Plus il y a de soleil, plus il y a d’énergie solaire. Si vous envisagez d’installer votre propre installation photovoltaïque sur votre toit, renseignez-vous sur les meilleures conditions pour que votre installation fonctionne parfaitement et qu’elle vous apporte un rendement optimal. L’ombrage des modules solaires reste l’un des principaux facteurs de perturbation. Les développements intelligents sur le marché de l’énergie solaire relèguent désormais le problème de l’ombrage au second plan. Dans cet article de blog, découvrirez pourquoi l’ombrage partiel des modules solaires n’a aujourd’hui qu’un impact négligeable sur le rendement d’une installation photovoltaïque.
Un soleil radieux, pas un nuage à l’horizon et un toit équipé d’une installation photovoltaïque : telles sont les conditions idéales pour produire un maximum d’énergie solaire chez soi. Mais rares sont les toits qui ne sont pas ombragés.
Généralement, des arbres, des poteaux, des antennes domestiques ou des bâtiments voisins projettent leur ombre sur les modules solaires, ce qui entraîne (en théorie) une baisse de puissance et de rendement. En y regardant de plus près, force est de constater que les ombrages irréguliers n’ont qu’une influence minime sur le rendement global d’une installation photovoltaïque au cours d’une année. Le choix d’un onduleur adapté et une conception correcte des modules sont bien plus déterminants. C’est là qu’intervient ce que l’on nomme le facteur FC :
Qu’est-ce que le facteur FC ?
Le facteur FC (également appelé facteur de pertes liées à l’ombrage ou « facteur de surface effective du module ») décrit l’influence de l’ombrage sur la performance d’une installation photovoltaïque.
Le facteur FC (en anglais « Fill Correction Factor ») indique dans quelle mesure la puissance réelle d’un module solaire ombragé est réduite par rapport à celle d’un module solaire qui n’est pas ombragé. Le facteur FC est calculé à l’aide de simulations assistées par logiciel ou sur la base de valeurs empiriques et de tableaux de calcul.
Le facteur de pertes liées à l’ombrage est utilisé dans les prévisions de rendement, et notamment lors de la planification d’installations photovoltaïques complexes afin de calculer des valeurs réalistes pour le gain d’énergie. L’orientation et l’inclinaison des modules solaires ainsi que leur câblage et le type d’ombrage (par ex. ponctuel, étendu, temporaire) sont pris en compte.
Le facteur est généralement exprimé sous la forme d’un pourcentage ou d’une valeur sans dimension comprise entre 0 et 1.
FC = 1 → pas d’ombrage, pleine puissance
FC < 1 → ombragé, puissance réduite
Par exemple, si un module solaire est partiellement ombragé par un arbre et ne peut donc plus fournir que 80 % de sa puissance initiale, le facteur FC est de 0,8. Il est toutefois possible d’y remédier. N’hésitez pas à lire la suite de cet article pour découvrir comment !
Un mythe bien ancré mais démenti
« L’ombrage des modules solaires, dû par exemple à la présence de feuilles, entraîne une perte totale ou quasi totale de puissance de l’ensemble de l’installation photovoltaïque. Comme un tuyau d’arrosage dont il ne sort plus d’eau ou très peu, quel que soit l’endroit où l’on appuie. »
Cette affirmation, encore très répandue, est depuis longtemps dépassée. En effet, la solution à ce problème est désormais intégrée dans chaque module, grâce à des diodes by-pass.
Atteindre son objectif grâce aux diodes by-pass
Aujourd’hui, les modules solaires modernes sont généralement équipés de diodes by-pass. Celles-ci servent de ponts : si certaines parties d’un module solaire ne peuvent pas fournir leur pleine puissance, par exemple en raison de l’ombrage ou de la pollution, les diodes by-pass permettent au courant de contourner les chaînes de cellules concernées.
Comment cela fonctionne-t-il en détail ? La modification de la tension continue de l’onduleur appliquée à la chaîne entraîne l’activation des diodes by-pass. Ces dernières deviennent conductrices, ce qui permet de contourner la chaîne de cellules concernée du module photovoltaïque.
