Comprendre les unités des panneaux solaires

Les installations solaires photovoltaïques sont rentables pour les petits ou les grands projets et cette polyvalence est possible grâce à l’implantation sur-mesure des panneaux solaires. Une installation résidentielle peut utiliser quelques panneaux solaires, tandis qu’une grande installation (sur un bâtiment industriel, commercial ou simplement posé au sol) en utilisera des milliers voire des dizaines de milliers. Toutefois, l’élément de base est le même dans les deux cas. Plusieurs unités de mesure sont utilisées pour décrire les installations photovoltaïques, en fonction de l’aspect du projet qui est décrit.

Lorsque l’on parle de grands projets photovoltaïques, la capacité installée est décrite en termes de mégawatts-crête (MWc) alors que sur une installation résidentielle, l’unité sera le kilowatt-crête (kWc). Pour décrire la quantité d’électricité produite sur une période donnée, les unités couramment utilisées sont les mégawattheures (MWh) et les gigawattheures (GWh), où 1 GWh = 1 000 MWh. Allons plus loin dans nos explications…

Qu’est-ce que l’énergie solaire ?

L’énergie solaire est le rayonnement du soleil capable de produire de la chaleur, de provoquer des réactions chimiques ou de générer de l’électricité. La quantité totale d’énergie solaire incidente sur terre est largement supérieure aux besoins énergétiques actuels et futurs du monde. Si elle est convenablement exploitée, cette source très diffuse a le potentiel de satisfaire tous les besoins énergétiques futurs. Au XXIe siècle, l’énergie solaire devrait devenir une source d’énergie renouvelable de plus en plus attrayante en raison de son approvisionnement inépuisable et de son caractère non polluant, contrairement aux combustibles fossiles épuisables que sont le charbon, le pétrole et le gaz naturel.

Le soleil est une source d’énergie extrêmement puissante, et la lumière solaire est de loin la plus grande source d’énergie reçue par la terre, mais son intensité à la surface de la terre est en fait assez faible. Cela est essentiellement dû à l’énorme propagation radiale du rayonnement provenant du soleil lointain. Une perte supplémentaire relativement mineure est due à l’atmosphère et aux nuages de la terre, qui absorbent ou diffusent jusqu’à 54 % de la lumière solaire entrante. La lumière solaire qui atteint le sol se compose de près de 50 % de lumière visible, de 45 % de rayonnement infrarouge et de plus petites quantités d’ultraviolets et d’autres formes de rayonnement électromagnétique.

Le potentiel de l’énergie solaire est énorme, puisque la Terre reçoit chaque jour, sous forme d’énergie solaire, environ 200 000 fois la capacité quotidienne totale de production d’électricité du monde. Malheureusement, bien que l’énergie solaire elle-même soit gratuite, le coût élevé de sa collecte, de sa conversion et de son stockage limite encore son exploitation dans de nombreux endroits. Le rayonnement solaire peut être converti soit en énergie thermique (chaleur), soit en énergie électrique, bien que la première soit plus facile à réaliser.

Qu’est-ce qu’un kilowatt crête (kWc) ?

Les installations résidentielles et les petites installations commerciales, industrielles ou tertiaires ont des capacités plus faibles, et les décrire en mégawatts n’est pas pratique, car l’unité est trop grande. Dans ces cas, les unités les plus courantes sont les kilowatts-crête (kWc), les kilowatts de puissance alternative (kWac) et les kilowatts-heures (kWh).

Pour une puissance nominale de 1kW installée en France (environ 4 à 5 mètres carrés de panneaux solaires orientés en direction du sud), la production annuelle est d’environ 1300 kWh (1,3MWh), soit un peu plus de la moitié de la consommation électrique moyenne d’un français (2200 kWh/an). Cela correspond à un facteur de charge moyen de 15%.

Le facteur de charge est le rapport entre l’énergie produite et celle qui aurait été produite si le module photovoltaïque avait fonctionné à sa puissance nominale pendant toute la durée considérée. C’est une façon de mesurer l’écart entre les conditions réelles (ensoleillement variable, nuit, température,…) et les conditions nominales (conditions de laboratoire avec un éclairement solaire de 1kW/m² à 25°C).

