Orientation panneaux solaires : maximiser la performance énergétique

Pourquoi l'orientation des panneaux solaires est cruciale ?

Les panneaux solaires constituent une solution innovante pour produire une énergie propre et renouvelable à partir du rayonnement solaire. Ils permettent de couvrir une bonne partie des besoins domestiques en électricité d’un foyer et ainsi de réaliser des économies d’énergie en réduisant sa dépendance au réseau électrique public. Un dimensionnement adéquat du système photovoltaïque est cependant indispensable pour rentabiliser son investissement et en tirer le meilleur parti. Pour optimiser l’efficacité de son installation solaire, il convient alors de prendre en compte plusieurs éléments relatifs tant à la configuration de l’installation qu’aux caractéristiques du logement.

Pour maximiser la captation solaire

L'orientation des panneaux solaires est un des éléments les plus importants pour optimiser l'efficacité énergétique et le rendement des panneaux solaires. C'est en effet elle qui détermine en bonne partie la quantité de rayons lumineux que les panneaux sont susceptibles de capter pour ensuite les convertir en électricité. De façon concrète, elle correspond à la direction vers laquelle la face avant du panneau est tournée. On la désigne le plus souvent par un point cardinal comme par exemple Sud, Est, Ouest, Sud-Est ou encore Sud-Ouest.

Pour optimiser la rentabilité de l’installation

Lorsque les panneaux solaires sont bien orientés par rapport au soleil, ils captent une plus grande quantité de rayons lumineux et produisent mécaniquement davantage d’électricité pour votre logement. Grâce à une orientation optimale, vous augmentez ainsi votre taux d’autoconsommation et diminuez par la même occasion vos factures d’électricité. Vous augmentez également la part de la production pouvant servir à la revente à un fournisseur d’énergie (revente du surplus ou de la totalité). Vous vous constituez ainsi des revenus complémentaires plus importants, ce qui accélère la rentabilisation de votre installation photovoltaïque.

Que faut-il savoir sur l’azimut ?

Notion proche de l'orientation, l'azimut se veut encore plus précis et fait référence à l'angle horizontal formé par le point cardinal nord qui sert alors de point de référence par rapport à la direction vers laquelle les panneaux sont orientés. Ces 2 directions forment ainsi des lignes imaginaires définissant un angle. L’azimut s'apparente en réalité à la qualification scientifique de l’orientation.

Le nord étant le plus souvent la référence, une orientation des panneaux vers le nord signifie donc un azimut à 0°. Si les panneaux sont en revanche orientés vers le sud, soit strictement à l'opposé, l'azimut est alors à 180°. Dans le domaine du photovoltaïque, le calcul de l'azimut peut également prendre comme point de référence l'orientation plein sud qui est l’orientation de prédilection pour la performance des panneaux. Dans ce cas de figure, l'orientation des panneaux vers le sud entraîne un azimut à 0° et l'orientation vers le nord un azimut à 180°.

La connaissance de l'azimut est indispensable car elle permet de déterminer l'exposition maximale des panneaux au soleil tout au long de la journée. L'angle déterminé par cette mesure est idéal lorsque les rayons solaires (photons) frappent les panneaux de façon perpendiculaire.

Voici un tableau récapitulant les angles d’azimut les plus fréquents pour une installation de panneaux solaires en fonction du point de référence :

Azimut	Degrés (référence Nord)	Degrés (référence Sud)
Sud	180°	0°
Sud-Ouest	225°	45°
Sud-Est	135°	225°
Est	90°	270°
Ouest	270°	90°

Comment est déterminée l'orientation des panneaux photovoltaïques ?

L’orientation des panneaux photovoltaïque est déterminée en fonction de 3 critères spécifiques à savoir la course du soleil, le rayonnement diffus et la latitude de l’habitation.

La course du soleil

L'orientation des panneaux solaires doit être basée sur le parcours du soleil (courbe du soleil) tout au long de la journée. Le soleil est en effet un astre en perpétuel mouvement qui passe par les différents points cardinaux au fur et à mesure de la journée. En Europe et plus globalement dans l'hémisphère Nord le soleil se lève à l'Est pour se coucher à l'Ouest.

