Quelle est la puissance réelle d'un panneau solaire ?

Comprendre la puissance d'un panneau solaire

Les panneaux solaires permettent de produire de l’électricité directement utilisable dans une habitation grâce aux photons issus du rayonnement solaire. Lorsque ces derniers frappent les modules photovoltaïques, un courant continu est alors créé. Pour pouvoir être utilisé au sein du logement, ce courant continu est transmis à un onduleur qui le transforme en courant alternatif, c’est-à-dire le type de courant compatible pour alimenter en énergie l’habitation et répondre aux différents besoins domestiques (électricité, chauffage, alimentation des appareils électroménagers). Parmi tous les éléments qui influencent le niveau de production d’électricité solaire, la puissance des panneaux est un critère décisif pour optimiser son installation photovoltaïque.

A quoi correspond la puissance affichée d’un panneau solaire ?

La puissance d'un panneau solaire correspond à sa capacité de production d'électricité optimale en fonction de la quantité d'énergie solaire qu'elle reçoit. La mesure de la puissance d'un panneau est exprimée en watts-crête (Wc) et s'entend généralement pour un panneau aux dimensions de 1 m².

Elle représente ainsi la quantité de courant continu que peut convertir un module à partir des rayons du soleil dans des conditions idéales (émissions lumineuses de 1000 watts/m², orientation sud, inclinaison à 30°, température à 25°, etc.). On parle de STC (Standard Test Conditions) pour ces conditions optimales, qui ne peuvent cependant jamais être toutes réunies en même temps. La puissance électrique maximum dans ces conditions STC constitue alors une valeur de référence théorique de laboratoire permettant de comparer tous les modules photovoltaïques mis sur le marché.

Une puissance de plus en plus élevée au fil des années

Les évolutions technologiques récentes ont permis d’accroître sensiblement la puissance de production moyenne d’un panneau solaire pour en faire un équipement de plus en plus performant et donc rentable. Si autrefois, elle était régulièrement limitée autour de 300 Wc (voire 330 Wc), la moyenne tourne aujourd’hui autour de 375 à 400 Wc et il n’est plus si rare de voir certains modules atteindre une puissance élevée de 480 Wc. En quelques années, les performances des panneaux ont ainsi progressé de l’ordre de 20 à 25 % environ (même si ces données restent théoriques), ce qui est loin d’être négligeable pour la rentabilité d’un tel investissement.

Puissance de panneaux solaires : une définition variable

La puissance des panneaux solaires recouvre en fait plusieurs réalités :

• la puissance maximale exprimée en watt-crête qui correspond à la capacité de production théorique des panneaux en laboratoire, c’est-à-dire dans des conditions standardisées. Elle apparaît sur la fiche technique des fournisseurs qui permet ainsi une comparaison entre les différents produits ;
• la puissance réelle ou puissance nominale qui correspond à environ 75 à 80 % de la puissance maximale et permet d’estimer la production dans des conditions optimales plus proches de la réalité. Elle est également mentionnée sur la fiche technique ;
• la puissance variable fait elle référence à la production d’électricité tenant compte des caractéristiques spécifiques d’une installation telles que l’orientation, l’inclinaison, les zones d’ombrages ou encore la température.

Les unités de mesure des panneaux solaires

On utilise plusieurs unités de mesure différentes pour évaluer le rendement des panneaux solaires et plus généralement de l’installation photovoltaïque :

• le kilowatt (kW) équivalent à 1 000 watts et qui désigne la quantité d’énergie produite par un appareil électrique sur une période donnée ;
• le kilowatt-heure (kWh) qui mesure la consommation énergétique d’un appareil électrique sur une période d’une heure et qui sert donc de base pour l’évaluation de la puissance de panneaux solaires nécessaire ;
• le kilowatt-crête (kWc) correspond à l’unité de mesure spécifique pour qualifier la puissance d’un panneau solaire lorsqu’il est exposé à des conditions optimales au moment d’être frappé par les rayons du soleil. La puissance maximale fournie par les constructeurs est évaluée en kilowatt-crête ;
• le kilovoltampère (kVA) est l’unité de mesure du compteur électrique ainsi que de l’onduleur permettant de transformer le courant continu en courant alternatif. La puissance du compteur doit être suffisante pour supporter la production des panneaux.

