Mieux comprendre le dimensionnement d’une installation solaire

Depuis quelques décennies déjà, les énergies vertes ont gagné en popularité et sont de plus en plus sollicitées tant par les entreprises que par les particuliers.

Dans toute la gamme de types d’énergies renouvelables, l’énergie solaire est la plus accessible aux ménages et permet de réaliser des économies sur sa facture d’électricité non seulement en produisant soi-même sa propre énergie, mais en ayant la possibilité de revendre tout surplus d’énergie sur le réseau électrique national.

Les individus peuvent aussi, par ce geste, contribuer à un meilleur environnement en diminuant leur impact sur la consommation d’énergies en provenance de sources fossiles.

Vous contemplez certainement l’idée d’installer des panneaux photovoltaïques sur la toiture de votre maison. Vous avez fait vos recherches, observé les habitations équipées de panneaux solaires dans les environs et constaté que chaque installation a l’air différente.

Vous souhaitez comprendre le fonctionnement du système de panneaux photovoltaïques ? Vous voulez vous renseigner sur le nombre de panneaux requis, la production d’électricité générée, ou encore les critères d’ensoleillement ?

Vous souhaitez connaître la rentabilité de cette initiative et s’il vous est possible de bénéficier d’aides financières ? Avant de vous lancer, lisez notre article ! Vous y trouverez les informations nécessaires pour vous aider dans votre décision.

Les types de panneaux solaires

Avant toute chose, il est bon de faire le tour du marché pour identifier, analyser et comprendre les différents modèles de panneaux solaires disponibles. Cela guidera votre choix en fonction de vos besoins (par exemple, produire de l’électricité, produire de l’eau chaude, ou les deux, etc).

Les panneaux photovoltaïques n’échappent pas à l’innovation. On retrouve ainsi des versions de plus en plus performantes en termes de puissance et de rentabilité.

On estime que les panneaux solaires ont une durée de vie d’environ 30 à 40 ans. En fin de vie, la performance diminue de manière significative, et il devient inévitable de se tourner vers les équipements dernier cri.

Lorsque l’on renouvelle une installation vieillissante, il est recommandé de refaire le calcul pour l’estimation du nombre de panneaux solaires nécessaires. Les nouveaux modèles seront définitivement plus puissants et plus rentables que l’ancienne installation.

Il y a quatre grandes familles de panneaux solaires. Chaque type fonctionne de manière différente, et le choix pour l’un ou l’autre équipement dépend principalement des besoins de l’utilisateur.

• Les panneaux solaires thermiques : avec ce système, on chauffe un liquide caloporteur, pour alimenter un circuit de chauffage hydraulique, un système de production d’eau chaude pour les sanitaires, ou les deux en même temps.
• Les panneaux solaires photovoltaïques : ils ont pour but principal de générer de l’électricité afin de pourvoir à l’alimentation électrique.
• Les panneaux solaires aérovoltaïques : ils sont équipés de cellules photovoltaïques, ainsi que d’un système d’aération pour récupérer la chaleur qui se situe sous les panneaux, dans le but de chauffer l’intérieur de l’habitation. Ce type de panneaux solaires permet non seulement de produire de l’électricité, mais aussi de chauffer le logement.
• Les panneaux solaires hybrides : ces panneaux combinent la technologie thermique et photovoltaïque, pour générer à la fois de l’eau chaude et de l’électricité, ce qui favorise grandement l’autoconsommation.

Nous pouvons constater que chaque type de panneaux solaires a une application bien précise. Une centrale photovoltaïque est suffisante pour alimenter la maison en électricité uniquement.

Si vous souhaitez seulement chauffer l’eau sans générer d’électricité, les panneaux thermiques conviendront. Les panneaux aérovoltaïques seront nécessaires si vous souhaitez générer de l’électricité, du chauffage et de l’eau chaude.

Les technologies utilisées par les panneaux solaires

Les panneaux solaires utilisent diverses technologies pour optimiser le rendement des capteurs dont ils sont équipés. Il est fortement recommandé de se tourner vers un professionnel pour un conseil éclairé sur le type de technologie à choisir selon les besoins.

Les cellules solaires à fine couche

Elles ont été développées dans les années 60. Elles se composent de matériaux semi-conducteurs placés sur du verre, du métal ou du plastique. Le rendement de ces cellules se situe entre 7% à 13%. Les cellules sont flexibles et conviennent parfaitement aux toits plats ou ayant peu de pente.

