Puissance photovoltaïque et orientation du toit

Vous saisissez la puissance photovoltaïque installée en kWp, avec une entrée par orientation du toit. EnergyFlow la convertit en kWh en simulant la météo de votre site, heure par heure. La puissance est une donnée d’entrée. L’énergie annuelle est un résultat.

Que signifie kWp ?

kWp, ou kilowatt-crête, désigne la puissance que le fabricant indique pour l’installation dans des conditions d’essai normalisées : 1 000 W de rayonnement solaire par mètre carré de surface des panneaux, à une température de panneau de 25 °C. C’est le chiffre d’un devis (« une installation de 6 kWp »), et le manuel PVGIS de la Commission européenne emploie la même définition. La surface du toit n’est pas une donnée d’entrée. Le rendement des panneaux est déjà pris en compte dans la valeur kWp. L’appliquer une deuxième fois reviendrait à le compter deux fois.

Ce que vous saisissez

L’étape des équipements représente votre maison et le toit décrit pour celle-ci (plat ou en pente, et avec son angle de rotation). Chacune des quatre orientations principales (nord, est, sud, ouest) peut recevoir des panneaux et deux valeurs :

La puissance installée en kWp.
L’inclinaison des panneaux, c’est-à-dire l’angle par rapport à l’horizontale, de 0° (à plat) à 90° (à la verticale).

Sur un toit en pente, les panneaux posés à fleur reprennent l’inclinaison du toit. Sur un toit plat, vous saisissez l’angle du support. Une orientation dont la puissance est nulle ne comporte aucun panneau.

L’assistant affiche aussi l’azimut réel de chaque façade, c’est-à-dire son orientation au compas après prise en compte de la rotation de la maison. Une maison tournée de 30° a sa façade dite « est » orientée à 120°. Le modèle appelle cette valeur l’azimut : il s’agit de la direction des panneaux, en degrés dans le sens horaire à partir du nord. Ainsi, 90° correspond à l’est, 180° au sud et 270° à l’ouest. Vous n’avez jamais à saisir cet angle. Chaque face accepte jusqu’à 50 kWp et le total peut atteindre 100 kWp. Trois boutons proposent une disposition de départ : sud, est et ouest, ou aucun panneau. Vous pouvez ensuite modifier les valeurs.

Chaque simulation enregistrée conserve sa propre répartition sur le toit. Vous pouvez donc modifier une face et comparer les deux résultats.

Comment la production est calculée

Pour chaque heure, le modèle prend le rayonnement solaire du même fichier météo que la simulation thermique : le rayonnement direct, la lumière diffuse dispersée par le ciel et le rayonnement total. Puis, pour chaque orientation du toit :

Il calcule la position du soleil à partir de votre latitude, de votre longitude et de votre altitude.
Il détermine la quantité de lumière reçue par les panneaux inclinés. Le rayonnement direct est ajusté selon l’angle entre le soleil et le panneau : les rayons perpendiculaires sont pris en compte entièrement, les rayons rasants le sont moins. Le rayonnement diffus est calculé avec le modèle Perez-Driesse, une méthode courante pour répartir la lumière du ciel sur une surface inclinée. Le sol réfléchit 20 % de la lumière qui le frappe.
Il estime la température des panneaux, à partir du rayonnement qu’ils reçoivent, de la température de l’air et de la vitesse du vent du fichier météo. Il utilise le modèle de Faiman, celui de l’outil PVGIS de la Commission européenne, avec les coefficients PVGIS pour des panneaux posés en toiture avec une lame d’air ventilée derrière eux.
Il l’applique à votre puissance : la puissance continue (CC, ce que font les panneaux) est égale à la puissance installée en Wp fois le rayonnement sur les panneaux (en watts par mètre carré) divisé par 1 000, fois un facteur de température, fois un moins le facteur de pertes. Le facteur de température retire 0,29 % pour chaque degré où les panneaux dépassent 25 °C, le coefficient de température de deux fiches techniques actuelles de panneaux TOPCon, et ajoute un peu par une journée froide et ensoleillée.
Il multiplie par le rendement de l’onduleur pour obtenir la puissance alternative (CA), le courant alternatif que votre maison utilise.