Au cours de son déplacement quotidien, le soleil atteint son point culminant entre 12h et 15h. Pour maximiser l'exposition solaire, il est donc recommandé d'orienter les panneaux vers le sud afin qu'ils soient perpendiculaires aux rayons solaires pendant cette période décisive de la journée.

La trajectoire du soleil varie également en fonction des saisons. Il est ainsi plus ou moins haut par rapport à l'horizon. Il atteint son point culminant en été permettant un grand nombre d'heures d'ensoleillement et se trouve au plus bas pendant l'hiver lorsque les journées sont les plus courtes.

L’installation des panneaux solaires doit tenir compte de ces données et le choix de l’orientation optimale s’apparente donc plus à un compromis entre ces différents éléments qu'à la définition d’un angle parfait. L’objectif est en effet d’obtenir le meilleur rendement lissé sur l’ensemble de l’année plutôt qu’un rendement important seulement sur une saison ou sur un seul moment de la journée.

D'une manière générale, pour l'hémisphère nord, on considère que les panneaux doivent être orientés sous l'axe Est-Ouest pour maximiser l'exposition solaire quotidienne et pour maintenir une certaine constance dans la captation.

Le rayonnement diffus

Lorsque vous installez des panneaux solaires, il faut également tenir compte du niveau de rayonnement diffus dans la zone géographique spécifique. Le rayonnement diffus ou “rayonnement indirect” se réfère à la lumière qui atteint les panneaux solaires après avoir été dispersée par l'atmosphère au moment de la traversée des nuages. Les rayons solaires proviennent alors de différentes différentes directions. Si une installation ne bénéficie pas toujours d’un rayonnement direct, cela ne veut donc pas dire pour autant que le rayonnement diffus n’est pas présent à travers les nuages et également par la réflexion au sol.

Les régions disposant d'un climat moyennement ensoleillé et relativement nuageux affichent un pourcentage plus élevé de rayonnement diffus par rapport à celles bénéficiant d'un ensoleillement régulier. De même, le rayonnement diffus est important les jours nuageux et faible les jours dégagés et ensoleillés. De ce fait, le taux d'ensoleillement est bien sûr un facteur important pour optimiser la production d'énergie mais il n'est pas forcément décisif. Le rayonnement solaire passe en effet à travers les nuages, de façon certes moindre, mais permet malgré tout un certain niveau de production d'électricité. Il s’agit donc d’un élément quelque peu contre-intuitif dont il faut également tenir compte au moment de déterminer l’orientation des panneaux.

La latitude de votre habitation

Enfin, la latitude est le dernier élément à considérer quand on réfléchit à l’orientation d’une installation photovoltaïque. Elle désigne la position d'un lieu et en l'occurrence d'une habitation par rapport à l'Équateur ainsi que les conséquences physiques qui en découlent (climat, températures, ensoleillement). À mesure que l’on s’approche de l'Équateur, le rayonnement solaire s’intensifie. En France, les régions du pourtour méditerranéen bénéficient ainsi logiquement d’une meilleure exposition que les régions du Nord tout au long de l’année.

Pour autant, la latitude de la France est suffisamment proche de l'Équateur pour que le rayonnement solaire permette une production efficace même dans la moitié nord de l’Hexagone. Même si elle sera logiquement moindre, vous pourrez cependant consommer en bonne partie votre propre énergie solaire et réaliser des économies d’électricité notables grâce notamment au rayonnement diffus. En fonction de votre localisation et donc de la latitude, vous devrez donc ajuster l'angle d'inclinaison des panneaux pour optimiser leur rendement énergétique.

Voici une carte mettant en perspective les différences de rayonnement solaire en kWh par an selon la latitude des différentes zones du territoire français :

Quelle est l'orientation idéale pour vos panneaux solaires ?

En France et plus généralement dans l’hémisphère Nord, l’orientation idéale est sans nul doute l’exposition plein Sud. C’est celle qui permet de capter le maximum de rayons solaires pour les convertir ensuite en électricité (en courant continu puis en courant alternatif après le passage dans l’onduleur).