Les matériaux utilisés peuvent être du tellurure de cadmium (CdTe), du silicium amorphe hydrogéné (a-Si H), du diséléniure de cuivre-indium-gallium (CIGS), ou de l’arséniure de gallium (GaAs) et des semi-conducteurs issus des colonnes III et IV du tableau de Mendeleïev.

A noter que certains de ces matériaux sont rares et nocifs pour la santé, ce qui explique pourquoi il n’y a pas eu d’importants investissements faits pour la recherche et pour le développement de ces panneaux, au contraire des cellules au silicium cristallin.

Les cellules au silicium cristallin

Ce sont les cellules les plus courantes sur le marché. Ce sont aussi les cellules dont la technologie est la plus longtemps en utilisation. Il est donc possible d’établir que la durée de vie de ces cellules est de 30 ans en moyenne, et que le rendement varie entre 12% et 20%.

Deux capteurs utilisent ce procédé : les panneaux monocristallins et les panneaux polycristallins.

• Les panneaux monocristallins contiennent des cellules avec un seul cristal de silicium, et sont utilisés pour maximiser le rendement dans les régions à faible taux d’ensoleillement.
• Les panneaux polycristallins sont équipés de cristaux de silicium de différentes tailles et sont utilisés dans les régions où l’ensoleillement est intense.

Les cellules organiques

Plusieurs recherches ont été entamées ces dernières années pour le développement de ces cellules.

Les semi-conducteurs utilisés sont généralement des cellules en polymères (notamment en perovskite, un minéral composé de titane et d’oxyde de calcium) et les cellules à colorants (reposant sur un procédé qui s’inspire de la photosynthèse végétale).

Les cellules organiques ont un faible coût, démontrent un rendement de l’ordre de 3% à 5%, et ont une durée de vie limitée.

Les cellules hybrides

Les cellules hybrides peuvent être à concentration ou multi-jonctions. Elles permettent de réaliser des modules innovants.

Ces cellules réunissent le meilleur de la technologie actuelle du marché, notamment en termes de rendement (près de 29% pour les plus performantes), de coût, et de solidité.

L’emplacement des panneaux solaires

Dans le cadre d’une utilisation domestique, les panneaux solaires sont placés sur le toit de l’habitation. On peut également les placer sur la toiture du garage ou de toute autre dépendance faisant partie de l’habitation.

Pour des raisons de sécurité, les panneaux ne sont pas placés au sol, contrairement aux fermes qui sont dédiées à la production industrielle. En effet, il serait extrêmement dangereux de placer des capteurs solaires à même le sol, car la température peut atteindre jusqu’à 80°C en journée.

On peut également trouver du vitrage photovoltaïque et thermique, installés au niveau des fenêtres, et qui servent à capter l’énergie du soleil, laisser passer la lumière et limiter la chaleur pénétrant dans le bâtiment.

Ces vitrages conviennent particulièrement aux immeubles en hauteur et dont les surfaces vitrées peuvent potentiellement être utilisées à ces fins. Cependant, dans les habitations, ces vitrages ne sont pas aussi rentables que les panneaux solaires placés sur les toits.

Il est important de noter qu’il y a toute une série de réglementations et de certifications qui entourent l’installation de panneaux solaires, pour que celle-ci soit entièrement sécurisée.

Par ailleurs, des règles d’urbanisme spécifiques peuvent exister selon les communes. Il faut impérativement se rapprocher de la mairie lors de l’élaboration du projet d’installation de panneaux solaires, pour se renseigner s’il est requis de faire une déclaration initiale ou d’obtenir un permis de construire.

Le nombre de panneaux solaires pour alimenter un logement

Une des premières questions à se poser avant de se lancer dans le projet d’installation de panneaux photovoltaïques, est de savoir combien de panneaux il est possible d’installer sur le toit existant. La taille des équipements sera limitée par l’espace disponible sur la toiture.

Chaque projet d’installation est unique, selon la taille de l’habitation, le design de la toiture, le degré d’ensoleillement, les habitudes des occupants de la maison, et la consommation électrique du foyer.

La surface et la consommation annuelle d’énergie

On peut cependant se fier à quelques règles générales pour calculer le nombre de panneaux photovoltaïques requis. Dans un premier temps, on se base fréquemment sur la consommation annuelle électrique du foyer.