Comme l’ensoleillement disponible varie tout au long de la journée, la production des installations solaires est en constante évolution. Les heures autour de midi sont normalement les plus productives, car l’ensoleillement par mètre carré atteint sa valeur maximale. Les mégawatts-crête (ou MWc) sont utilisés pour décrire la puissance nominale des installations solaires, qui serait atteinte dans des conditions idéales.

Si vous additionnez la capacité de tous les panneaux solaires d’une installation photovoltaïque, le résultat est la capacité installée en mégawatts-crête (MWc). Supposons qu’une installation de grande envergure utilise 20 000 panneaux, chacun ayant une puissance nominale de 350 watts-crête. Dans ce cas, la puissance totale est de 7 000 000 de watts-crête, soit 7 MWc.

Il s’agirait de la puissance produite si l’ensemble du champ solaire fonctionnait dans les conditions d’essai standard (STC) utilisées par les fabricants de panneaux solaires. Ces conditions supposent une température de 25°C pour les cellules photovoltaïques, une irradiation solaire de 1 000 watts par mètre carré et un angle d’incidence de la lumière solaire pour une latitude de 35° nord en été. Il s’agit de conditions idéalisées (non reproductibles en condition réelle), mais elles permettent de réaliser des tests standardisés pour tous les panneaux solaires.

Qu’est-ce qu’un kilowatt de puissance alternative (kWac) ?

Cette unité n’est pas la plus utilisée loin de là mais il est bon de savoir à quoi elle correspond.

Comme indiqué plus haut, les panneaux solaires ne fonctionnent à la puissance nominale que dans des conditions d’essai standard. Il faut également tenir compte du fait que les panneaux solaires produisent du courant continu, alors que les appareils et équipements des foyers et des entreprises fonctionnent en courant alternatif. Dans les installations photovoltaïques, la conversion du courant continu en courant alternatif est réalisée par des onduleurs (ou des micro-onduleurs). Les installations résidentielles disposent normalement d’un seul onduleur, mais les grandes installations solaires utilisent plusieurs onduleurs pour gérer la production totale.

Étant donné que les panneaux solaires fonctionnent en dessous de leur puissance nominale la plupart du temps, les onduleurs sont généralement de puissance inférieure à celle de l’installation solaire. Par exemple, une centrale solaire au sol de 12 mégawatts-crête (MWc) peut utiliser des onduleurs d’une puissance totale en courant alternatif de 10 MW, ou 10 MWac. Cette relation est normalement décrite par le rapport  » Courant Continu / Courant Alternatif  » ou le rapport de charge Courant Continu, qui est de 1,2 dans ce cas.

L’utilisation d’onduleurs équivalents à la capacité du champ solaire est un gaspillage d’argent ! Ils fonctionneraient à charge partielle presque tout le temps. Une solution plus économique consiste à dimensionner l’onduleur de manière à ce qu’il soit plus « petit » que le champ photovoltaïque, et à écrêter toute puissance en courant continu dépassant la capacité de l’onduleur.

Les acteurs du solaire utilisent souvent le seul terme de mégawatts (MW) pour décrire les installations solaires, sans préciser MWc ou MWac. Cependant, dans la plupart des cas, il s’agit du mégawatts-crête (MWc), ou de la capacité totale installée des panneaux solaires selon les conditions d’essai standard.

Qu’est-ce qu’un kilovoltampère (KVA) ?

Le kilovoltampère mesure la puissance de votre compteur électrique. Votre compteur électrique doit avoir une puissance supérieure à la puissance cumulée de tous vos appareils électriques afin de pouvoir couvrir tous vos besoins en électricité. Si votre compteur à une puissance kVA trop faible, il est possible qu’il disjoncte lorsque que vous utiliserez plusieurs appareils électriques simultanément.

Le kilovoltampère exprime la puissance de votre installation solaire pour le raccordement de votre installation photovoltaïque au réseau ENEDIS. Vous retrouverez également des informations en kVA sur votre facture EDF OA (Obligation d’Achat). Le kilovoltampère permet à ENEDIS et EDF d’avoir connaissance de la puissance maximale d’électricité que votre installation photovoltaïque peut envoyer sur le réseau public d’électricité.

