Nous avions vu qu’une des caractéristiques techniques des panneaux solaires est l’efficience qui correspond en pourcentage au rapport de l’énergie que le panneau transforme en électricité à l’énergie qu’il reçoit du soleil. En termes de puissance, il s’agit de considérer le rapport de la puissance crête du panneau à la puissance qu’il reçoit du soleil, qui elle-même correspond au produit de la surface du panneau par la valeur de l’irradiation en W/m2. En général il s’agit d’une valeur faible car les panneaux solaires les plus efficients ne transforment qu’autour du cinquième de l’énergie qu’ils reçoivent du soleil. En marge de ce facteur limitatif des panneaux solaires, il est essentiel de comprendre que les panneaux sont aussi vus comme des générateurs solaires.
A ce titre, ils sont aussi le siège d’une certaine perte d’énergie. Dans les STC (conditions standards de test), l’énergie générée par un panneau solaire est estimée comme le produit de sa puissance crête par la durée de l’exposition du panneau à la lumière. Mais les STC sont des conditions de laboratoire qui ne correspondent pas à la réalité pratique dans laquelle fonctionnent les modules solaires et la connaissance des facteurs de pertes d’énergie et de comment les minimiser est essentielle pour s’assurer que le générateur solaire produit l’énergie qu’il faut pour qu’une pompe solaire produise la quantité d’eau attendue (si l’application se rapporte au pompage d’eau) ou pour charger des batteries de stockage ou alimenter un réseau, dans le cas de l’électrification. La durée d’exposition est donc ramenée à la durée équivalente en PSH et un facteur de rendement est pris en compte pour intégrer les pertes possibles. Le rendement représente le rapport entre l’énergie générée et l’énergie théorique si les modules convertissaient l’irradiation reçue en énergie utile selon leur puissance crête.
Pour tout système photovoltaïque, l’énergie générée ou l’énergie disponible pour la consommation (par exemple pour alimenter une pompe) est donnée par la formule :
E(générée) = Pcrête x PSH X rendement
La puissance crête du système photovoltaïque, correspondant à la somme des puissances crêtes des différents panneaux constitutifs du système est généralement en watts. Le PSH est en heures et le rendement sans dimension (sans unité). L’énergie générée sera donc trouvée en watts-heures et peut être convertie en kilowatts-heures au besoin. Le nombre de panneaux dépendra ainsi du besoin total en énergie pour l’application considérée. Les pertes sont dues à des facteurs souvent difficiles à éviter.
D’abord l’exposition des panneaux les soumet à des facteurs tels que la température du panneau dont toute hausse au-dessus de 25oC implique une tension encore inférieure à sa tension nominale, les baisses intempestives de l’irradiation solaire qui impliquent une valeur du courant aussi inferieure à la valeur nominale. D’autres inconvénients liés à l’exposition des panneaux sont la poussière et les impuretés. D’autres facteurs incluent les chutes de tensions dans les câbles, le circuit de conversion, l’ombrage, l’inclinaison et l’orientation des panneaux, l’incidence des rayons solaires, la qualité des modules, le montage, etc.
Il est toutefois possible de réduire les pertes dues à la température en installant par exemple le champ solaire dans un espace dégagé avec un bon niveau de ventilation, en espaçant les panneaux de 15 à 20 mm pour permettre la circulation d’air et limiter la hausse de leur température. Pour des panneaux montés sur des toits, un espacement d’au moins 10 cm entre le toit et les panneaux permettra une bonne circulation d’air et réduit l’échauffement des panneaux. Quant aux pertes dues au câblage, il est possible de les réduire en assurant que les câbles qui portent les courants les plus élevés sont les plus courts possibles. On peut assurer cela en plaçant les modules le plus proche possible de la pompe solaire. Dans le cas d’une pompe AC, il est important de réduire la longueur des câbles de part et d’autre du convertisseur, c’est-à-dire dans la partie DC (des modules PV au convertisseur) et dans la partie AC (du convertisseur à la pompe), surtout qu’a priori il est difficile de prévoir de quel côté la réduction sera la plus avantageuse pour minimiser les pertes d’énergie.
Les pertes dues à l’exposition des panneaux, notament celles liées à la poussière, aux impuretés souvent en lien avec les secrétions des oiseaux peuvent être minimisées en assurant que les panneaux sont nettoyés et même lavés régulièrement (avec de l’eau et un torchon, sans savon). Le nettoyage ou lavage des panneaux peut se faire une fois par mois ou même plusieurs fois par semaine, selon la prévalence de la poussière dans la localité, car ce facteur peut significativement affecter la productivité des panneaux et même dans certaines conditions la réduire à zéro. Une bonne inclinaison des panneaux à la latitude du lieu si celle-ci dépasse 15 degrés, et à 15 degrés lorsqu’elle est inférieure ou égale à 15 degrés donne aux panneaux la possibilité d’être lavés tout naturellement quand il pleut.
La qualité est sans doute un autre déterminant qui joue en faveur de la minimisation des pertes d’énergie générée par les panneaux solaires. Avec la pléthore des modules solaires sur les marchés, il est essentiel de s’assurer que les panneaux que l’on installe sont d’une qualité qui répond aux standards. L’élément clé qui doit attirer l’attention des usagers pour vérifier la qualité des modules est la certification. Les modules PV cristallins doivent être approuvés aux normes IEC/EN 61215 et 61730 pendant que les modules thin-film doivent être approuvés selon la norme IEC/EN 61646 ou toutes les catégories selon la norme UL 1703. D’autres exigences spécifiques à la zone d’utilisation peuvent aussi se poser pour les modules solaires. Par exemple, les modules destinés aux régions côtières doivent être certifiés à IEC/EN 61701 qui est un indicateur que le module peut supporter les conditions des installations côtières. La norme IEC/EN 61215 quant à elle implique un examen des paramètres responsables de la vieillesse des modules et décrit plusieurs tests de qualification auxquels le panneau a été soumis.
Asmane Saadou, Ingénieur en Electricité, Expert en Energie Solaire
Niger Inter Hebdo N°74 du 9 Aout 2022