On peut trouver cette information sur la facture d’électricité (en kWh), ou on peut l’estimer via une simulation en ligne gratuite. La consommation en électricité d’un foyer dépend de divers facteurs tels que la surface de l’habitation, le nombre de personnes dans le foyer, l’isolation, la quantité et la qualité de l’électroménager dans le ménage.

Si ces détails ne sont pas disponibles au moment de l’élaboration du projet de panneaux photovoltaïques, on peut néanmoins estimer une consommation annuelle basée sur la superficie de la maison :

• Entre 30m² et 50m² : de 5 500 kWh à 9 000 kWh approximativement
• Entre 75m² et 100m² : entre 12 500 kWh et 15 500 kWh environ
• Pour 120m² : environ 18 500 kWh

Il est toutefois important de préciser que ces chiffres diffèrent selon les habitudes de consommation ou selon la performance énergétique du logement.

Lorsque l’on connaît la consommation annuelle, on peut estimer le nombre de panneaux solaires nécessaire en suivant le guide ci-dessous :

• Pour une surface de logement de moins de 70m² et une consommation annuelle de moins de 11 000 kWh, on peut compter entre 8 et 12 panneaux photovoltaïques
• Pour une surface de logement entre 70m² et 110m² et une consommation annuelle comprise entre 11 000 kWh et 17 000 kWh, il faudra entre 16 et 20 panneaux photovoltaïques
• Pour les surfaces de plus de 110m² et une consommation annuelle de plus de 17 000 kWh, il faudra entre 25 et 30 panneaux photovoltaïques

Il faut également compter sur la puissance de chaque module, qui détermine la quantité d’électricité qui peut être produite par chaque panneau. Les modules ont une puissance comprise entre 250 et 350 Wc, ou entre 0,25 et 0,35 kilowatt-crête (kWc).

Le nombre de panneaux solaires causera une variation dans la puissance totale de l’installation photovoltaïque.

Les installations photovoltaïques pour particuliers ont une puissance de 1 à 9 kWc et sont catégorisées comme suit :

• Les installations de 3 kWc : de 8 à 12 panneaux solaires
• Les installations de 6 kWc : de 16 à 20 panneaux solaires
• Les installations de 9 kWc : de 25 à 30 panneaux solaires

A noter que la plupart des installations photovoltaïques domestiques sont limitées à 9 kWc pour des raisons d’espace, de coûts et de rentabilité. Ceci dit, les consommateurs qui n’ont pas ce genre de contraintes peuvent faire poser une installation de plus de 9 kWc.

Nous précisons encore une fois que ces informations ne visent qu’à donner une idée du nombre de panneaux qu’il est peut-être nécessaire pour le projet. Nous recommandons vivement de faire appel à des professionnels pour obtenir les informations adaptées au projet du consommateur.

L’orientation et l’inclinaison du toit

Concernant la toiture, d’autres paramètres sont à considérer, tels que :

• L’orientation du toit (une exposition sud-est bien plus intéressante qu’une exposition nord, nord-est et nord-ouest),
• L’inclinaison du toit (l’énergie solaire est plus concentrée quand les panneaux sont inclinés à 30° ou 40°),
• Les zones d’ombres (il ne faut pas tenir compte des espaces non exposées au soleil durant la journée),
• Les éléments du toit faisant obstacle (par exemple une cheminée, une lucarne),
• Les éléments avoisinants affectant l’exposition du toit (les immeubles ou les arbres aux alentours).
• Il faut aussi laisser un espace de 20 cm minimum libre en bordure.

La solidité de la charpente

La solidité de la charpente est un autre élément important. Les panneaux, lorsqu’ils sont placés en nombre, peuvent peser lourds sur le toit (chaque panneau peut peser entre 12 kg et 18 kg).
Sollicitez l’avis d’un professionnel si votre charpente est vieillissante ou abîmée (par exemple, rongée par les insectes) pour vous assurer que le toit pourra soutenir l’installation.

Si toutefois la charpente n’est pas assez robuste, vous pouvez utiliser d’autres dispositifs tels que les panneaux sur un carport ou encore la pergola solaire. Les tuiles photovoltaïques sont une autre solution possible.

Des facteurs plus généraux

D’autres facteurs doivent également être pris en compte pour calculer le nombre de panneaux solaires : la zone géographique du logement, le budget du projet, et la finalité de l’électricité produite.

