Orientation des panneaux solaires

Dans ce tutoriel, nous allons discuter de l’orientation et du positionnement des panneaux solaires. L’énergie solaire photovoltaïque offre de nombreux avantages dans la production d’électricité. Elle n’a aucun coût de combustible, une offre illimitée et ne pose aucun problème environnemental tel que le transport, le stockage ou la pollution. L’énergie solaire est disponible partout, même sur la lune.

Les panneaux solaires doivent-ils avoir une exposition directe au soleil ? Oui, si nous voulons tirer le meilleur parti de notre système photovoltaïque récemment installé, car il n’est pas judicieux de les installer dans des endroits sombres ou ombragés.

L’orientation des panneaux solaires aligne un panneau ou une série de panneaux directement vers l’énergie rayonnante du soleil. En effet, plus la surface exposée à la lumière directe du soleil est grande, plus la production du panneau photovoltaïque sera élevée. Cependant, voici le problème.

Bien que le panneau solaire photovoltaïque soit parfaitement aligné pour recevoir l’énergie du soleil, c’est un objet statique fixé à un toit ou monté sur un cadre. En ce qui concerne un panneau solaire, le soleil n’est pas en position statique et change constamment sa position dans le ciel par rapport à la terre, du matin jusqu’à la nuit, rendant l’orientation correcte du panneau solaire difficile.

Le défi pour maximiser les bénéfices de la collecte de l’énergie solaire est de s’assurer qu’un panneau solaire photovoltaïque ou un ensemble complet de panneaux photovoltaïques soit correctement orienté et positionné par rapport à la lumière directe du soleil tout au long de la journée. En plus de l’«orientation du panneau solaire», le nombre d’heures d’ensoleillement par jour ainsi que l’intensité ou la luminosité de la lumière solaire sont également importants.

Par exemple, lorsque le soleil est plus bas dans le ciel pendant les mois d’hiver, l’orientation du panneau solaire doit être plus verticale car les radiations solaires traversent plus d’atmosphère pour atteindre le panneau solaire et donc leur intensité est réduite par l’effet de diffusion et d’absorption de l’atmosphère et des nuages. Pendant les mois d’été, lorsque le soleil est plus haut dans le ciel, les radiations solaires sont plus directs et donc plus fortes car elles ont moins de distance à parcourir à travers l’atmosphère terrestre, rendant l’orientation du panneau solaire plus horizontale.

Azimut et Orientation Zenith des Panneaux Solaires

Les modules et panneaux photovoltaïques fonctionnent mieux lorsque leur surface absorbe la lumière perpendiculairement aux rayons entrants du soleil. La position du soleil dans le ciel peut être représentée en utilisant deux angles : azimut et zenith, et l’angle d’orientation du panneau solaire dépend de ces deux valeurs.

Orientation des Panneaux Solaires – Orientation Azimut

Azimut – Il s’agit de l’angle de compas du soleil alors qu’il se déplace à travers le ciel d’est en ouest tout au long de la journée. En général, l’azimut est calculé comme un angle depuis le sud véritable.

Au midi solaire, qui est défini comme un angle azimut de zéro degrés, donc Azimut = 0^o, le soleil sera directement au sud dans l’hémisphère nord et directement au nord dans l’hémisphère sud.

Les angles azimut solaires à l’est du sud véritable sont de nature négative, l’est véritable ayant un angle azimut de -90^o. Les angles azimut solaires à l’ouest du sud véritable sont de nature positive, l’ouest véritable ayant un angle azimut de +90^o. En général, cependant, l’angle azimut requis pour une orientation correcte du panneau solaire varie en fonction de la latitude et de la période de l’année.

Orientation des Panneaux Solaires – Orientation Zenith

Zenith – C’est l’angle du soleil vu depuis le niveau du sol ou l’horizon. L’angle zenith du soleil varie tout au long de la journée sous la forme d’un arc, le soleil atteignant son élévation maximale (également appelée altitude solaire) autour de midi. L’élévation du soleil est définie comme 0^o au lever et au coucher du soleil, et 90^o à midi lorsque le soleil est directement au-dessus.

Cependant, l’élévation du soleil à midi est différente entre le solstice d’été et le solstice d’hiver, représentant les jours les plus longs et les plus courts de l’année, alors que le chemin du soleil forme un arc à travers le ciel représentant soit le printemps soit l’automne.

L’élévation et l’azimut solaires au cours d’une année complète peuvent être représentés sur un graphique solaire. Un graphique solaire vous permet de localiser la position du soleil à tout moment de la journée, pendant n’importe quel mois et pour n’importe quel emplacement, facilitant ainsi l’orientation des panneaux solaires. Des graphiques solaires préfabriqués ou des diagrammes de chemin du soleil peuvent être achetés, téléchargés sur Internet ou construits à l’aide de papier millimétré pour n’importe quel emplacement sur la surface terrestre en utilisant le même principe qu’un cadran solaire dans le jardin.