Si vous ne disposez pas d’une orientation plein sud disponible pour votre habitation, pas de panique. D’autres expositions  offrent également des possibilités de rendement relativement élevées. C’est le cas notamment de l’orientation Sud-Est ou encore de l’orientation Sud-Ouest.

Si elles ne sont pas à privilégier, les orientations Est et Ouest sont également possibles mais seulement en dernier recours. L’exposition Nord est elle totalement à bannir au moment de faire votre choix. Elle ne permet pas en effet de rentabiliser convenablement ce type d’investissement. Il en est de même pour les orientations Nord-Est et Nord-Ouest.

Enfin, il convient également de préciser que pour qu’une orientation spécifique choisie donne sa pleine mesure, il est indispensable de minimiser les zones d’ombrage potentielles qui vous font perdre de précieuses heures d’ensoleillement. Il vous faut donc pour cela être attentif à l’ombre portée des immeubles alentours ainsi qu’à celle des arbres avoisinants. Il est également indispensable d’entretenir et de tailler régulièrement la végétation environnante pour éviter qu’elle n'empiète sur la zone de captation.

Amélioration de l’orientation d’un panneau solaire : nos conseils

Si l’exposition plein-sud est idéale pour l’orientation des panneaux solaires, il n’est cependant pas toujours possible de l’utiliser pour son installation photovoltaïque. Pour autant, il existe plusieurs solutions pour améliorer une orientation solaire.

Assurer une captation solaire sans pause dans la journée

En premier lieu, même si l'orientation n'est pas optimale, il convient de choisir une position où les panneaux solaires disposent d'une exposition à la lumière du soleil de façon régulière tout au long de la journée. Pour ce faire, choisissez un endroit à l'abri des ombres portées des arbres ou des bâtiments environnants, l'essentiel étant de réduire au maximum les périodes de la journée où le dispositif est improductif à cause des zones d'ombrage.

Jouer sur l’inclinaison des panneaux

Si elle n’est pas aussi fondamentale que l’orientation, l’inclinaison des panneaux peut cependant avoir son importance pour maximiser le rayonnement solaire et donc le rendement. En France, l’inclinaison optimale est comprise entre 30 et 35° mais évolue en fonction des saisons, selon que le soleil est plus ou moins haut. Pour en tirer le meilleur parti, vous avez alors la possibilité d’installer des supports permettant de modifier l’inclinaison des modules selon l’angle optimal de votre zone géographique voire même selon les saisons.

Installer des trackers solaires

Les trackers solaires sont des dispositifs de suivi solaire qui permettent d’ajuster automatiquement l'angle et l'orientation des panneaux en fonction de l’évolution de la position du soleil au fur et à mesure de  la journée. Les panneaux sont alors fixés sur un mât mobile suivant la course du soleil à l’aide d’un moteur. L’installation d’un tel système garantit une exposition maximale aux rayons solaires et ainsi une production optimale d'énergie.

Les panneaux seront notamment orientés au Sud-Est le matin, puis plein Sud au moment du pic solaire en début d’après-midi et enfin vers le Sud-Ouest en fin d’après-midi. De cette façon, il est possible d’augmenter le rendement parfois même de l’ordre de 25 à 40 %. Certains trackers peuvent même permettre de modifier l’inclinaison des panneaux.

Ces dispositifs restent en revanche pour le moment peu répandus du fait de leur coût élevé (environ 15 000 €) retardant le rentabilité de l’installation ainsi que de l’impossibilité de les utiliser au niveau du toit.

Penser aux alternatives en cas de toit mal orienté

Si l’orientation ou la configuration du toit ne sont pas optimales pour le rendement du système (obstacles, cheminée, surface irrégulière), vous pouvez également envisager la construction d’une cabane, d’un abri de jardin ou même d’un carport qui servira de support à l’installation de panneaux solaires. Cela vous permettra de bénéficier d’une orientation plus adéquate et plus libre. Vous aurez même la possibilité d’installer vos modules directement au sol le cas échéant même si cette configuration implique d’autres considérations en termes d’inclinaison et de productivité.