Sur ce dernier point, les consommateurs qui installent des panneaux photovoltaïques ont trois options pour décider quoi faire de l’électricité produite :

• Ils peuvent se limiter à l’autoconsommation (l’installation n’est pas raccordée au réseau de distribution électrique et l’électricité générée en surplus est perdus),
• Ils peuvent consommer l’électricité produite et revendre le surplus d’électricité à EDF Obligation d’Achat (OA),
• Ils peuvent choisir de revendre toute l’électricité produite par leur installation photovoltaïque.

Le nombre de panneaux solaires pour l’autoconsommation

Les maisons autonomes prennent de l’ampleur depuis quelques années. Elles ont pour but de rendre le propriétaire indépendant de tout approvisionnement extérieur en eau, gaz, électricité.

Ces maisons fonctionnent grâce à l’environnement qui les entoure. Les panneaux photovoltaïques sont une solution économique pour faire fonctionner les maisons autonomes.

Les panneaux solaires sont connectés à une batterie qui va stocker l’énergie produite. Dans ce cas, il faudra surdimensionner l’installation.

Pour déterminer le nombre de panneaux requis pour une maison autonome, il faut tout d’abord calculer avec précision la quantité d’électricité qui sera utilisée dans le logement, pour chaque saison.

Il faut ensuite estimer la quantité d’électricité nécessaire pour chaque saison pour que la maison autonome fonctionne. Il est important de prendre en compte les pertes liées à l’intermittence du soleil et aux aléas du climat (les longues périodes de froid, par exemple) afin de trouver la puissance (en kWc) qui va produire l’électricité requise pour le fonctionnement de la maison, pour chaque saison.

Ensuite, il faut tenir compte du type de panneau photovoltaïque envisagé (la marque et le modèle, ainsi que les capteurs monocristallins ou polycristallins) et diviser la puissance totale nécessaire par la puissance du panneau, afin d’obtenir le nombre de panneaux.

A titre d’exemple, s’il faut 9 kWc et que chaque panneau a une puissance de 300 Wc, il faudra installer 30 modules photovoltaïques.

Ces calculs sont faits pour la saison hivernale, durant laquelle les besoins en électricité sont croissants et la production des panneaux est en baisse. Cela veut dire qu’en été, il y aura des pertes importantes car la production d’électricité sera plus importante que les besoins du foyer.

Il existe des kits photovoltaïques qui peuvent être installés au sol. Cependant, ces panneaux ne peuvent pas être raccordés au réseau. Leur production est donc totalement consommée par le foyer, stockée dans une batterie ou perdue.

Les kits photovoltaïques peuvent être utilisés en complément d’un raccordement au réseau électrique pour certaines alimentations spécifiques, par exemple : recharger une voiture électrique, alimenter la pompe d’une piscine, alimenter la pompe d’un puits. Pour ce type d’alimentation, il n’est pas conseillé de recourir à l’autoconsommation totale.

Le nombre de panneaux solaires pour l’autoconsommation avec revente de surplus

Les foyers peuvent choisir de bénéficier d’une partie de leur production d’électricité et de revendre la part d’électricité produite qui n’est pas utilisée. Il est important de noter que les aides financières attribuées pour l’installation des panneaux solaires sont différentes selon la puissance des panneaux.

Avoir recours à la revente de surplus d’électricité solaire permet de rentabiliser rapidement l’installation de panneaux photovoltaïques. Il est conseillé aux foyers de se baser uniquement sur leurs besoins en électricité pour déterminer la puissance et la quantité de panneaux solaires à installer.

Le nombre de panneaux solaires pour la revente totale

Les pouvoirs publics ont, pendant longtemps, privilégié l’installation de panneaux photovoltaïques uniquement pour la revente totale d’électricité solaire sur le réseau national.

En effet, le tarif d’achat du photovoltaïque était bien plus attractif pour les propriétaires pour la revente totale que pour l’autoconsommation avec injection de surplus. Cependant, cette tendance s’est aujourd’hui inversée.

L’Etat a mis en place la prime à l’autoconsommation, une aide dont ne peuvent bénéficier les ménages qui souhaitent ne faire que de la revente totale. Le nombre de panneaux solaires à installer n’est pas décisif dans les cas de production d’énergie solaire pour la revente totale. Les foyers se basent uniquement sur la surface du toit et le budget défini.

Quel budget pour l’installation de panneaux solaires ?