Ainsi, les autres zones du module restent pleinement opérationnelles et l’ensemble de l’installation peut continuer à fonctionner efficacement. « Cette solution présente deux avantages », explique Marija Milosavljeva, experte en développement de systèmes chez Fronius. « D’une part, elle permet de prévenir les surchauffes et les éventuels hot-spot. D’autre part, il est possible d’obtenir un rendement rentable malgré l’ombrage partiel. »
Améliorations sur le marché des modules solaires
Les développements continus des modules solaires contribuent également à rendre l’installation photovoltaïque située sur le toit toujours plus rentable :
les modules à demi-cellules habituels peuvent non seulement réduire les pertes de puissance grâce à la technologie des demi-cellules (c’est-à-dire la découpe en deux parties des différentes cellules solaires), mais aussi mieux utiliser la lumière. De plus, ils fonctionnent de manière stable même à des températures élevées.
Le comportement en cas d’ombrage est également meilleur avec les modules à demi-cellules : les diodes by-pass permettent de découper les modules en deux parties égales. Ainsi, si la moitié inférieure ou supérieure du module à demi-cellules est par exemple ombragée par des feuilles, l’autre moitié du module peut tout de même continuer à fonctionner à pleine puissance. À titre de comparaison, un module à cellules complètes ombragé de manière identique perdrait toute sa puissance.
Un suivi MPP efficace pour plus de puissance
Afin de réduire au maximum les pertes dues à l’ombrage ou les pertes de mismatch, les onduleurs à chaîne ou multichaînes sont équipés d’un ou de plusieurs trackers MPP (Maxim Power Point Tracker). Dans l’idéal, un tracker MPP est utilisé pour chaque chaîne. Il détermine en permanence le point de fonctionnement optimal des chaînes raccordées et maintient ainsi en permanence la puissance de l’installation photovoltaïque à son maximum.
Gestion de l’ombrage incluse
Une gestion intelligente de l’ombrage, idéalement intégrée dans l’onduleur, peut permettre d’obtenir un rendement maximal malgré un ombrage partiel. Ainsi, même les toits avec un ombrage partiel peuvent être aménagés de manière optimale.
Notre Dynamic Peak Manager est un algorithme de suivi MPP intelligent qui détecte les ombrages et optimise le rendement au niveau de la chaîne. Pour cela, l’algorithme scanne et analyse l’ensemble de la courbe tension-puissance à intervalles réguliers d’environ 10 minutes. Il trouve ainsi toujours le point de travail le plus efficace (Global Maximum Power Point) de l’installation photovoltaïque.
Marija Milosavljeva, experte dans le développement de systèmes chez Fronius
Les pertes liées à l’ombrage ne sont pas toutes identiques
Exemple : ombrage dû à une cheminée
Une simulation d’ombrage réalisée à l’aide d’un logiciel de simulation indépendant montre que les pertes annuelles liées à l’ombrage sont faibles.
En principe, il faut considérer deux catégories de pertes différentes.
Pertes liées à l’ombrage partiel spécifiques aux modules : En raison de la présence de différents objets projetant des ombres (comme ici une cheminée), la lumière du soleil est bloquée et les modules solaires sont donc moins exposés à la lumière. Cette diminution de l’incidence de la lumière ne peut pas être optimisée par un onduleur, un dispositif d’optimisation de puissance ni un micro-onduleur. Dans ce cas, la seule solution est de retirer l’objet qui entraîne l’ombrage.
En revanche , les pertes de mismatch, c’est-à-dire les pertes liées à l’ombrage des chaînes, peuvent être considérablement améliorées grâce à un algorithme de suivi MPP intelligent : comme le montre le tableau, grâce au Dynamic Peak Manager, les pertes de mismatch sont environ deux tiers moins importantes que les pertes liées à l’ombrage au niveau des modules.
| Type de pertes liées à l’ombrage | Pertes en % | Pertes en kWh | |
| Ombrage partiel spécifique aux modules | –0,18 % | 26,07 kWh (sur 14 485 kWh) | Aucun effet des onduleurs, optimiseurs, etc. |
| Mismatch (connexion/ombrage) | –0,06 % | 8,7 kWh (sur 14 485 kWh) | Forte réduction grâce au Dynamic Peak Manager |
Les résultats de la simulation montrent clairement que les ombrages partiels spécifiques à un module entraînent, en pourcentage, une perte beaucoup plus importante (env. 0,18 %) que les pertes de mismatch (env. 0,06 %).
