Rendement panneaux solaires : comment maximiser votre énergie solaire en 2024

Qu'est-ce que le rendement des panneaux solaires ?

L’installation de panneaux solaires offre la possibilité de produire une partie des besoins en électricité de son foyer grâce au rayonnement solaire, une énergie propre et renouvelable. Les modules photovoltaïques captent les rayons lumineux du soleil qui forment alors un courant continu. L’énergie captée est ensuite transmise à un onduleur qui la transforme en courant alternatif directement utilisable pour les besoins domestiques (éclairage, chauffage, appareils électroménagers, etc.). Le rendement solaire mesure alors la proportion d’énergie collectée utilisable par rapport à la puissance du rayonnement lumineux reçu par les panneaux.

Définition et importance du rendement solaire

Le rendement solaire se rapporte à la mesure de l'efficacité avec laquelle les panneaux solaires convertissent les rayons lumineux du soleil en énergie électrique utilisable pour les besoins domestiques d'un foyer. Il s'agit d'un indicateur clé de performance permettant de déterminer l'efficience et/ou le potentiel d'un système photovoltaïque.

Ce rendement est mesuré en pourcentage. Il représente la quantité d'énergie solaire réellement transformée en électricité par rapport à la quantité d'énergie reçue par les panneaux lorsque le rayonnement solaire vient les frapper.

Même si une certaine déperdition est inévitable pendant le processus de transformation, un rendement élevé signifie que le système photovoltaïque exploite de façon optimale l'énergie solaire captée par les panneaux et réussit à en convertir la majeure partie en électricité directement utilisable. Une production optimale permet alors réduire la dépendance aux sources d'énergie conventionnelle et de réaliser d'importantes économies d'énergie.

Comment est mesuré le rendement ?

Le rendement des panneaux solaires est mesuré en mettant en rapport 2 notions à savoir la puissance de l’installation mesurée en watt-crête (Wc) et la superficie couverte par les panneaux en mètre carré (m²).

La formule de calcul est donc la suivante :

Rendement (en %) = Puissance (en Wc) / (Superficie (en m²) x 1 000)

Par exemple, pour un panneau d’une puissance nominale de 300 Wc et une surface de couverture égale à 1,6 m², le rendement est alors de : 300 / (1,6 x 1 000) soit 18,75 %.

Le rendement des panneaux solaires s’étend généralement de 13 à 24 % (voire moins pour les panneaux amorphes) et on considère qu’une installation est relativement performante à partir de 15 % de rendement.

Ce rendement reste cependant théorique et correspond aux indications fournies par le constructeur au moment de la mise en vente du produit. Il est en effet influencé par de nombreux facteurs susceptibles de faire varier ce taux à la hausse comme à la baisse.

Facteurs influençant le rendement des panneaux solaires

Les facteurs influençant la capacité du système à convertir la lumière du soleil en électricité sont relativement nombreux. Le premier d'entre eux se rapporte au type de panneau solaire installé.

Type de panneaux solaires et rendement

Plusieurs types de panneaux solaires sont disponibles sur le marché pour une installation photovoltaïque. Ils peuvent être choisis en fonction des objectifs poursuivis (production électrique ou production thermique), de l’importance des besoins énergétiques, de la configuration de l’habitation et bien sûr du budget pouvant y être alloué.

Selon la fonction recherchée par les propriétaires, l’installation peut utiliser :

• des panneaux solaires photovoltaïques dont le but est de fournir de l’électricité utilisable pour les usages du quotidien (éclairage, alimentation des appareils électroniques ou des appareils électroménagers) ;
• des panneaux solaires thermiques spécialement dédiés à la production de chauffage et potentiellement d’eau chaude sanitaire ;
• des panneaux solaires hybrides qui remplissent ces 2 fonctions simultanément.

Quel panneau solaire photovoltaïque choisir pour obtenir un rendement optimal ?