Kilowatts heure (kWh), Mégawatts heure (MWh), la mesure de la production d’énergie

Les unités MWc et MWac décrivent la capacité installée d’un champ solaire et de ses onduleurs. Cependant, elles ne décrivent pas la quantité d’électricité produite pendant une période donnée. Cette quantité est décrite en kilowattheures, mégawattheures ou gigawattheures, selon l’échelle du projet.

1 MWh correspond à 1 000 kWh, et 1 GWh correspond à 1 000 MWh. 1 kWh est la production d’un système de 1 kW fonctionnant de manière constante pendant 1 heure. La capacité en MWc donne une idée du coût initial d’une installation photovoltaïque. En revanche, la production d’électricité permet d’estimer les économies potentielles.

En France, les installations solaires à grande échelle coûtent désormais moins de 1 000 000 euros par MWc. Dans les sites où les conditions sont bonnes, comme les Alpes-de-Haute-Provence ou les départements du bassin méditerranéen, un MWc de capacité installée peut avoir une production annuelle de plus de 1 500 MWh. Si le consommateur paie actuellement 120 €/MWh à son fournisseur d’électricité, les économies réalisées sont de 180 000 euros/an. Cela signifie que la période d’amortissement peut être d’environ sept ans ou moins, ce qui est excellent si l’on considère que les panneaux solaires de haute qualité ont une durée de vie de plus de 25 ans. La France offre des subventions pour les installations photovoltaïques, ce qui réduit leur période d’amortissement et leur retour sur investissement.

La relation entre la capacité installée et la production annuelle d’électricité est décrite par une valeur appelée rendement spécifique, dont les unités sont normalement les kilowattheures par kilowatt-crête (kWh/kWc) ou les mégawattheures par mégawatt-crête (MWh/MWc).

En supposant que les conditions du site soient favorables à l’énergie solaire, les endroits les plus ensoleillés de France ont un rendement spécifique de plus de 1500 kWh/kWc. En revanche, les endroits moins ensoleillés comme les Hauts-de-France, les Ardennes ou la Normandie ont un rendement spécifique d’environ 800 kWh/kWc. Un rendement spécifique plus élevé raccourcit la période d’amortissement tout en augmentant le retour sur investissement. Chaque euro investi au départ permet d’économiser davantage d’euros au fil du temps.

Quelle énergie les panneaux solaires peuvent-ils produire ?

Plus la puissance en watts d’un module photovoltaïque est élevée, plus il peut produire d’électricité grâce au rayonnement solaire. Un panneau solaire avec une tolérance négative signifie qu’il produit moins d’énergie que la puissance spécifiée (STC). Grâce à la baisse du coût des matériaux, il est possible de réduire ce phénomène ou d’y remédier en ajoutant quelques panneaux supplémentaires pour compenser la perte de production.

La puissance des modules solaires est exprimée en watts (W), qui représentent la production théorique d’électricité des modules dans des conditions solaires et de température idéales. La plupart des panneaux solaires sur le marché aujourd’hui ont une puissance de 320 à 420 watts. Pour connaître la quantité d’énergie qu’un panneau solaire peut produire en une journée, vous devez multiplier le nombre de watts par le nombre d’heures d’ensoleillement. Dans le cadre d’une autoconsommation, un panneau solaire est suffisant pour alimenter un appareil ménager tel qu’un réfrigérateur pendant environ une heure.

Le rendement réel d’un seul panneau solaire dépend d’un certain nombre de facteurs, notamment de votre emplacement, des conditions météorologiques locales, de l’inclinaison et de l’orientation du module photovoltaique.

Comprendre ce que sont les différentes unités de mesure vous permettra de déchiffrer le jargon utilisé par votre installateur photovoltaïque. Cela semble complexe mais vous verrez que très rapidement, vous ferez le tri entre ce qui est utile de connaitre et ce qu’il ne l’est pas. Et puis, en cas de doute, n’hésitez pas à solliciter votre installateur qui se doit (aussi) d’être un bon pédagogue !

Sébastien

Évoluant dans le secteur de l’énergie solaire depuis une vingtaine d’année, je suis le fondateur de Solaire-France.com. En tant qu’experts des installations photovoltaïques, nous vous aidons à acquérir les connaissances nécessaires pour déjouer les pièges des éco-délinquants. De plus, nous vous fournissons gratuitement et rapidement des devis des meilleurs installateurs photovoltaïques près de chez vous. Profitez-en !