Tableau comparatif des unités : Wc, kWc et MWc

Le watt-crête (Wc) correspond à 1/1000ème de kilowatt-crête (kWc), tandis que le mégawatt-crête (MWc) équivaut à 1 million de watts crête ou 1 000 kilowatt-crête. Le mégawatt-crête est utilisé uniquement dans le cadre de grandes exploitations (ferme solaire par exemple).

La puissance nécessaire pour une maison moyenne est généralement de 3 kWc alors qu’une grande ferme solaire nécessitera en général 1 MWc.

Unité de mesure	Watt-crête (Wc)	Kilowatt-crête (kWc)	Mégawatt-crête (MWc)
Exemple 1 : puissance nécessaire pour  une maison moyenne	3 000 Wc	= 3 kWc	= 0,003 MWc
Exemple 2 : puissance nécessaire pour une ferme solaire	1 000 000 Wc	= 1 000 kWc	= 1 MWc

Quel panneau solaire choisir en fonction de sa puissance ?

Il existe différents types de panneaux solaires, chacun affichant une puissance de production différente.

Les panneaux solaires monocristallins

Ils disposent généralement d’une puissance maximale comprise entre 350 et 450 Wc par module. Ils sont très efficaces pour la production d’électricité car fabriqués à partir d'un seul cristal de silicium leur permettant de convertir plus efficacement la lumière en électricité. Ils constituent donc une très bonne option si vous disposez d'un espace limité sur le toit ou si vous cherchez à maximiser la production d'électricité. Ils sont en revanche relativement chers à l'achat.

Les panneaux solaires polycristallins

Les panneaux solaires polycristallins disposent eux d'une puissance allant le plus souvent de 250 à 350 Wc par panneau. Ils sont moins chers que les panneaux monocristallins mais également moins efficaces car ils sont cette fois fabriqués à partir de plusieurs cristaux de silicium, ce qui entraîne une moins bonne homogénéité dans la captation. Ils conviennent de ce fait beaucoup mieux pour les toits avec beaucoup d'espace ou pour les projets impliquant un budget limité.

Les panneaux solaires amorphes

Les panneaux solaires amorphes également appelés en film mince (ou couches minces) disposent d'une puissance relativement faible allant de 100 à 200 Wc par panneau. Ce type de panneau est le plus abordable mais également le moins efficace en termes de productivité. Ils conviennent aux toits disposant de beaucoup d'espace ou d'une configuration relativement alambiquée grâce à leur grande flexibilité (ils peuvent en effet être pliés).

Quels sont les facteurs influençant la puissance des panneaux solaires ?

La puissance des panneaux doit être envisagée au regard de nombreux autres facteurs relatifs tant au système photovoltaïque qu’à l’environnement de l’installation.

Les besoins du foyer

En premier lieu, il faut considérer les besoins énergétiques et la consommation électrique actuelle et future du foyer. Si cette consommation est relativement faible, un panneau solaire avec une puissance limitée peut se révéler suffisant. Dans le cas contraire, si vos usages nécessitent beaucoup d'énergie ou si votre foyer risque de s'agrandir à l'avenir, et entraîner une augmentation de la demande, il est alors préférable d'opter pour des panneaux plus puissants.

De même si vous envisagez d’utiliser cette production solaire uniquement pour vos besoins, vous pourrez vous contenter d’une puissance plus limitée que si vous faites le choix d’en revendre une partie à un fournisseur d’électricité. Pour maximiser votre rentabilité, vous aurez alors tout intérêt à opter pour une puissance d’installation supérieure.

La surface disponible

Vous devez également prendre en compte l'espace disponible pour installer les panneaux solaires. Si la surface de toit disponible est relativement limitée, il vaut mieux envisager l'installation de panneaux puissants pour compenser. Si la superficie est importante, vous pouvez à l'inverse multiplier le nombre de modules pour atteindre la puissance désirée.

La technologie utilisée

Le type de panneau installé et notamment la qualité des matériaux utilisés dans les cellules photovoltaïques jouent également un rôle important sur la puissance du panneau ainsi que sur son efficacité. De plus, à puissance égale, les panneaux monocristallins (utilisant un seul cristal de silicium) offrent un meilleur rendement que les panneaux polycristallins (utilisant plusieurs cristaux de silicium) grâce à leur conception spécifique et à plus forte raison que les panneaux amorphes (à couches minces).

