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Effet de l'inclinaison des modules photovoltaïques
L'inclinaison correspond à la pente du module par rapport à l'horizontale. Elle se mesure en ° :
Dans cette partie du cours, nous présenterons les différentes possibilités de connecter les modules photovoltaïques. Le plan du cours est le suivant :
Pour produire un maximum d'électricité, un module photovoltaïque doit être incliné de façon perpendiculaire aux rayons du soleil. Ceci est très généralement impossible à obtenir car la position du soleil varie en fonction de l'heure de la journée et aussi en fonction des saisons.
Il est possible de concevoir des systèmes capables de suivre la trajectoire du soleil. Des modules photovoltaïques sont installés en haut d’un mât rotatif et suivent la trajectoire du soleil afin d’emmagasiner le maximum d’énergie. Ils sont généralement installés au sol.
Sur toiture, l'inclinaison du module est imposée par la pente de la toiture :
Comme écrit précédemment, un module photovoltaïque produit un maximum d'électricité lorsque le rayonnement incident est perpendiculaire à la surface du panneau. Or la position du soleil varie en fonction de la journée et des saisons. Seul un système de suivi de la trajectoire du soleil permet de maximiser le production du module.
Sur toiture, le module reste fixe avec une inclinaison et une orientation égales à celles de la toiture.
Or, en hiver, lorsque le soleil est bas (le soleil est au plus bas le 21 décembre) par rapport à l'horizon, le module produira d'autant plus que son inclinaison est proche de 65 °. Au contraire, en été, lorsque le soleil est haut (le soleil est au plus haut le 21 juin) par rapport à l'horizon, le module produira d'autant plus que son inclinaison est proche de 20 °. Ces deux valeurs d'inclinaison sont valables en France.
Ainsi, un module photovoltaïque posé sur une toiture avec une inclinaison de 15 ° aura une production quasiment optimale pendant la période d'été et une production très faible pendant la période d'hiver. Ceci n'est pas si gênant car c'est en été que l'ensoleillement est maximale.
Les courbes suivantes donnent la production électrique mesurée, en kWh/m², d'une installation photovoltaïque situé près de Lyon, pendant une année, pour différentes valeurs de l'inclinaison des modules photovoltaïques :
Interprétation des courbes ci-dessus :
D'après le graphique précédent, il semble qu'une inclinaison des modules à 30° permette de produire, globalement sur une année, le maximum de kilowattheure électrique.
Des caluls d'optimisation montrent que l'inclinaison optimale permettant de produire un maximum d'électricité sur une année est exactement de 34°, ce qui cohérent avec la valeur expérimentale (30°) trouvée grâce aux courbes ciu-dessus.
ATTENTION : L'inclinaison optimale dépend de la latitude sur laquelle se situe l'installation photovoltaïque. La valeur optimale de 34° est valable pour des latitudes correspondants aux latitudes de la France.
Le tableau suivant donne l'inclinaison optimale des modules suivant les latitudes :
A la lecture de ce tableau, nous remarquons que plus nous nous rapprochons de l'équateur, plus l'inclinaison optimale baisse.
En tout cas, en France, l'inclinaison optimale est de 34 °, voire 35 ° au nord.
Le bilan de ce chapitre est qu'une installation photovoltaïque sur toiture produira d'autant plus que la pente du toit est proche de 34°. Un toit avec une pente de 17° ne permettra pas une production optimale de l'installation, mais elle sera suffisante tout-de-même.
- Une inclinaison de 0° signifie que le module est à plat.
- Une inclinaison de 90° signifie que le module est à la verticale.
Dans cette partie du cours, nous présenterons les différentes possibilités de connecter les modules photovoltaïques. Le plan du cours est le suivant :
EFFET DE L'INCLINAISON DES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES
- Inclinaison des modules photovoltaïques sur toiture
- Angle d'inclinaison optimale
- Conclusion sur l'inclinaison des modules photovoltaïques
Inclinaison des modules photovoltaïques sur toiture
Pour produire un maximum d'électricité, un module photovoltaïque doit être incliné de façon perpendiculaire aux rayons du soleil. Ceci est très généralement impossible à obtenir car la position du soleil varie en fonction de l'heure de la journée et aussi en fonction des saisons.
Il est possible de concevoir des systèmes capables de suivre la trajectoire du soleil. Des modules photovoltaïques sont installés en haut d’un mât rotatif et suivent la trajectoire du soleil afin d’emmagasiner le maximum d’énergie. Ils sont généralement installés au sol.
Sur toiture, l'inclinaison du module est imposée par la pente de la toiture :
Angle d'inclinaison optimale
Comme écrit précédemment, un module photovoltaïque produit un maximum d'électricité lorsque le rayonnement incident est perpendiculaire à la surface du panneau. Or la position du soleil varie en fonction de la journée et des saisons. Seul un système de suivi de la trajectoire du soleil permet de maximiser le production du module.
Sur toiture, le module reste fixe avec une inclinaison et une orientation égales à celles de la toiture.
Or, en hiver, lorsque le soleil est bas (le soleil est au plus bas le 21 décembre) par rapport à l'horizon, le module produira d'autant plus que son inclinaison est proche de 65 °. Au contraire, en été, lorsque le soleil est haut (le soleil est au plus haut le 21 juin) par rapport à l'horizon, le module produira d'autant plus que son inclinaison est proche de 20 °. Ces deux valeurs d'inclinaison sont valables en France.