Outre la fonction remplie remplie par les panneaux photovoltaïques, ceux-ci présentent également des caractéristiques propres à leur mode de fonctionnement. Plusieurs types de panneaux photovoltaïques peuvent ainsi être choisis selon la technologie utilisée :

• les panneaux solaires monocristallins qui sont composés d'une seule cellule de silicium permettant une grande homogénéité dans la captation des rayons solaires et le rendement le plus élevé de tous les panneaux (entre 16 et 24 % en moyenne). Ils sont également compacts et esthétiques mais nécessitent cependant un investissement de départ important du fait de leur coût de production élevé ;
• les panneaux solaires polycristallins, quant à eux, sont constitués de plusieurs cellules de silicium. Bien qu'ils aient généralement un rendement légèrement inférieur (entre 13 et 18 %), ils sont moins chers à produire du fait d'un processus de fabrication moins complexe et donc plus abordable. S'ils étaient autrefois les panneaux les plus utilisés, ils tendent aujourd'hui à devenir une technologie d'ancienne génération, de plus en plus de propriétaires plébiscitant désormais les panneaux monocristallins grâce notamment à une baisse de leur prix depuis quelques années ;
• les panneaux solaires amorphes appelés également "couches minces" ont l'avantage d'être plus souples, flexibles et légers pour une installation simplifiée permettant une pose dans des endroits difficiles d'accès. Leur taux de conversion solaire est cependant généralement bien inférieur aux autres types de panneaux (entre 6 et 9%), ce qui signifie qu'il faut une surface 2 à 3 fois plus grande que les autres panneaux pour produire la même quantité d'énergie. Ils ont également une durée de vie moins importante que les panneaux monocristallins ou polycristallins.

Voici un tableau résumant les différents types de panneaux solaires et leur rendement :

Types de panneaux solaires	Rendement
Panneaux solaires monocristallins	de 16 à 24 %
Panneaux solaires polycristallins	de 13 à 18 %
Panneaux solaires amorphes	de 6 à 9 %

L'incidence de l'orientation et de l'inclinaison

Si le type de panneaux utilisés a une influence directe sur le rendement de l'installation, c'est loin d'être le seul élément susceptible de faire varier les performances du système.

L'orientation et l'inclinaison des panneaux solaires ont en effet une incidence très importante sur la capacité de l'installation à convertir l'énergie solaire.

Pour une performance optimale, les panneaux doivent dans la mesure du possible disposer d'une orientation plein sud pour capter la lumière de façon directe et maximiser la période de rayonnement solaire tout au long de la journée. D'autres orientations sont toutefois également performantes comme les orientations sud-est et sud-ouest et dans une moindre mesure les orientations plein-est et plein-ouest. L'orientation vers le nord est à éviter absolument en revanche.

En ce qui concerne l'inclinaison idéale, elle dépend de la latitude et de la saisonnalité, le soleil étant plus ou moins haut selon les saisons. D'une manière générale, en France, l'inclinaison idéale d'une toiture pour la captation solaire est comprise entre 30 et 35 ° c’est-à-dire lorsque les rayons solaires viennent frapper les modules photovoltaïques de façon perpendiculaire. Elle varie à 20° en été, 45° au printemps et 60° en hiver. Une mauvaise inclinaison provoquera une rentabilisation plus longue de l’installation mais ne sera toutefois pas rédhibitoire comme peut l’être une orientation nord.

Impact des conditions météorologiques

Le climat peut également influencer la production d'énergie solaire de manière plus ou moins significative. Si on pourrait instinctivement penser que les régions les plus ensoleillées sont les plus propices à la production solaire, tel n'est pas toujours le cas.

Certes, les installations dans les régions qui bénéficient d'un grand nombre de jours d'ensoleillement dans l'année sont souvent les plus rentables. Pour autant, dans les régions au climat très chaud et très ensoleillé, comme notamment dans certaines parties du sud de la France, la chaleur peut entraîner une baisse des rendements de l'ordre de 0,5 % à chaque degré au-dessus de 25° ce qui n'est pas négligeable dans certaines zones souvent confrontées à la canicule.

Il convient donc dans ce cas de figure de prendre des précautions pour éviter une surchauffe des panneaux solaires avec par exemple la pose en surimposition pour une meilleure "respiration" des panneaux ou bien encore un système de refroidissement actif.

A l'inverse, dans les régions plus froides ou davantage sujettes aux intempéries (zone montagneuses, littoral), il faut également tenir compte des risques de gel, d'accumulation de neige ou encore des potentiels dégâts causés par le vent. Des données à prendre également en compte au moment de choisir l'inclinaison et l'orientation des panneaux. Un entretien régulier est également vivement conseillé pour éliminer toute accumulation de poussière ou de débris susceptible de nuire aux performances du système.

Comment améliorer le rendement de vos panneaux solaires ?

Pour améliorer le rendement de vos panneaux solaires, plusieurs facteurs doivent être pris en considération afin d’apporter les ajustements appropriés.