Sur un graphique solaire, l’échelle zenith est généralement représentée par une série de cercles concentriques s’étendant verticalement de gauche à droite, tandis que l’échelle azimut est placée autour du périmètre du graphique. L’angle azimut se lit en traçant une droite depuis le centre du graphique jusqu’à l’intersection des heures et des lignes de date requises et en notant où elle coupe le périmètre du graphique. Différents graphiques sont nécessaires pour différents emplacements.

En Europe du Nord, à une latitude d’environ 50^o Nord (Londres), le chemin du soleil a une largeur de 262^o au solstice d’été et l’azimut solaire maximum (élévation) est de 62^o. Au solstice d’hiver, le chemin du soleil n’a qu’une largeur de 104^o, avec l’azimut solaire maximum réduisant à environ 15^o. De même, en Europe du Sud, à une latitude de 40^o Nord (Espagne), le chemin du soleil a une largeur de 245^o au solstice d’été et l’azimut solaire maximum est de 72^o. Au solstice d’hiver, le chemin du soleil est de 120^o de large et l’azimut solaire maximum est de 25^o. (Données gracieusement fournies par : Timeanddate.com).

Orientation et Inclinaison des Panneaux Solaires

Nous pouvons constater qu’en plus de se déplacer à travers le ciel (azimut solaire), le soleil se déplace également vers le haut et vers le bas (zenith solaire) tout au long de l’année, rendant difficile de fournir une orientation fixe pour les panneaux solaires. Ainsi, pour une conversion maximale de la lumière solaire en électricité solaire, les panneaux solaires doivent être montés à un angle pour pointer directement vers le soleil.

Selon la façon dont le panneau est monté, il peut être maintenu à un angle permanent ou ajusté tout au long de l’année afin de tirer le meilleur parti de l’énergie solaire. L’ajustement d’un système photovoltaïque monté de manière statique peut entraîner une production d’énergie supplémentaire de 10 % à 40 % par an, ce qui fait une différence considérable dans le temps de charge des batteries.

Orientation des Panneaux Solaires

Orientation des Panneaux Solaires fait référence à notre paramètre azimut. La plupart de l’énergie provenant du soleil arrive en ligne droite. Un panneau solaire ou une installation photovoltaïque capturera plus d’énergie s’il est orienté directement vers le soleil, perpendiculaire à la ligne droite entre la position d’installation des panneaux et le soleil.

Il est donc nécessaire d’orienter le panneau solaire vers l’équateur terrestre (soit en faisant face au sud dans l’hémisphère nord, soit au nord dans l’hémisphère sud) de manière à ce qu’au cours de la journée, son orientation permette au panneau de capter le plus possible de rayonnement solaire.

Il existe différentes manières d’atteindre l’orientation de panneau solaire requise. Nous pourrions simplement orienter le panneau photovoltaïque ou l’ensemble de panneaux vers le sud ou le nord en utilisant une boussole, trouver l’angle central entre les réglages azimutaux d’été et d’hiver ou positionner plus précisément les panneaux par rapport au midi solaire central.

Le midi solaire fait référence à la position la plus haute du soleil dans le ciel pendant son arc d’est en ouest. Le midi solaire est différent de 12 heures ou du milieu de la journée en tant que mesure temporelle. En général, le midi solaire se produit entre 12 heures et 14 heures, en fonction de l’emplacement.

Il est très important lors du positionnement et de l’alignement d’un panneau ou d’un ensemble de panneaux solaires qu’aucune partie d’un panneau solaire ou d’un ensemble de panneaux ne soit jamais ombragée par le soleil, car nous avons besoin de 100 % de rayonnement solaire sur le panneau. Vérifiez que les éléments entourant le panneau ou l’ensemble (arbres, bâtiments, murs, autres panneaux, etc.) ne projettent pas d’ombre sur les panneaux à tout moment de la journée ou de l’année.

Inclinaison des Panneaux Solaires

Inclinaison des Panneaux Solaires fait référence à notre paramètre zenith ou d’élévation. Une fois que la meilleure position azimutale est trouvée, le prochain paramètre clé pour produire le plus d’électricité solaire est l’élévation du panneau photovoltaïque. Nous avons vu dans notre exemple de données ci-dessus pour Londres que la hauteur maximale que le soleil atteint chaque jour varie, l’angle maximal du soleil au jour du solstice d’été étant d’environ 62^o et l’angle minimal pour le solstice d’hiver d’environ 15^o.

Pour une installation solaire fixe, il est préférable que les panneaux photovoltaïques soient installés avec un angle d’inclinaison central représentant l’équinoxe de printemps ou d’automne, et dans notre exemple de données ci-dessus, cela serait d’environ 38 degrés (38^o).

Cependant, cette orientation d’inclinaison n’est pas aussi critique en ce qui concerne l’orientation des panneaux solaires, même à un angle d’inclinaison de près de 45 degrés (45^o) par rapport aux rayons solaires, ils recevront toujours plus de 75 % d’énergie par unité de surface que s’ils étaient alignés de manière optimale.