Ainsi, un module photovoltaïque posé sur une toiture avec une inclinaison de 15 ° aura une production quasiment optimale pendant la période d'été et une production très faible pendant la période d'hiver. Ceci n'est pas si gênant car c'est en été que l'ensoleillement est maximale.
Les courbes suivantes donnent la production électrique mesurée, en kWh/m², d'une installation photovoltaïque situé près de Lyon, pendant une année, pour différentes valeurs de l'inclinaison des modules photovoltaïques :
Interprétation des courbes ci-dessus :
- Courbe bleue
La courbe bleue ci-dessus donnent la production, en kWh/m², de l'installation photovoltaïque pendant l'année lorsque les modules ont une inclinaison de 0°. Une inclinaison de 0° signifie que le module est posé à plat. Cela est possible par exemple sur un toit-terrasse. Le 21 décembre, la production est de 2 kWh/m² alors que le 21 juin, elle est de 8.2 kWh/m². En comparant la courbe rouge à la courbe bleue, on remarque donc qu'un module photovoltaïque incliné à 0° produit 4 fois plus en été qu'en hiver. - Courbe rouge
La courbe rouge donne la production, toujours en kWh/m², de l'installation photovoltaïque pendant l'année lorsque les modules ont une inclinaison de 30°. Cette fois-ci, l'installation photovoltaïque produit 4 kWh/m² le 21 décembre et 8 kWh/m² le 21 juin. Il est clair que l'installation produit beaucoup plus lorsque les modules sont inclinés à 30° que lorsqu'ils sont inclinés à 0°. La différence de production se ressent essentiellement en hiver. Durant cette période, un module incliné à 30° produit 2 fois plus qu'un module inclinés à 0°, d'après le graphe ci-dessus. - Courbe verte
La courbe verte donne la production, toujours en kWh/m², de l'installation photovoltaïque pendant l'année lorsque les modules ont une inclinaison de 60°. L'installation photovoltaïque produit 5 kWh/m² le 21 décembre et 6.2 kWh/m² le 21 juin. Contrairement aux deux courbes bleue et rouge, le maximum de production n'est pas le 21 juin mais durant les mois de mars et septembre. Nous avions indiqué précédemment qu'en été une installation photovoltaïque produirait d'autant plus en été que l'inclinaison des modules se rapprochait de 15 °. Or l'inclinaison correspondant à la courbe verte est de 60°. Plus on s'éloigne de l'inclinaison optimale d'été, moins l'installation produira en été. Cela explique pourquoi, la production est maximale durant les mois de mars et de septembre. Cette tendance va se confirmer avec la courbe violette. - Courbe violette
La courbe violette donne la production, toujours en kWh/m², de l'installation photovoltaïque pendant l'année lorsque les modules ont une inclinaison de 90°. Une inclinaison de 90° signifie que le module est posé à la verticale. L'installation photovoltaïque produit 4.8 kWh/m² le 21 décembre et 3.2 kWh/m² le 21 juin. Nous remarquons le même phénomène mis en évidence avec la courbe verte. L'inclinaison des modules est ici de 90°. Cette inclinaison induit une production très faible en été (l'inclinaison optimale d'été étant de 15°). Nous sommes dans le cas où la production électrique en hiver est supérieure à la production électrique en été. Cela est incohérent d'un point de vue de l'efficacité de l'installation, car c'est eté que les apports solaires sont les plus importants. C'est donc en été qu'il faut en profiter un maximum.
D'après le graphique précédent, il semble qu'une inclinaison des modules à 30° permette de produire, globalement sur une année, le maximum de kilowattheure électrique.
Des caluls d'optimisation montrent que l'inclinaison optimale permettant de produire un maximum d'électricité sur une année est exactement de 34°, ce qui cohérent avec la valeur expérimentale (30°) trouvée grâce aux courbes ciu-dessus.
L'inclinaison optimale des modules photovoltaïques en France est donc de 34 °. Cette inclinaison permet de produire le maximum d'électricité sur une année.
ATTENTION : L'inclinaison optimale dépend de la latitude sur laquelle se situe l'installation photovoltaïque. La valeur optimale de 34° est valable pour des latitudes correspondants aux latitudes de la France.
Le tableau suivant donne l'inclinaison optimale des modules suivant les latitudes :
| Latitude | Ville se situant à cette latitude | Inclinaison optimale des modules photovoltaïques(°) |
|---|---|---|
| 58 ° NORD | Stockholm (Finlande) | 39 ° |
| 53 ° NORD | Hambourg (Allemagne) | 36 ° |
| 49 ° NORD | Paris (France) | 35 ° |
| 45 ° NORD | Lyon (France) | 34 ° |
| 43 ° NORD | Marseille (France) | 34 ° |
| 38 ° NORD | Athènes (Grèce) | 31 ° |
A la lecture de ce tableau, nous remarquons que plus nous nous rapprochons de l'équateur, plus l'inclinaison optimale baisse.
En tout cas, en France, l'inclinaison optimale est de 34 °, voire 35 ° au nord.
Conclusion sur l'inclinaison des modules photovoltaïques
Le bilan de ce chapitre est qu'une installation photovoltaïque sur toiture produira d'autant plus que la pente du toit est proche de 34°. Un toit avec une pente de 17° ne permettra pas une production optimale de l'installation, mais elle sera suffisante tout-de-même.