L’inclinaison des panneaux solaires

Lorsque l’inclinaison du toit est trop éloignée de l’angle idéal de 30 à 35°, vous pouvez envisager d’installer un support pour la modifier ou choisir une installation au sol ou en façade. Si l’inclinaison a une certaine influence, il ne faut toutefois pas la surestimer d’autant plus qu’elle varie en fonction des saisons. Si possible, faites donc en sorte de mettre en place une installation mobile pour modifier l’inclinaison en fonction des saisons.

Le taux d'ensoleillement

Le taux d’ensoleillement influence mécaniquement le taux de production d’énergie. Plus longtemps les panneaux sont exposés au cours d’une journée, plus ils sont susceptibles de capter l’énergie du rayonnement solaire et donc de produire l'électricité. Il est donc préférable pour installer ses panneaux de choisir une zone géographique avec un nombre de jours d’ensoleillement important dans l’année.

Vérifiez également régulièrement l’évolution des zones d’ombrage pour ne pas perdre d’heures d’ensoleillement qui peuvent être précieuses lorsqu’elles sont naturellement limitées pendant certaines saisons (automne, hiver).

L'orientation des panneaux

Pour optimiser le taux d’ensoleillement, choisissez également une orientation sud (voire sud-ouest ou sud-est) à l’abri de toute zone ombragée (arbres, immeubles, montagnes, végétation). L’orientation Nord est à éviter absolument sous peine de ne pas rentabiliser votre installation. N’hésitez pas à vous faire assister d’un professionnel pour définir l’orientation optimale, celle-ci étant fondamentale pour la performance de votre installation.

La température extérieure

Même s’ils sont conçus pour résister aux conditions extrêmes, les modules photovoltaïques n’apprécient pas particulièrement les températures trop élevées et deviennent moins efficaces à partir de 25° à cause d’une augmentation de la résistance électrique et d’une diminution de la tension.

Même s’il n’existe pas de réel risque de surchauffe et donc d’incendie, la priorité est alors d’assurer la bonne ventilation du système le plus souvent en recourant à la surimposition des panneaux pour laisser filer une lame d’air autour des modules. Il est également possible d’arroser les panneaux mais il s'agit d’une solution peu écologique et qui peut laisser des marques blanches si l’eau est trop calcaire à moins d’utiliser un système de récupération des eaux de pluie.

Entretien régulier et performance

Un entretien régulier des panneaux solaires est indispensable pour maintenir la performance du système au fil des années et maximiser le rendement énergétique. Au fil du temps, les panneaux peuvent en effet accumuler de la poussière, des débris, des feuilles mortes, des déjections d'oiseaux ou même des dépôts de saleté qui diminuent leur aptitude à absorber la lumière solaire.

Un nettoyage régulier (au moins une fois par an au printemps) est nécessaire pour optimiser l'efficacité du système, d'autant plus lorsque les panneaux sont positionnés au sol ou en façade. Vous pouvez pour cela utiliser un balai télescopique, une raclette ou un chiffon doux avec de l'eau tiède (la moins calcaire possible) pour éliminer toute obstruction potentielle.

Il est également judicieux de vérifier périodiquement le bon fonctionnement des composants électriques et mécaniques du système photovoltaïque. Cette vérification permet de détecter tout problème de corrosion au niveau des connexions électriques susceptibles d'entraîner une baisse de performance. Enfin, il convient de vérifier les supports et fixations pour s'assurer que les panneaux sont bel et bien protégés contre les intempéries.

Solutions technologiques innovantes

Plusieurs évolutions permettent désormais d’accroître le rayonnement solaire et donc la performance du système.

Les nouvelles technologies améliorant le rendement :

• les panneaux bifaces (avec une face classique et une face réfléchissante capable de capter le rayonnement au sol) peuvent améliorer le rendement de 5 à 15 % ;

• les trackers solaires qui suivent les rayons du soleil tout au long de la journée augmentent également le nombre d’heures d’exposition quotidiennes ;

• l'installation de cellules photovoltaïques à hétérojonction, qui sont formées de différentes couches de matériaux semi-conducteurs (combinaison de silicium cristallin et de silicium amorphe). Ils permettent de capturer un plus large spectre de lumière solaire et d'améliorer le rendement de l'ordre de 10 à 20 %. Cette technologie est cependant encore très peu développée aujourd'hui.

Comment calculer le rendement des panneaux solaires ?

Le rendement des panneaux solaires est calculé en mesurant la quantité d’énergie effectivement produite par rapport à la capacité maximum de production des panneaux.