La zone géographique

Pour choisir la puissance de panneau adaptée, la prise en compte de l'emplacement géographique est un facteur déterminant. En effet, les régions avec un ensoleillement abondant disposent logiquement d'une production d'électricité solaire plus élevée que celles où le rayon lumineux est plus limité tout au long de l'année. La puissance de conversion nécessaire est donc différente selon les régions.

Par ailleurs, il convient de tenir compte également de la saisonnalité, la production estivale étant par exemple bien supérieure à la production hivernale (3 à 4 fois). Le bon dimensionnement est donc fondamental pour disposer d'énergie suffisante en toutes saisons et tout particulièrement en hiver où les besoins en chauffage sont très importants.

La configuration de l’installation

L'orientation des panneaux par rapport au soleil est un point capital vis-à-vis de ses performances. Le choix de la puissance doit donc aller de pair avec l'orientation choisie pour la pose. Dans l'idéal, les panneaux doivent être orientés plein sud. Si ce n'est pas possible, les orientations sud-ouest, sud-est, plein est ou plein ouest sont également relativement performantes. L'orientation nord-est à éviter. Cette orientation va donc elle aussi déterminer le niveau de puissance dont l'installation a besoin pour répondre aux besoins énergétiques du foyer.

Il en est de même, dans une moindre mesure, de l'inclinaison du toit. En France, elle doit être dans l'idéal situé entre 30 et 35° (même s'il varie en fonction des saisons selon la hauteur du soleil) afin que les rayons solaires frappent les panneaux de façon perpendiculaire. L'éloignement de cette inclinaison optimale peut également vous contraindre à choisir des panneaux plus puissants pour compenser.

Enfin, si votre installation est soumise à des zones d’ombrage pendant la journée, il vous faudra là encore vous orienter des panneaux relativement puissants pour maximiser la production pendant la période de rayonnement.

La météo

Les conditions climatiques dans lesquelles évoluent les panneaux influent également sur leur niveau de productivité. Des températures trop excessives, l'humidité ou encore les aléas climatiques (neige, tempêtes) peuvent affecter à la baisse les performances des panneaux solaires et nécessiter une puissance supérieure.

Le budget

Enfin, le budget est évidemment un critère également très important et va conditionner le nombre de panneaux et la puissance qu’il sera possible de déployer compte tenu de votre rentabilité recherchée.

Comment calculer la puissance nécessaire pour votre maison ?

Afin de déterminer la puissance nécessaire à votre installation photovoltaïque, il faut d'abord vous référer aux besoins de votre foyer en matière d'électricité.

Déterminez vos besoins

Pour ce faire, un bon point de départ consiste à examiner attentivement votre facture d'électricité qui indique le nombre de kilowattheures consommé sur une période donnée. Vous pouvez comparer les consommations mensuelles ou annuelles pour déterminer une moyenne. D'une manière générale, un kilowatt-crête permet de produire de 900 à 1400 kWh par an environ, selon le niveau d'ensoleillement de la région et les différentes contraintes de l'installation.

Anticipez l’avenir

Tenez également compte de l'évolution de vos besoins par rapport à votre consommation passée. Par exemple, si votre famille s'agrandit, vos besoins vont logiquement augmenter au cours des prochaines années. Il en est de même si vous prévoyez d'installer de nouveaux équipements nécessitant davantage encore d'énergie photovoltaïque (chauffe-eau solaire par exemple).

Enfin, si vous prévoyez de revendre votre surplus de production, il faut également en tenir compte dans le calcul de vos besoins. Anticipez donc une potentielle tendance à la hausse (voire à la baisse) par rapport à vos factures. Par exemple, si votre consommation annuelle en autoconsommation est de 3 000 kWh, prévoyez une puissance capable de produire au moins 4 000 kWh voire plus pour rentabiliser au maximum votre installation.

Évaluez la surface disponible et la puissance par panneaux

La surface de votre toiture étant limitée, il vous faut également tenir compte du nombre maximum de modules qu'il vous sera possible d’installer. Celle-ci pourra alors limiter votre puissance.

