« En direction du sud ! », telle est la devise lors du montage de panneaux solaires. N’est-ce pas ? Une chose est certaine : dans l’hémisphère nord, le sud est le point cardinal le plus performant en matière de production d’électricité solaire. Apprenez ici tout ce qu’il faut savoir sur l’orientation optimale des panneaux solaires, ce qui c’est « l’azimut » et quel rôle joue l’angle d’inclinaison des modules solaires pour le rendement photovoltaïque.
Aujourd’hui, lorsqu’on construit une maison, on planifie souvent déjà l’installation photovoltaïque et on se pose la question suivante : comment orienter au mieux un panneau solaire pour optimiser son rendement ? Comme mentionné au début, les modules solaires orientés vers le sud permettent d’exploiter pleinement le potentiel de l’installation. Le soleil monte de plus en plus haut dans le ciel au cours de la matinée, et atteint son intensité maximale dans le sud vers midi.
Souvent, les propriétaires peuvent prendre des dispositions pour le montage et, le cas échéant, garder de la place sur le toit pour des panneaux solaires orientés vers le sud. Cependant, si les bâtiments à construire ne peuvent pas tous disposer d’une surface de toit orientée vers le sud, et encore moins les bâtiments existants, ce n’est pas non plus absolument nécessaire.
L’orientation des panneaux solaires vers le sud n’est pas la seule option
Quelles sont donc les alternatives qui restent pour les bâtiments construits il y a plusieurs années ou décennies ? À l’époque, personne n’envisageait la possibilité que les propriétaires de maisons individuelles puissent un jour utiliser la puissance du soleil pour produire de l’énergie. Les règles de construction empêchent également parfois d’orienter le toit vers le sud. Et même si c’est le cas, les bâtiments voisins et les arbres peuvent faire de l’ombre à une partie ou à la totalité du toit, ce qui réduit considérablement le rendement.
De nombreux bâtiments sont donc coiffés d’un toit à deux pans orienté vers l’est et l’ouest, la forme de toit qui prévaut dans une grande partie de l’Europe. « Mais les propriétaires ne doivent en aucun cas renoncer au photovoltaïque », explique Robert Reinbrech, expert en énergie solaire chez Fronius International GmbH. « Même si une orientation précise vers le sud fournit le rendement le plus élevé, la plupart des autres orientations photovoltaïques sont également valables d’un point de vue économique. »
Le tableau suivant en est l’illustration :
| Sud-ouest ou sud-est | Ces installations génèrent 95 % du rendement maximal, soit seulement 5 % de moins que les installations orientées vers le sud. |
| Orientation est | Comparée à l’orientation sud, une installation photovoltaïque avec cette orientation produit environ 20 % d’électricité solaire en moins. |
| Orientation ouest | Pour ces installations, la situation est la même que pour les installations orientées vers l’est mentionnées ci-dessus. Elles produisent environ 80 % du rendement maximal. La différence est que l’électricité produite ici est plus importante en deuxième partie de journée qu’en matinée. |
| Combinaison d’orientations est et ouest | La combinaison de modules orientés vers l’est et vers l’ouest – souvent appelée orientation est-ouest – entraîne également une perte de rendement d’environ 20 %. Les pertes sont particulièrement perceptibles en hiver, lorsque le soleil se lève plus tard et est positionné plus au sud. |
| Orientation nord | Est-il judicieux de poser une installation photovoltaïque côté nord ? Le côté d’un toit qui n’est pas exposé au soleil génère 30 à 50 % d’énergie solaire en moins que le côté exposé au soleil. Cela rend les installations photovoltaïques de ce type non rentables dans la plupart des cas. |
L’orientation des panneaux solaires est-ouest