Par ailleurs, le rendement est également à mettre en rapport avec la rentabilité du dispositif qui évalue l’ensemble des coûts du dispositif (achat des panneaux, de l’onduleur, de l’éventuelle batterie, pose, raccordement) avec les gains financiers permis (énergie économisée grâce à l’autoconsommation, éventuelle revente du surplus, prime à l’autoconsommation, aides publiques à la rénovation énergétique).

Formules de base et exemples de calcul

Le calcul de rendement théorique est réalisé en mettant en rapport la puissance de production théorique de l’installation avec la surface de panneaux.

Rendement théorique = puissance théorique x (surface de panneaux x 1 000)

Pour un panneau solaire d’une puissance de 375 Wc et d’une surface de 1,5 m², le rendement est donc de 25 % (375 x (1,5 x 1 000) soit un rendement très élevé.

Dans la réalité, il faut également tenir compte du niveau d’ensoleillement moyen de la région et du coefficient de perte moyen.

Rendement réel = surface (S) x puissance (P) x niveau d’ensoleillement (H) x coefficient de perte (Cp)

En utilisant les chiffres fournis par l’outil PVGIS (développé par la Commission Européenne) qui tiennent compte de ces différents éléments, on peut estimer, à partir de ce rendement, les productions solaires suivantes pour 3 villes différentes : Strasbourg, Lyon et Marseille. Pour une même installation de 3 kWc (8 modules de 375 Wc) avec une inclinaison de 30°, la production solaire annuelle est donc la suivante :

• Strasbourg : taux d’irradiation annuel : 1514,15 kWh/m²

Production pour 1 panneau de 375 Wc : 459,46 kWh.

Production pour la surface totale : 459,46 x 8 panneaux = 3 675,68 kWh

• Lyon : taux d’irradiation annuel : 1742,38 kWh/m²

Production pour 1 panneau de 375 Wc : 527,63 kWh.

Production pour la surface totale : 527,63 x 8 panneaux = 4 221,04 kWh

• Marseille : taux d’irradiation annuel : 1989,46 kWh/m²

Production pour 1 panneau de 375 Wc : 596,83 kWh.

Production pour la surface totale : 596,83 x 8 panneaux = 4 774,64 kWh

On estime à présent que le coût d’achat de cette installation est de 11 000 € et que le foyer consomme 5 000 kWh à l’année, dont 3 000 kWh en autoconsommation (les 2 000 autres kWh étant achetés auprès du réseau national). Le foyer revend le surplus produit ne pouvant être utilisé aux fournisseurs d’électricité. On obtient alors le calcul de rentabilité suivant :

Villes	Strasbourg	Lyon	Marseille
Production solaire annuelle	3 675,68 kWh	4 221,04 kWh	4 774,64 kWh
Économies réalisées par an avec 3 000 kWh utilisés (base : 0,2276 kWh)	836,58 €	960,71 €	1 086,71 €
Économies réalisées sur la durée de vie des panneaux (estimation : 30 ans)	25 097 €	28 821 €	32 601 €
Revente du surplus d’énergie par an (au tarif de 0,13 du kWh)	87,84 € ((3 675,68 - 3 000) x 0,13)	158,74 € ((4 221,04 - 3 000) x 0,13)	230,70 € ((4 774,64 - 3 000) x 0,13)
Revente du surplus sur la durée de vie des panneaux (estimation : 30 ans)	2 635,20 €	4 762,20 €	6 921 €
Prime à l’autoconsommation (280 € par kW pour une installation de 3kWc)	840 €	840 €	840 €
Rentabilité brute sur 30 ans	28 572,20 € soit 952,41 € par an	34 423,30 € soit 1 147,44 € par an	40 362 € soit 1 345,42 € par an
Rentabilité nette sur 30 ans en tenant compte du coût d’installation (11 000 €)	17 572,20 € soit 585,74 € par an	23 323,30 € soit 777,44 € par an	29 362 € soit 978,73 €
Nombre d’années pour rentabiliser l’investissement de 11 000 €	11 ans et 7 mois	9 ans et 7 mois	8 ans et 2 mois

Même si ces chiffres restent des estimations susceptibles de varier en fonction de nombreux éléments et qu’il s’agit d’une installation à haut rendement, ce tableau permet de mettre en lumière les différences de rentabilité selon la zone géographique pour un même rendement théorique de panneau solaire.