Si, par exemple, vous avez besoin de produire 4 000 kWh par an et que vous habitez dans la région de Bordeaux, il vous faudra environ une puissance d’installation d’environ 3,2 kWc. Vous pouvez alors envisager l’installation de 8 modules de 400 Wc chacun soit 3,2 kWc au total et environ 17m² de toiture. Si vous ne disposez en revanche que de 14m² disponibles, vous devrez ainsi vous limiter à seulement 7 modules photovoltaïques. Les panneaux devront alors faire environ 460 Wc (457 exactement) pour produire 4 000 kWh par an.

Puissance totale de l'installation	Nombre de panneaux	Surface de toiture occupée
3 kWc	8	16 m²
4,5 kWc	12	24 m²
6 kWc	16	32 m²
9 kWc	24	48 m²

* Estimations moyennes selon plusieurs sources pour une configuration normale et un niveau d’ensoleillement moyen.

Comment calculer la puissance d’un panneau solaire photovoltaïque au m² ?

A partir de la puissance maximale d'un panneau solaire standard de 1 m² fournie par le fabricant, il est possible de déterminer sa capacité de production réelle. Pour ce faire, il convient alors de rapprocher cette puissance maximale des conditions de production effectives et notamment :

• du nombre moyen d'heures d'ensoleillement (le niveau d'irradiation) à l'année dans la zone géographique concernée. Celle-ci peut être obtenue via différents simulateurs dont notamment l'outil pvGis fourni par la Commission Européenne ;
• de l'orientation et de l'inclinaison qui entrent également en ligne de compte dans le rendement ;
• des potentielles zones d'ombrage.

Ces différents éléments vont permettre de déterminer un taux de dégressivité à appliquer à la puissance maximale. De manière générale, on considère que ce taux de dégressivité est plus ou moins égal à 10%. C'est cet indicateur qui est souvent retenu de façon pratique pour tenir compte de ces conditions variables de production.

A partir de ces différentes informations, le calcul retenu pour évaluer la puissance réelle de production est le suivant :

Puissance réelle = taux d'irradiation annuel x taux de dégressivité x puissance maximale du panneau.

Par exemple, si on prend un panneau solaire d'une puissance de 375 Wc pour une ville comme Perpignan disposant d'un fort nombre d'heures d'ensoleillement annuel (1886 kWh/m² d’après pvGis), la puissance réelle est la suivante : 1886 x 10 % x 375 = 707,25 kWh par an.

Pour connaître la puissance totale de l’installation, il suffit alors de multiplier ce chiffre par le nombre de mètres carrés de l’installation.

Est-il possible de combiner différents panneaux pour augmenter la puissance ?

Il est techniquement possible de combiner différents panneaux pour augmenter la puissance globale de l’installation. Tout dépend en réalité de la technique de montage utilisée : en série ou en parallèle.

Lorsque les panneaux solaires sont connectés en série, la tension de chaque panneau s'additionne sans pour autant que la puissance du courant n'augmente. Cela signifie que c'est le panneau avec le plus faible courant qui détermine l'intensité du courant de l'ensemble du système, d'où le terme "montage en série". Dans le cas d'un montage en série, le panneau avec l'intensité la plus faible fait en quelque sorte figure de "poids mort" qui tire vers le bas la puissance de l'ensemble du dispositif et ne permet donc pas d'augmenter la capacité de l'installation.

Dans le cas d'un montage en parallèle, le courant de chaque panneau solaire s'ajoute sans pour autant que cela n'impacte la tension à leurs bornes. Chaque panneau peut alors produire sa puissance maximale sans qu'il ne soit limité par la configuration des autres panneaux. La puissance de chaque panneau peut alors être cumulée pour connaître la puissance totale de l'installation.

Il conviendra néanmoins de prendre certaines précautions dans ce cas de figure :

• l'installation de diodes anti-retour afin d'éviter que le courant ne circule en sens inverse ;
• le remplacement de l'onduleur central par des micro-onduleurs, plus à même de prendre en charge des puissances de panneaux différentes.

Enfin, il faut bien être conscient que la pose de panneaux de puissance différente est susceptible d'affecter la durabilité de l'installation photovoltaïque sur le long terme. Tout dépend donc de vos objectifs de production sur le court, moyen et long terme.