secondaire.
L'ombrage a une conséquence financière directe. Une installation dont la production est systématiquement inférieure aux prévisions génère moins de revenus énergétiques et présente donc un délai de rentabilité plus long. Pour les projets commerciaux à grande échelle, dont l'analyse de rentabilité a été calculée avec précision, cela peut faire une différence significative.
Il est donc judicieux, lors du calcul du délai de rentabilité, de ne pas se baser sur le rendement théorique maximal, mais sur une estimation réaliste de la production tenant compte des ombrages locaux, des variations saisonnières et des pertes du système. Une estimation prudente mais précise offre davantage de certitude qu'une projection optimiste qui ne se concrétise pas dans la pratique.
Dans le même temps, une bonne analyse de l'ombrage offre également des opportunités. En positionnant intelligemment les panneaux et en choisissant la technologie adaptée, il est possible de réduire considérablement les pertes dues à l'ombrage, ce qui permet à une installation de fonctionner à un niveau de rendement plus proche de son maximum théorique. Associée à des panneaux légers pouvant être installés sur une plus grande partie de la surface du toit, y compris sur des sections qui seraient trop sollicitées par des modules en verre conventionnels, cette solution permet d’obtenir une installation qui tire le meilleur parti de la surface de toiture disponible, tant en termes de rendement que de durabilité.
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