Quelles sont les causes des pertes de rendement ?

Les panneaux solaires représentent une technologie sûre, durable et rentable. Leur durée de vie est d’au-moins 30 ans et peut même désormais atteindre 40 ans. Au-delà de leur durabilité, c’est surtout leur durée de vie en bon état de fonctionnement qui est particulièrement notable puisqu’ils conservent environ 80 % de leurs capacités de production au bout de 25 ans. Toutefois, ils ne sont pas à l’abri de pertes de rendement qui peuvent s’expliquer par plusieurs facteurs :

• l’accumulation de poussière, de saletés, de particules ou de débris qui entravent en partie leur capacité à capter le rayonnement solaire ;
• les aléas climatiques (gel, tempête, grêle mais aussi les fortes chaleurs) peuvent faire légèrement baisser le rendement ;
• les zones d’ombrage qui constituent probablement la plus grosse source de déperdition. Il est donc indispensable de vérifier régulièrement l’évolution de la réflection solaire et l’état de la végétation ;
• une mauvaise orientation et dans une moindre mesure une mauvaise inclinaison qui limitent également le potentiel de rayonnement solaire entrant ;
• la détérioration de l’état de l’onduleur qui ne convertit plus l’énergie solaire captée assez efficacement. La durée de vie d’un onduleur varie de 10 à 20 ans et il doit donc être remplacé au moins une fois pendant le cycle de vie des panneaux ;
• une mauvaise installation et notamment le mauvais alignement des panneaux. Prenez donc soin de faire appel si possible à un artisan agréé RGE.

Quel est le rendement moyen d'un panneau solaire en France ?

Le rendement moyen d’un panneau solaire en France est relativement variable et oscille entre 6 et 24 % en fonction de différents critères (taux d’ensoleillement, orientation, inclinaison, puissance), le principal étant le type de panneau utilisé. Les panneaux monocristallins sont les plus performants (de 16 à 24 %) suivis par les panneaux polycristallins (de 13 à 18 %) et enfin les panneaux amorphes (de 6 à 9 %).

La production annuelle d’un panneau solaire

Là encore la production annuelle d’un panneau solaire est relativement variable et dépend de nombreux critères comme notamment :

• la puissance du panneau ;
• ses dimensions ;
• son orientation ;
• son inclinaison ;
• l’âge du panneau, le rendement diminuant légèrement avec le temps ;
• les aléas climatiques et la température extérieure ;
• le niveau d’entretien du panneau ;
• le taux d’ensoleillement qui dépend de la zone géographique et de la météo. Il n’est de ce fait pas toujours simple à anticiper.

D’une manière générale, on considère que le rendement moyen d’un panneau solaire d’une puissance de 1 kWc installé dans des conditions optimales (exposition sud) est compris :

• entre 800 et 1 000 kWh par an pour les régions du nord de la France ;
• entre 1 200 et 1 400 kWh par an pour les régions les plus ensoleillées du sud-est de la France.

Comment suivre le rendement de mes panneaux ?

Pour suivre le rendement de ses panneaux solaires, il est possible d'utiliser des outils de surveillance et de suivi dédiés à cet effet. Des dispositifs de monitoring qui collectent les données en temps réel sur la production d'énergie solaire ainsi que sur la quantité d'électricité produite par les panneaux sur un espace temps donné sont parfois fournis avec l’installation.

Il existe également des applications mobiles spécialement conçues pour surveiller et analyser les performances du système à partir des données collectées (ENGIE My Power, Solar Consult, solar.web, etc.). Elles permettent d'identifier tout problème potentiel et d'intervenir rapidement pour éviter les pertes de rendement.

Comment est évaluée la capacité de production d'un panneau solaire?

La capacité de production d'une installation photovoltaïque représente sa puissance électrique maximale (puissance crête). Elle est mesurée en kilowatt-crête (kWc). Elle se rapporte au niveau de production pouvant être atteint si toutes les conditions sont optimales (ensoleillement idéal, pas de zones d'ombrage, météo tempérée, température modérée, inclinaison idoine).

Pour la calculer, il faut multiplier la puissance unitaire du panneau (qui va déterminer le niveau de production) par la surface disponible ou la surface à couvrir. La puissance des panneaux actuels est généralement comprise entre 250 et 325 Wc et peut atteindre 400 Wc pour les panneaux très performants.

Le standard de mesure du rayonnement solaire sur un panneau généralement pris pour référence est de 1 000 watt/m².