Panneaux solaires Photovoltaïques OPV organic photovoltaics

Technologie des panneaux solaires

01/10/202328/09/2023 Philippe du Chélas

Se trouver en plein soleil avec des panneaux solaires (photovoltaïques) sur le toit de son camping-car ne garantit pas une réelle autonomie électrique grâce à la technologie.

Pour la bonne raison que cette autonomie dépend de plusieurs facteurs dont le spectre solaire notamment.

Sinon le plus important c’est la capacité de votre panneau solaire à produire des vrais Watt (W).

En référence, un panneau solaire de 1 kW peut produire entre 75 et 100 kWh par mois (en France) selon une moyenne pondérée hiver/été.

La production peut donc être de 2,5 à 3,3 kWh par jour (idéal).

Le panneau solaire

Le rendement d’une cellule photovoltaïque est le rapport entre l’énergie lumineuse qu’elle reçoit sur sa surface et l’énergie électrique qu’elle va produire.

Ainsi un panneau solaire de 1 m² produira 1 kW dans des conditions optimales.

Les panneaux solaires dans le commerce font ainsi référence à des paramètres de test précis que l’on nomme STC.

Ce STC pour Standard Test Conditions se base sur des conditions précises d’utilisation :

émission lumineuse de 1000 W/m² (standard de rayonnement)
température de 25° C
conditions spectrales : masse d’air (Air Mass) de 1.5
angle d’incidence de 41.8° par rapport à l’horizontale

Au final la puissance du spectre STC est de 1000 W/m².

Une production de 100 Wc signifie donc une production de 100 watt à la condition qu’il y ait 1000 watt/km2 d’ensoleillement avec un bon angle (30 et 35°) et une température de 20 à 25° C.

Taux d’ensoleillement

C’est le paramètre le plus important pour votre production d’électricité.

Le taux d’ensoleillement est une valeur constante puisqu’il s’agit de la source d’énergie (soleil).

Ce paramètre du rayonnement solaire est l’ensemble des ondes électromagnétiques émises par le Soleil.

Techniquement le silicium amorphe est capable de convertir toute la lumière visible et un peu au delà comme les ultraviolets (jusqu’à 350nm).

Avec le calcul du taux d’ensoleillement on se réfère donc à un standard de rayonnement : 1000 W/m².

Il est facile d’ailleurs de connaître ce taux à l’endroit où l’on se trouve avec un Solarimètre.

Cette appareil mesure les ondes électromagnétiques du rayonnement solaire.

Ce rayonnement solaire variera selon la modulation d’amplitude ou MA (AM en anglais) qui est idéale à 1.5.

Autrement dit, c’est le spectre de la lumière du soleil après avoir traversé une couche de nuages dont l’épaisseur est 1,5 fois supérieure à celle de l’atmosphère.

Les Watt et les heures

En physique, une surface plane de 1 m² que l’on expose perpendiculairement au soleil reçoit une puissance lumineuse de 1367 W.

Ainsi la source lumineuse du soleil avec un spectre dit AM 1.5 (1000W/m²) comporte 100 000 ou 112 600 lux selon le type de calcul.

L’AM 1,5 est le spectre de la lumière solaire traversant une épaisseur d’air sans nuages correspondant à 1.5 fois l’épaisseur de l’atmosphère.

C’est le cas avec un ciel très clair et quand le Soleil se trouve à une hauteur de 41.8° au-dessus de l’horizon.

Par contre le soleil ne fournit au maximum que 120 000 lux sur 1m² (à la surface de la terre et pour 550nm).

A ce sujet il n’est pas utile de mesurer les W/m² venant d’une lampe car un Solarimètre est calibré pour le spectre solaire extérieur.

Les cellules photovoltaïques

Selon le type de cellule choisie, on obtiendra un signal proportionnel au flux lumineux.

C’est ce signal qui se calcule soit en lux, en PAR ou en W/m² de rayonnement solaire :

Lux : 1 lux = 1 lumen/m² au niveau de la surface de la Terre
Lumen : 1 lumen = 1/683 watt
PAR : le flux utile à la photosynthèse de 400 à 700nm
W/m² : le soleil a une puissance de 3,8.10^26W

Ce signal se convertit en courant avec une tension (mV) et peut être câbler en boucle de courant 4-20mA pour une commodité d’usage.

Le lumen mesure ainsi la luminosité d’un rayonnement soit l’intensité avec laquelle il est perçu par l’œil humain.

Cette intensité dépend du spectre du rayonnement et non pas seulement de sa puissance totale.

Un rayonnement d’une forte puissance mais très lointain sera invisible et donc la luminosité est nulle.

Donc plus la couverture nuageuse est importante et plus l’intensité du courant généré est faible.

Le Watt Crête

Le Wc (watt-crête) s’établit avec des conditions optimales d’utilisation et permet surtout une comparaison commerciale des panneaux solaires.

Le kWc ou kilowatt-crête, unité de mesure des panneaux solaires, n’est pas constant comme le kW.

En effet les modèles de panneaux solaires varient de 60 à 150 Wc par m² selon la technologie de fabrication.

Même si la règle est de 1000 watts-crête = 1 kWc, la valeur du kWc est variable.

En raison justement des conditions d’installation et météorologiques.

La valeur du kWc n’est pas la même un 1 août qu’un 20 novembre ni un 3 mai non plus.

Par contre un appareil consommant 1 kWh consommera toujours 1 kW en 1 heure quelque soit la date.

Le kWc donne ainsi une puissance nominale qui n’est qu’une valeur nominale.

Le kWc d’un panneau solaire peut aussi se calculer avec un facteur de correction d’ensoleillement.

C’est le coefficient standard de 0,85 qui donne kWc = kW/0,85.

Pour 1,5 kW (1500 W) d’électricité avec un facteur d’ensoleillement de 0,85, la puissance-crête des panneaux solaire doit donc être de 1 764 kWc (1 500/0,85).