Il en résulte qu’un désalignement allant jusqu’à 15^o, positif ou négatif, a très peu d’impact sur la production d’un panneau photovoltaïque. Idéalement, les panneaux solaires devraient être placés là où ils recevront le plus de lumière solaire possible, moyenné sur la journée et sur l’année.

L’orientation et l’inclinaison d’un panneau ou d’un ensemble photovoltaïque fixe peuvent également être optimisées pour un mois particulier ou une saison de l’année. Par exemple, un système solaire pourrait être conçu pour produire un maximum de puissance en hiver afin de réduire les coûts d’électricité de pointe ; par conséquent, le système devrait être installé de manière à ce que l’orientation et l’inclinaison optimales du panneau solaire se produisent pour la production maximale d’énergie en hiver.

L’un des systèmes solaires fixes les plus populaires consiste à monter un panneau photovoltaïque ou un ensemble de panneaux photovoltaïques directement sur un toit à forte pente orienté vers le sud (ou le nord), ce qui permet peu d’ajustements de l’orientation et de l’inclinaison des panneaux solaires, bien que la plupart des supports et cadres de montage permettent quelques petits ajustements. Maximiser la production d’énergie d’un système solaire domestique est souhaitable afin d’augmenter l’efficacité des panneaux solaires et de réduire le temps de retour sur investissement.

Cependant, pour maximiser la production d’énergie des panneaux solaires, il est nécessaire de garder les panneaux parfaitement alignés avec le soleil. Ainsi, un moyen de suivre le soleil à travers le ciel est nécessaire, et un panneau photovoltaïque ou un ensemble photovoltaïque avec une capacité de suivi produira chaque année environ 25 à 30 % de plus que celui monté sur un toit dans une position fixe. De plus, le suivi solaire peut réduire le nombre de panneaux photovoltaïques nécessaires en augmentant l’efficacité de conversion.

Suiveur Solaire

Suivre la position du soleil afin d’exposer un panneau solaire à un maximum de rayonnement à tout moment est le but principal d’un système photovoltaïque de suivi solaire, offrant la meilleure orientation des panneaux solaires à tout moment de la journée.

Un système de suivi solaire peut suivre le mouvement du soleil à travers le ciel, du lever au coucher du soleil, créant une sortie de pouvoir optimal pendant une période plus longue et pouvant également s’adapter aux changements saisonniers de la direction du soleil.

L’agencement de suivi solaire idéal pour un panneau solaire serait un montage équatorial motorisé, similaire à ceux utilisés avec des télescopes sophistiqués ou des antennes paraboliques. Cela permettrait au panneau photovoltaïque de suivre le chemin de rotation du soleil toute la journée, chaque jour de l’année, donnant ainsi la meilleure orientation au panneau solaire et générant la puissance de sortie maximale possible.

Cependant, de tels grands systèmes de suivi motorisé sont impraticables pour la plupart des gens, et le coût serait prohibitif pour de grands panneaux ou des ensembles de panneaux multiples. De plus, les suiveurs solaires ne peuvent pas être utilisés sur une installation de toit car ils doivent être montés au sol et avoir suffisamment d’espace autour du panneau pour pouvoir pivoter. La meilleure option est un montage avec un seul roulement qui permet au panneau d’être orienté et incliné manuellement tout au long de la journée si nécessaire.

Les suiveurs solaires disponibles dans le commerce comprennent le suivi à un axe qui suit le soleil dans le ciel chaque jour à un angle d’inclinaison constant fixe. Cela augmente le rayonnement solaire reçu de 25 à 30 % par rapport à un système sans suivi.

Le suivi à double axe suit le soleil à travers le ciel chaque jour, mais ajuste également l’angle d’inclinaison de l’ensemble plus en hiver et moins en été pour localiser avec précision la position du soleil dans le ciel. Le suivi à double axe augmente le rayonnement solaire reçu de 33 à 38 % par rapport à un système sans suivi. Les emplacements plus ensoleillés bénéficient davantage d’un suivi à double axe.

Les Panneaux Solaires Photovoltaïques peuvent alors être utilisés comme panneaux uniques sur le toit ou les murs d’un bâtiment, pointant directement vers le sud ou le nord selon leur emplacement. Bien que ce type d’orientation de panneau solaire fonctionne correctement pour la plupart des applications domestiques, afin d’augmenter l’efficacité et de réduire la période de retour sur investissement, le panneau photovoltaïque doit produire le maximum d’énergie solaire pendant le plus de temps possible durant les heures d’ensoleillement. Bien que cela ne soit pas bon marché ou viable pour de petites installations de panneaux photovoltaïques, les suiveurs solaires peuvent être utilisés à cet effet, souvent avec le bénéfice d’une réduction dans le nombre de panneaux solaires photovoltaïques nécessaires.

Dans le prochain tutoriel sur « L’énergie solaire », nous examinerons comment connecter des panneaux solaires ensemble pour produire de plus grands ensembles solaires avec des tensions et des courants plus élevés, qui peuvent ensuite être utilisés pour construire un système solaire typique.