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Photovoltaïque: comment calculer le potentiel solaire d’un toit

Le calcul du potentiel solaire d’un toit est effectué à partir du degré d’inclinaison du toit, de son orientation et de l’irradiation solaire annuelle. En se basant sur des hypothèses de calcul, on peut estimer l’énergie produite.

Technologie retenue: La technologie la plus répandue pour les panneaux photovoltaïques est celle du silicium  cristallin avec environ 90% de part de marché. Selon une étude de Photon International parue en mars 2009, la technologie polycristalline représenterait 46,9 % de la production totale (47,7 % en 2008), le monocristallin 34,1 % (38,3 % en 2008), les couches minces (CdTe, CIS, a-Si/microcristalline et autres) 17,7 % (12,5 % en 2008) et le silicium ruban 1,4 % (1,5 % en 2008). Les hypothèses de calcul sont donc basées sur l’utilisation de modules cristallins.

Rendement du système: La notion de rendement s’applique aux cellules, aux modules et au système photovoltaïque. Suivant le type de matériau, le rendement des cellules actuellement sur le marché varie de 5 à 20%. Le rendement des modules est toujours légèrement inférieur à celui des cellules car il se calcule par rapport à la surface totale du module. On prendra l’hypothèse d’un rendement moyen de 16% pour les modules. Le rendement de l’installation dépend du type d’intégration, de l’onduleur, des pertes dans les câbles, etc. Ce rendement se situe entre 0,7 et 0,8 pour des installations classiques. On retiendra l’hypothèse optimiste de 0,8.

Facteur de transposition: Pour les toitures plates, il faut prendre en compte l’effet de l’inclinaison des capteurs. En effet, la valeur d’énergie incidente annuelle obtenue par modélisation correspond au plan horizontal. Il faut donc appliquer un facteur de transposition qui est le rapport du rayonnement sur un plan incliné, normalisé au rayonnement global horizontal. Il représente l’effet de l’inclinaison et de l’orientation des capteurs. Le logiciel PVSYST permet de connaître ce facteur de transposition pour Genève – Cointrin. On appliquera le facteur de 1,12 pour les toits plats.

Etape 1 : calcul de la surface exploitable
Afin de calculer la surface utilisable pour les installations photovoltaïques, il est possible d’appliquer un coefficient d’utilisation qui est le rapport entre la surface des capteurs et la surface du toit. Ce coefficient varie en fonction de l’inclinaison du toit. Pour estimer la surface disponible, on applique les coefficients suivants :

–       Coefficient d’utilisation pour les toits plats (de 0 à 10°) = 0,5

–       Coefficient d’utilisation pour les toits incliné (plus de 10°) = 0,9

 Exemple pour un toit plat d’une surface de 100 m2
100 (Surface du toit) * 0,5 (Coefficient d’utilisation) = 50 m2 (Surface utilisable)

Etape 2 : facteur de transposition pour les toits plats
On peut appliquer ce facteur pour toutes les toitures plates (de 0 à 10°) de la base de données.
–       Facteur de transposition = 1,12

Exemple pour un toit qui reçoit 1000 kWh/m2 par an :
1000 (Irradiation annuelle) * 1,12 (Facteur de transposition) = 1120 kWh/m2

Etape 3 : rendement d’un système photovoltaïque
Le rendement global du système se rapporte à l’installation photovoltaïque complète avec l’ensemble des pertes provoquées par ses composants. Le rendement du système, aussi appelé ratio de performance (PR en anglais), peut être calculé de la façon suivante:

ηsystème  = ηmodule * ηinstallation

avec

ηmodule: rendement des modules dans les conditions standards de test STC.

ηinstallation: rendement de l’installation

On applique donc la formule suivante pour le rendement aux conditions optimales :

0,16 (ηmodule) * 0,8 (ηinstallation) = 0,128 (ηsystème)

Etape 4 : énergie produite par année

On peut faire une estimation de l’énergie produite en se basant sur les valeurs d’irradiation annuelle, la surface du toit et le rendement du système. Le calcul de l’énergie produite d’une installation photovoltaïque est décrit par l’équation suivante :

Eprod = Einc * S * ηsystème

avec

Eprod [kWh/an] : Energie électrique produite par le système sur un an.

Einc [kWh/m2.an] : Rayonnement global reçu dans le plan des modules

S [m2] : Surface du champs de modules photovoltaïques

ηsystème : rendement global du système

Exemple pour un toit plat de 100 m2 qui reçoit 1120 kWh/m2 d’énergie incidente :

1120 (Irradiation) * 50 (Surface utilisable) * 0,128 (ηsystème)= 7’168 kWh/an

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