Comme indiqué dans le tableau ci-dessus, les installations orientées est-ouest entraînent certes des pertes de rendement, mais elles présentent également des avantages importants :
alors que les panneaux solaires orientés vers le sud atteignent leur pic de puissance à midi et génèrent donc potentiellement d’importants excédents photovoltaïques, une orientation est-ouest offre une production d’électricité beaucoup plus régulière du lever au coucher du soleil. Robert Reinbrech complète : « Même si les composants n’atteignent que rarement ou jamais leur puissance maximale dans cette configuration, l’approvisionnement continu en électricité solaire soulage souvent davantage les ménages sur le plan financier qu’une installation orientée vers le sud. C’est particulièrement vrai pour les ménages qui ne disposent pas de système de stockage d’énergie. Une quantité modérée d’énergie est disponible en continu pour l’autoconsommation, même le matin et le soir, lorsque les besoins énergétiques atteignent des pics dans de nombreuses familles, par exemple, au moment de faire le café, ou de charger et lancer une machine à laver, ou encore lorsque la télévision est allumée. »
Nous ne devons pas négliger un autre avantage technique : si les panneaux solaires et les onduleurs ne fonctionnent pas à pleine charge, leurs composants n’atteignent pas non plus des températures critiques, ce qui préserve ces derniers et prolonge leur durée de vie. Dans certaines circonstances, il peut même être intéressant d’acheter un onduleur d’une puissance inférieure afin de réduire les coûts d’acquisition.
Qu’est-ce que l’azimut et quel rôle joue-t-il pour les panneaux solaires ?
Pour savoir s’il s’agit d’une installation orientée vers le sud, l’est ou l’ouest, il suffit de regarder l’angle azimutal. Comment ? Pour cela, vous devez savoir ce qui suit :
l’azimut désigne un angle dans le plan horizontal et peut atteindre au maximum 180 degrés sur une sphère comme la Terre. Dans des domaines tels que la cartographie et l’astronomie, il indique les écarts par rapport au nord géographique. En revanche, pour les installations photovoltaïques, il indique les écarts par rapport au sud.
La combinaison de l’azimut et de l’angle d’inclinaison détermine la part du rendement maximal théorique qu’une installation photovoltaïque peut fournir.
Concrètement, cela signifie :
/ Que l’azimut plein sud est de 0 degré – c’est là que le maximum d’électricité solaire est produit.
/ Qu’un azimut de 90 degrés décrit une orientation vers l’ouest, et que -90 degrés indique une orientation vers l’est.
/ Qu’un azimut de 45 degrés indique une orientation vers le sud-ouest, tandis qu’un azimut de -45 degrés indique une orientation vers le sud-est.
/ Qu’une orientation vers le nord correspond à un angle d’azimut de 180 degrés.
L’inclinaison optimale des panneaux solaires – rendement optimal
Passons de l’azimut à l’inclinaison. Les rayons du soleil doivent non seulement frapper les modules solaires le plus longtemps possible, mais aussi à angle droit. En Europe centrale, un angle d’inclinaison d’environ 30 degrés est idéal pour profiter au mieux de sa propre production d’énergie solaire.
Les lecteurs attentifs pourraient alors légitimement se poser la question : l’angle d’incidence ne varie-t-il pas au cours de l’année ? Après tout, le soleil est nettement plus bas en hiver qu’en été. « Cette observation est tout à fait correcte. En hiver, un angle d’inclinaison plus important, supérieur à 60 degrés, serait préférable pour générer un rendement maximal. Si l’angle d’inclinaison n’est pas optimal, cela entraîne une perte de rendement pendant la saison froide. En chiffres absolus, cette perte, mesurée en kWh, reste néanmoins limitée en raison du peu d’heures d’ensoleillement et de la faible intensité du rayonnement pendant les mois d’hiver », rassure l’expert en énergie solaire de Fronius.
Qu’est-ce qui est mieux : un toit plat ou à deux pans ?
