Dimensionnement d'une installation solaire : calculer un rendement réaliste

La puissance nominale d’un panneau solaire en watts-crête s'applique dans des conditions de laboratoire : ensoleillement perpendiculaire, quantité de lumière définie, température des cellules de 25 °C. Aucune de ces conditions n'est réunie sur un toit ou un pont. Ceux qui font leurs calculs sur la base des Wc prévoient régulièrement la moitié de la surface nécessaire.

Du watt-crête au rendement journalier

Un calcul utile est celui qui déduit le rendement journalier en wattheures à partir de la puissance nominale. Le facteur pour cela dépend de la saison, de la latitude, de l'orientation et de l'ombrage.

Valeurs indicatives pour des panneaux fixes en Europe centrale. Les panneaux orientables ou sur supports sont plus performants, les panneaux sur un bimini ou sous un mât sont souvent bien moins performants en raison de l'ombrage.

Le dimensionnement en quatre étapes

1. Déterminer la consommation journalière. En ampères-heures à partir de la liste des consommateurs, puis convertir en wattheures avec la tension du réseau de bord : 90 Ah à 12 V font 1 080 Wh.
2. Définir l'objectif. Le solaire doit-il couvrir entièrement la consommation ou seulement le courant de veille et une partie du reste ? Ce sont deux objectifs légitimes impliquant des surfaces très différentes.
3. Calculer la puissance nominale. Wattheures nécessaires divisés par le facteur de rendement de la saison cible. Pour 1 080 Wh en été avec 450 Wh pour 100 Wc : environ 240 Wc.
4. Ajouter réserve et pertes. Le régulateur, le câblage et le vieillissement réduisent le rendement. Une majoration de dix à vingt pour cent est réaliste.

Celui qui souhaite exploiter la même installation en autonomie toute l'année ne doit pas calculer sur la base de la valeur estivale, mais sur celle de la pire saison — et se retrouve avec une surface plusieurs fois supérieure. En pratique, c'est le point où se joue la décision entre « le solaire couvre tout » et « le solaire prolonge le temps entre deux charges ».

L'ombrage : la plus grande erreur individuelle

Un panneau solaire est constitué de cellules montées en série. Si un mât, un balcon ou une structure de toit ne serait-ce qu'ombrage une partie, la cellule la plus faible limite le courant de toute la chaîne (string). La perte de rendement n'est donc pas proportionnelle à la surface d'ombre — une ombre étroite en travers d'un panneau peut faire chuter le rendement de manière largement disproportionnée.

Trois règles de placement en découlent : observer l'ombre tout au long de la journée, et non au moment du montage. Réguler plusieurs petits panneaux séparément plutôt qu'un seul grand partiellement ombragé. Et préférer une plus petite surface dégagée à une plus grande à la mi-ombre.

MPPT ou régulateur simple

Un régulateur simple relie le panneau et la batterie et laisse le panneau fonctionner à la tension de la batterie. C'est rarement le point de puissance maximale : un panneau de 36 cellules délivre sa puissance maximale vers 17 à 18 volts — sur un parc de batteries de 12 volts, il travaille forcément entre 13 et 14 volts.

Un régulateur MPPT cherche en permanence le point de fonctionnement offrant la puissance la plus élevée et transforme la tension excédentaire en courant. Le gain est maximal par temps froid, avec une tension de panneau élevée et un ensoleillement variable ; par temps chaud et avec une petite installation, il est moindre.

Deux autres points plaident en faveur du MPPT dès que l'installation s'agrandit : on peut brancher des panneaux en série et travailler ainsi avec une tension plus élevée et des câbles plus fins, et les régulateurs modernes offrent des courbes de charge à plusieurs niveaux selon le type de batterie au lieu d'une tension de coupure fixe.

Remarque Deux valeurs du panneau sont déterminantes pour le choix du régulateur : la tension à vide à basse température — elle ne doit jamais dépasser la tension d'entrée admissible du régulateur — et le courant de court-circuit. Les deux figurent sur la fiche technique et les deux augmentent, et ne diminuent pas, lorsqu'il fait froid.

Câblage et protection

La ligne reliant le régulateur à la batterie est une ligne de charge comme une autre : elle doit être protégée près de la batterie, pas près du régulateur. Côté panneau, un fusible est nécessaire si plusieurs chaînes (strings) sont branchées en parallèle — dans ce cas, une chaîne défectueuse pourrait être réalimentée par les autres.

La section suit le même calcul que pour le reste du réseau de bord, basé sur le courant, la double longueur de câble et la chute de tension admissible. Pour le solaire, la chute admissible doit être choisie plus strictement que pour un consommateur : ce qui est perdu ici manque durablement au rendement.

Erreurs typiques

• Calculer avec les watts-crête au lieu du rendement journalier. Conduit systématiquement à une installation trop petite.
• Ne considérer que l'été. L'installation ne produit alors pas pendant la moitié de l'année.
• Sous-estimer l'ombrage partiel. Une ombre étroite coûte plus cher que sa surface ne le laisse supposer.
• Ne pas vérifier la tension à vide par temps froid. En hiver, le régulateur est exposé à une tension plus élevée que celle suggérée par la valeur estivale de la fiche technique.
• Ne pas régler la tension de fin de charge sur le type de batterie. L'installation charge, mais jamais complètement.
• Protection au niveau du régulateur au lieu de la batterie. Protège la mauvaise moitié du câble.