L’installation de panneaux solaires demande un certain budget. Ceci est par ailleurs un critère limitatif dans le nombre de panneaux pouvant être installés. Bien que la rentabilité d’une installation de panneaux solaires soit en principe bonne, force est de constater que tous les foyers n’ont pas à leur disposition l’épargne suffisante pour investir dans des équipements de forte puissance.

Le budget disponible va donc bien souvent déterminer le nombre de panneaux qui seront installés. Voici quelques exemples de tarifs pratiqués en 2023, incluant matériel et main d’œuvre :

• Pour une installation de 3 kWc comprenant entre 8 et 12 panneaux, la fourchette de prix se situe entre 7 500 euros et 14 000 euros
• Pour une installation de 6 kWc comprenant entre 16 et 20 panneaux, le prix varie entre 12 500 euros et 19 500 euros
• Pour une installation de 9 kWc de 25 à 30 panneaux, il faut compter entre 17 500 euros et 24 500 euros

Ces prix varient d’une entreprise à l’autre. Il est essentiel de demander plusieurs devis afin de pouvoir comparer les tarifs et les prestations offertes et faire un choix avisé et avantageux.

Les aides financières pour l’installation de panneaux solaires

Plusieurs aides financières sont proposées par les pouvoirs publics pour soutenir les ménages dans leur décision d’investissement dans les énergies renouvelables.

Pour la pose de panneaux photovoltaïques, il est possible de compter sur :

• Le tarif subventionné d’achat d’équipements photovoltaïques par EDF OA
• La TVA à un taux réduit
• L’exonération d’impôt sur le revenu obtenu de la vente d’électricité solaire (il faut cependant respecter trois conditions: être raccordé au réseau public, avoir une installation de moins de 3 kWc et ne pas utiliser l’électricité générée pour une activité professionnelle)

La prime à l’investissement, aussi connue comme prime à l’autoconsommation, est l’une des aides phares des pouvoirs publics. Cette aide a pour but d’encourager les ménages à utiliser l’énergie produite par leur installation de panneaux solaires plutôt que de ne faire que de la revente pure.

Le montant de la prime est variable par trimestre, il faut se référer à l’annexe 1 de l’arrêté du 9 mai 2017. Le montant de la prime dépend aussi de la puissance de l’installation. Il est possible de faire une demande pour cette prime au moment de raccorder son installation au réseau.

Cependant, il faut respecter les conditions suivantes : l’installation doit être posée par un professionnel certifié RGE, les équipements doivent être installés soit sur une toiture plate, soit de manière parallèle à la toiture, et l’installation doit fonctionner sur le modèle d’autoconsommation avec vente de surplus (et non sur le modèle de revente totale).

Le prix de vente est par ailleurs fixé, soit 0,10 euros par kWh.

Les foyers modestes peuvent également percevoir une subvention de l’Agence nationale de l’habitat (Anah) pour leur projet d’installation de panneaux solaires. Les ménages peuvent aussi se tourner vers leur commune, le département ou la région pour d’éventuelles aides supplémentaires.

Attention ! Certains individus malveillants démarchent, depuis un certain temps, les foyers dans le cadre de l’installation de panneaux solaires.

Ces individus procèdent par téléphone ou se déplacent en personne au domicile des propriétaires, et promettent des retours sur investissement irréalistes, ou des équipements gratuits, ou même de faire participer les propriétaires à des études spéciales.

Faites bien attention à ces arnaques. Ne signez aucun document tant que vous n’êtes pas davantage renseigné (par exemple, si l’on vous propose un crédit d’impôt pour l’installation de panneaux photovoltaïques, sachez que celui-ci n’existe plus depuis 2014).

Donnez une préférence aux entreprises reconnues dans le domaine du photovoltaïque pour la réalisation de votre projet.

La location de toiture pour la production d’énergie solaire

Dans certaines régions, notamment dans le sud de la France, le rendement des panneaux solaires est très élevé, du fait du fort ensoleillement.

Cela permet de réduire la quantité de panneaux solaires nécessaires pour assurer la consommation en électricité du logement.

Si toutefois, il reste de la place disponible sur la toiture pour installer d’autres panneaux photovoltaïques, le propriétaire du logement peut louer une partie de son toit pour installer d’autres panneaux solaires dont l’électricité produite est destinée à un locataire.

Le locataire signe un bail avec le propriétaire des lieux, et prend à sa charge les travaux pour l’installation des panneaux, de même que le nettoyage des cellules photovoltaïques et l’entretien des équipements.

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