La surimposition

Même lorsque l’orientation est optimale, vous avez tout de même la possibilité, pour optimiser le rendement, de réaliser une pose en surimposition c’est-à-dire en parallèle de la toiture à l’aide de fixations. Ce type de pose permet une meilleure aération du dispositif avec une lame d’air qui circule en permanence et qui “rafraîchit” les panneaux pour ne pas qu’ils soient en surchauffe et ne subissent ainsi une baisse de rendement.

Installer des panneaux bifaces

Constitués d’une face avant traditionnelle en vitre de verre et d’une face arrière qui exploite la réflexion lumineuse du sol ou d’une façade (l’albédo), les panneaux bifaces permettent de maximiser la production électrique de l’ordre de 5 à 15 % grâce à leur double action. Ils sont en revanche plus chers à l’achat et ne peuvent être installés en toiture.

L’indispensable entretien des panneaux solaires

Enfin, même avec la meilleure orientation possible, il est indispensable d’entretenir régulièrement vos modules photovoltaïques. En effet, l’accumulation de poussières, de saletés ou de débris (feuilles mortes, branches) peut nuire à la réflexion solaire et impacter à la baisse les performances du système. Procédez donc à un nettoyage environ une fois par an, à l’eau douce, pour vous assurer de la productivité optimale de l’installation photovoltaïque.

Que privilégier entre l’orientation et l’inclinaison ?

Si l’orientation reste le facteur le plus prégnant en termes de productivité, l’inclinaison ne peut cependant être délaissée, loin s’en faut. En réalité, ces 2 notions agissent de concert pour maximiser l’exposition solaire. Une orientation moyenne peut être compensée par une inclinaison performante et vice versa.

L’inclinaison peut donc jouer un rôle majeur dans le rendement d’un parc solaire et peut même parfois être plus facilement optimisée. Elle évolue en effet en fonction des saisons et de la hauteur du soleil avec les inclinaisons idéales suivantes :

• 20° en été lorsque le soleil est très haut ;
• 60° en hiver quand le soleil est à son plus bas par rapport à l’horizon ;
• 45° en printemps et en automne lorsque le soleil est à un niveau intermédiaire.

Pour une inclinaison optimale lissée tout au long de l’année, un angle moyen de l’ordre de 30° environ est donc à rechercher afin que les rayons lumineux viennent frapper les modules de façon perpendiculaire la majeure partie du temps. L’installation de supports peut être à cet effet particulièrement opportune pour modifier l’inclinaison.

Au-delà de l’orientation et de l’inclinaison, l’efficacité d’un dispositif photovoltaïque est à considérer au regard des très nombreux paramètres qui entrent en ligne de compte dans le niveau de production solaire dont notamment :

• le type de panneaux installés (monocristallins, polycristallins, amorphes, hybrides, etc.) ;
• la puissance maximale des panneaux ;
• le nombre de modules installés et la surface totale de l’installation ;
• les conditions climatiques de la région (température excessive ou non, aléas climatiques) ;
• la puissance de l’onduleur ou des micro-onduleurs installés qui détermine les possibilités de conversion du courant continu en courant alternatif.

La définition d’une installation photovoltaïque doit donc suivre un cheminement global prenant en compte l’intégralité de ces composants. Gardez bien à l’esprit cependant qu’une orientation ou une inclinaison moyennes sont loin d’être rédhibitoires et peuvent parfois faire l’objet d’ajustements. L’essentiel est alors de bien anticiper la rentabilisation des potentiels équipements supplémentaires servant à améliorer le rendement. N’oubliez pas non plus de considérer dans votre calcul de rentabilité les potentielles aides financières pouvant être obtenues pour réduire le coût d’installation (MaPrimeRénov, la prime énergie, les aides des collectivités locales) ainsi que la revente du surplus d’énergie produit qui permettent de bénéficier de revenus complémentaires récurrents.

Voici un tableau récapitulant le compromis idéal à rechercher entre orientation et inclinaison pour une efficacité optimale :

Orientation / Inclinaison	0°	30°	60°	90°
Est	93 %	90 %	78 %	55 %
Sud-Est	93 %	96 %	88 %	66 %
Sud	93 %	100 %	91 %	68 %
Sud-Ouest	93 %	96 %	88 %	66 %
Ouest	93 %	90 %	78 %	55 %