Pour résumer, si l’onduleur, qui forme le cœur d’une installation photovoltaïque, dispose d’un suiviPP efficace et d’une gestion intelligente de l’ombrage, comme c’est le cas pour tous les onduleurs Fronius, alors il est possible d’obtenir, même dans des conditions environnementales difficiles, non seulement un résultat de rendement optimal, mais aussi une interaction idéale entre le matériel et le logiciel – sans composants ni coûts supplémentaires.
Le dispositif d’optimisation de puissance, une solution ?
Les optimiseurs DC peuvent également améliorer les performances de l’installation en cas d’ombrage, mais ils ne sont que rarement rentables :
Quel est le rôle d’un optimiseur ? Un optimiseur tente d’optimiser chaque module avec son MPP individuel en contrôlant la tension au niveau du module. « Un dispositif d’optimisation de puissance, en particulier en cas d’ombrage léger, présente des avantages certains, mais uniquement tant que les diodes by-pass ne sont pas activées. Lorsque les diodes by-pass deviennent conductrices, c’est-à-dire actives, en cas d’ombrage plus important, la zone ombragée est pontée et quasiment désactivée. Ainsi, le dispositif d’optimisation de puissance n’a plus de travail, il ne peut pas influencer une zone désactivée », explique Marija Milosavljeva. La responsable de produit voit toutefois d’un œil critique l’utilisation de d’optimiseurs en ce qui concerne d’autres aspects : « En tant que composants supplémentaires, les convertisseurs DC/DC ont eux-mêmes besoin d’énergie et consomment de l’électricité même en mode veille, électricité qui doit d’abord être produite par l’installation photovoltaïque. Le rendement supplémentaire obtenu est donc souvent plus faible et, à l’inverse, ne justifie généralement pas les coûts d’investissement plus élevés. »
De plus, les nombreux composants supplémentaires qui doivent être placés sur chaque module réduisent la fiabilité globale du système et augmentent donc la probabilité de panne de l’installation photovoltaïque.
Bilan : Il n’est certes pas toujours possible d’éviter l’ombrage des installations photovoltaïques, mais grâce à des avancées prometteuses sur le marché solaire, tant pour les modules solaires que pour les onduleurs de chaîne, les pertes liées à l’ombrage peuvent désormais être minimisées efficacement.
Le type d’ombrage ou de perte de puissance est ici déterminant : il existe aujourd’hui des solutions efficaces, notamment pour les pertes de mismatch pouvant résulter d’un ombrage inégal des différents modules solaires. Grâce à la gestion intégrée de l’ombrage, telle que le Dynamic Peak Manager de Fronius, la part d’énergie solaire perdue est désormais très faible.
La grande majorité des pertes liées à l’ombrage sont causées par une réduction générale de l’incidence de la lumière due à des objets projetant de l’ombre, tels que des arbres, des bâtiments ou des poteaux. Ces pertes ne peuvent être réduites ni par des optimiseurs DC, ni par des micro-onduleurs, ni par tout autre composant électronique de puissance au niveau des modules. Dans ce cas, la seule solution est de retirer l’objet en question, si cela est possible.
Il est rarement rentable d’investir dans des composants supplémentaires pour optimiser les performances, tels que des optimiseurs DC. En particulier en cas de fort ombrage ou si seuls quelques modules sont concernés, l’utilisation d’optimiseurs de puissance n’est pas avantageuse en raison de leur consommation d’énergie supplémentaire. De plus, cela augmente le risque d’erreur de l’ensemble de l’installation photovoltaïque.
Cela a éveillé votre curiosité ? Vous trouverez des chiffres et des faits approfondis à propos de l’ombrage dans notre livre blanc « L’influence de l’ombre sur les installations photovoltaïques ». N’hésitez pas à le consulter !
