Coûts et rentabilité
Les rendements des panneaux solaires varient selon de nombreux facteurs, mais en mettant tous les atouts de notre côté, nous verrons à quel point les panneaux solaires peuvent être rentables.
- Influence de l'angle d'incidence
- Influence de l'orientation
- Influence de l'angle d'inclinaison
- Récapitulatif
- Etude pour des panneaux solaires photovoltaïques
- Etude pour des panneaux solaires thermiques
Influence de l'angle d'incidence
L'angle d'incidence, c'est l'angle formé par les rayons du Soleil et le plan du panneau.
L'angle d'incidence joue un rôle majeur pour les rendements du panneau. Il est défini selon l'équation suivante :
avec R le rendement en %
et ß l'angle d'incidence en °
Ainsi, comme on pouvait s'en douter, le rendement est maximal lorsque les rayons arrivent perpendiculairement au panneau.
R = sin 90° × 100
R = 100 %
Alors que pour un angle de 45° par exemple, le rendement n'est que de 70%.
R = sin 45° × 100
R = 70 %
Voici donc le graphique représentatif du rendement en fonction de l'angle d'incidence :
En plaçant l'appareil orienté plein Sud, on remarque qu'à midi, le temps de pose est nettement inférieur à celui à 9h ou à 15h ou autres.
Cela montre bien que l'efficacité du silicium est plus grande lorsque les rayons arrivent perpendiculairement à lui.
L'angle d'incidence est directement lié à l'orientation et à l'angle d'inclinaison du panneau.
- Remarque : Pour se rapprocher du cours d'optique, on peut reprendre le raisonnement précédent en remplaçant le sin ß par un cos ø avec ø l'angle entre le rayon incident et la normale au panneau solaire.
Influence de l'orientation
Le Soleil se lève à l'Est et se couche à l'Ouest.
Et la France se situe dans l'hémisphère Nord à une latitude de 45° environ, le Soleil au zénith est donc vers le Sud.
Globalement, les rayons du Soleil viennent donc plus du Sud que des autres directions; d'autant plus qu'à midi, lorsque le Soleil est au zénith et donc plein Sud, le rayonnement est le plus intense.
La meilleur orientation pour un panneau solaire est donc vers le Sud.
Influence de l'angle d'inclinaison
L'angle d'inclinaison est l'angle formé par le plan du sol et le plan du panneau.
La France se trouve à une latitude 45° Nord, ainsi, l'angle d'inclinaison idéal est 45° Sud, le panneau se retrouvant donc perpendiculaire aux rayons du Soleil. Cependant, selon les saisons, l'inclinaison de la Terre varie. Pour garder une production d'énergie du panneau la plus régulière possible tout au long de l'année, on va garder l'angle de 45° Sud.
Le panneau sera donc incliné comme ci-dessous au cours de l'année.
On ne choisit cependant pas l'inclinaison de son toit :
Si le panneau est incliné d'un angle de moins de 45°, la production d'énergie sera importante en été mais faible en hiver.
Inversement, si le panneau est incliné d'un angle de plus de 45°, la production d'énergie sera importante en hiver mais faible en été.
schéma récapitulatif
Etude pour des panneaux solaires photovoltaïques
- L'installation de 1 m² de panneaux solaires photovoltaïques coûte environ 1000 € (coût du panneau + coût de la pose)
Cependant, 60 % du coût total peut être remboursé par des subventions de l'ADEME et des subventions régionales.
1000 - 60/100 × 1000 = 400 €Il faut donc compter 400 € pour avoir 1 m² de panneaux solaires photovoltaïques chez soi. - KiloWatt-heure (kWh) :unité d'énergie. Elle correspond à l'énergie consommée par un appareil de puissance 1000W pendant une heure.
1 kWh vaut 3.6 mJ (mégaJoules).En France, 1 m² de panneaux photovoltaïques correctement orientés produit en moyenne 100 kWh (kiloWatt-heure) par an.
- Soit on utilise directement l'énergie produite :
Etant donné que le prix du kWh acheté à EDF est 0.1058 € :100 × 0.1058 = 10.58 €Cela représente une économie de 10.58 € par an.
Cependant, pour cette méthode, il faut égalemment investir dans un moyen de stockage de l'énergie car l'énergie produite par les panneaux n'est pas forcement consommée instantanément par les besoins de la maison. Et les moyens de stockage d'énergie sont chers.- Soit on la revend à EDF :
EDF est d'accord de racheter l'énergie produite par nos panneaux solaires à 0.56 € le kWh si les panneaux sont intégrés au bâtiment (car ils jouent également un rôle isolant et protecteur pour le bâtiment), sinon 0.31 € le kWh. Disons que les panneaux solaires sont sur le toit (dans la plupart des cas):100 × 0.56 = 56 €Cela représente une économie de 56 € par an. Nous choisirons donc cette méthode car l'économie est supérieure, d'autant plus qu'il n'est pas nécessaire d'acheter des moyens de stockage d'énergie car EDF la prend instantanément. - La durée de vie d'un panneau solaire photovoltaïque est de 25 ans environ :
25 × 56 = 1400 €1 m² de panneaux solaires photovoltaïques nous fait économiser 1400 €, auquel on soustrait le coût d'installation1400 - 400 = 1000 €1 m² de panneaux solaires photovoltaïques nous fera donc gagner 1000 € nets en 25 ans.
- Cependant, pour une maison de taille moyenne, on peut mettre facilement 20 m² de panneaux solaires sur le toit.
20 × 1000 = 20 000 €L'installation de 20 m² de panneaux solaires, qui représenterait un investissement initial de 8000 €, nous rapporterait donc 20 000 € nets au bout de 25 ans.
Attention : Le 9 décembre 2010, un nouveau décret est passé, suspendant l'obligation de rachat de l'électricité solaire par EDF. Consulter les détails sur le site du gouvernement.
Etude pour des panneaux solaires thermiques
L'eau chaude sanitaire représente 20 % des dépenses énergétiques d'un foyer.
Pourquoi ne pas installer un panneau solaire thermique qui se chargerait de chauffer cette eau ?
Je ne vous apprendrai rien en vous disant que l'ensoleillement est plus important à Marseille qu'à Lille.
Explication : Prenons le cas d'une maison chauffée par l'eau chaude fournie par le panneau.
Et les besoins énergétiques sont de environ 20 000 kWh par an
20 000 - 30/100 × 20 000 = 6 000 kWh économisés
Cependant, les besoins énergétiques ne sont que de 10 000 kWh par an environ car il fait plus chaud
10 000 - 60/100 × 10 000 = 6 000 kWh également
Dans le cas d'un chauffe-eau solaire, jusqu'à 80% de l'énergie nécessaire à chauffer l'eau peut être fournie par les panneaux solaires thermiques. Seuls 20% sont pris en charge par la chaudière d'appoint et sont à payer; sans parler du geste environnemental que vous avez fait.