Il est impossible de répondre à cette question de manière générale. Pour les toits à deux pans, cela dépend surtout de la pente. Si, par hasard, son angle d’inclinaison tombe dans la zone optimale pour la latitude concernée, c’est la meilleure option. Mais les toits à deux pans plus raides peuvent également être utilisés pour des installations photovoltaïques avec, sur l’année, une légère perte de rendement. En hiver, ils fournissent même un peu plus d’électricité solaire que les toits à faible inclinaison. Un avantage supplémentaire : plus l’angle d’inclinaison est prononcé, plus la saleté a du mal à adhérer aux modules solaires. Cela permet de réduire les frais d’entretien et d’augmenter le rendement. L’installation de panneaux solaires sur des toits à deux pans n’est pas compliquée et ne nécessite généralement pas de surélévation.
En revanche, le montage sur des toits plats nécessite généralement des surélévations coûteuses afin d’augmenter l’angle d’inclinaison et donc le rendement photovoltaïque. Le meilleur choix s’est avéré être des élévations plus plates de 10 à 15 degrés. Cet angle d’inclinaison réduit l’ombrage causé par les autres modules solaires. En même temps, cela réduit la surface d’attaque du vent. L’avantage des toits plats réside dans la flexibilité d’orientation des modules solaires. Cela permet d’obtenir des rendements potentiellement plus élevés.
L’une des particularités de l’installation est-ouest est qu’elle fonctionne de manière particulièrement efficace sur les toits les plus plats, avec un angle d’inclinaison de 10 à 15 degrés. En effet, avec cette inclinaison, les modules solaires captent davantage le soleil de début de matinée et de fin de soirée, dont les rayons frappent la terre à un angle plus plat.
Dans cet article, nous nous sommes concentrés exclusivement sur les installations sur toiture et intégrées à la toiture. Pour savoir comment tirer profit des installations en façade ainsi que des clôtures photovoltaïques, cliquez ici.
La bonne orientation des panneaux solaires – tout est une question de perspective
Comme vous le voyez, si l’on souhaite un approvisionnement continu avec une quantité modérée de courant solaire du matin au soir, une orientation est-ouest s’impose pour la plupart des ménages, surtout pour ceux qui ne disposent d’aucun système de stockage d’énergie.
En revanche, si l’on souhaite tirer le maximum absolu de kilowattheures de tous les composants de l’installation photovoltaïque, il vaut mieux opter pour une orientation sud, à condition que les caractéristiques architecturales le permettent. Il faut savoir que la plus grande quantité d’électricité solaire est produite à midi et que le rendement est négligeable le matin et le soir. Seuls les ménages qui disposent d’un système de stockage d’énergie peuvent vraiment profiter de ce surplus d’électricité solaire.
De légers écarts par rapport au sud exact n’entraînent pas de pertes de rendement dramatiques. Seule l’orientation vers le nord peut ne pas être rentable.
L’orientation des panneaux solaires dépend bien sûr aussi de la situation géographique de l’installation photovoltaïque prévue. Dans l’hémisphère nord, une orientation vers le sud géographique offre un potentiel de rendement maximal pour l’électricité solaire. Dans l’hémisphère sud, en revanche, c’est l’inverse qui se produit. Ici, les modules solaires sont orientés de préférence vers le nord afin de maximiser le rendement photovoltaïque.
L’angle d’inclinaison idéal varie également selon les régions. Sous des latitudes plus élevées, des angles d’inclinaison plus élevés sont profitables, car le soleil se trouve « plus bas » dans le ciel. Plus un panneau solaire est proche de l’équateur, plus l’angle d’inclinaison doit être faible.
Les toits plats et les toits à deux pans conviennent tout autant aux installations photovoltaïques. Alors que les toits à deux pans permettent une installation moins coûteuse, la flexibilité de la conception des installations sur les toits plats permet des rendements potentiellement plus élevés.
Une chose est sûre : la technologie solaire actuelle permet de mettre en place une installation photovoltaïque sur presque chaque maison de manière rentable. Ne pas exploiter le potentiel de leur propre toit revient à long terme plus cher aux propriétaires que d’investir une seule fois dans une installation photovoltaïque.