Le facteur de pertes, ou pertes du système, couvre tout ce qui se trouve entre la puissance nominale du panneau et l’onduleur : la poussière sur les panneaux, le câblage, et une marge générale pour l’ombrage. Ce n’est pas un calcul d’ombrage. La valeur par défaut est de 18 % par orientation de toiture, et l’assistant ne vous laisse pas la changer. Le rendement de l’onduleur est la part du courant continu qui ressort en courant alternatif ; l’onduleur, le boîtier qui convertit l’un en l’autre, en perd une partie sous forme de chaleur. La valeur par défaut est 0,96, soit 96 %, et l’assistant ne vous laisse pas la changer non plus. Ensemble, le facteur de pertes et le rendement de l’onduleur retirent un peu plus d’un cinquième de la production en plein soleil d’essai. La température des panneaux vient s’y ajouter. Sur l’année type du Luxembourg, un champ en toiture orienté au sud à 30° perd environ 2 % de sa production annuelle à cause d’elle (1 105 contre 1 083 kWh par kWp), surtout de juin à août, alors que la production d’hiver augmente légèrement.

Le résultat est une valeur de production en courant alternatif pour chaque heure de l’année. Les productions de toutes les faces sont additionnées avant d’alimenter la batterie, la maison et le réseau.

Pourquoi l’est et l’ouest changent la forme de la production journalière

Les panneaux captent le plus de lumière lorsque le soleil les éclaire de face. Le matin, le soleil est à l’est ; à midi, au sud ; le soir, à l’ouest. Une toiture orientée au sud atteint donc son maximum vers midi et produit peu en début et en fin de journée. Une toiture orientée à l’est atteint son maximum le matin, une toiture ouest l’après-midi. Le modèle calcule séparément chaque pan du toit. Une installation répartie entre l’est et l’ouest produit donc deux courbes plus petites, qui culminent à des heures différentes, au lieu d’une seule courbe très haute.

À puissance totale identique, une installation est-ouest donne généralement un profil journalier plus plat qu’une installation orientée au sud : la production est plus faible à midi et plus élevée tôt le matin et le soir. C’est utile si vos besoins culminent le matin et le soir : davantage de production photovoltaïque arrive lorsque la maison consomme et la batterie a moins de surplus de midi à absorber. L’énergie annuelle par kWp varie aussi selon l’orientation et l’inclinaison. EnergyFlow la calcule pour votre site. Lancez deux simulations avec la même puissance totale pour mesurer l’effet.

Limites du modèle

Chaque champ est traité comme posé en toiture avec une lame d’air ventilée, avec un coefficient de température (de combien la production baisse quand un panneau chauffe) de -0,29 % par degré. L’assistant ne vous laisse changer ni l’un ni l’autre. Les panneaux sur châssis autoportant restent plus frais, et les panneaux PERC, autour de -0,35 % par degré, perdent un peu plus en été.
Il n’y a aucun comportement par faible luminosité, et le facteur de pertes s’applique de la même façon à chaque heure.
Le modèle ne calcule pas l’écrêtage de l’onduleur, c’est-à-dire la limitation de la production lorsque l’onduleur est plus petit que le pic de l’installation. EnergyFlow ne demande pas la puissance de l’onduleur ; une grande installation reliée à un petit onduleur n’est donc pas plafonnée.
Les ombres des arbres, des bâtiments voisins et des cheminées ne sont pas calculées. Elles sont seulement représentées par la marge générale de pertes.
Les valeurs météo sont horaires. Les pics brefs dus aux nuages qui passent sont donc moyennés.
Les panneaux représentés sur le toit sont symboliques. L’image ne vérifie pas si la puissance saisie peut réellement tenir sur le toit.
La couverture de neige et le vieillissement des panneaux ne sont pas modélisés.