Puissance Nominale et Conditions de Test (STC)
Les performances d’un module photovoltaïque sont généralement mesurées en conditions d’essai standard (STC), définies par la norme IEC 60904-1 :
- Irradiance de 1000 W/m² (ensoleillement optimal)
- Température du module à 25°C
- Spectre lumineux normalisé (CEI 60904-3)
Les modules bifaciaux, qui captent la lumière sur les deux faces, peuvent améliorer la production grâce à la réflexion du sol (albédo). PVGIS ne modélise pas encore ces modules, mais une approche consiste à utiliser le BNPI (Bifacial Nameplate Irradiance), défini comme : P_BNPI = P_STC * (1 + φ * 0,135), où φ est le facteur de bifacialité.
Limites des modules bifaciaux : Inadaptés aux installations intégrées en bâtiment, où l’arrière du module est obstrué. Performances variables selon l’orientation (ex. axe Nord-Sud avec face Est-Ouest).
Estimation de la Puissance Réelle des Modules PV
Les conditions réelles de fonctionnement des panneaux PV diffèrent des conditions standard (STC), ce qui impacte la puissance de sortie. PVGIS.COM applique plusieurs corrections pour intégrer ces variables.
1. Réflexion et Angle d’Incidence de la Lumière
Lorsque la lumière atteint un module PV, une partie est réfléchie sans être convertie en électricité. Plus l’angle d’incidence est aigu, plus la perte est élevée.
- Impact sur la production : En moyenne, cet effet provoque une perte de 2 à 4 %, réduite pour les systèmes à suivi solaire.
2. Effet du Spectre Solaire sur l’Efficacité PV
Les panneaux solaires sont sensibles à certaines longueurs d’onde du spectre lumineux, qui varient selon la technologie PV :
- Silicium cristallin (c-Si) : Sensible aux infrarouges et visibles
- CdTe, CIGS, a-Si : Sensibilité différente, avec réponse réduite en infrarouge
Facteurs influençant le spectre : La lumière du matin et du soir est plus rouge.
Les jours nuageux augmentent la proportion de lumière bleue. L’effet spectre influence directement la puissance PV. PVGIS.COM utilise les données satellites pour ajuster ces variations et intègre ces corrections dans ses calculs.
Dépendance de la Puissance PV à l’Irradiance et à la Température
Température et Efficacité
L’efficacité des panneaux PV diminue avec la température du module, en fonction de la technologie :
À irradiance élevée (>1000 W/m²), la température module augmente : Perte d’efficacité
À faible irradiance (<400 W/m²), l’efficacité varie selon le type de cellule PV
Modélisation dans PVGIS.COM
PVGIS.COM ajuste la puissance PV en fonction de l’irradiance (G) et de la température du module (Tm) à l’aide d’un modèle mathématique (Huld et al., 2011) :
P = (G/1000) * A * eff(G, Tm)
Les coefficients spécifiques à chaque technologie PV (c-Si, CdTe, CIGS) sont dérivés de mesures expérimentales et appliqués aux simulations PVGIS.COM.
Modélisation de la Température des Modules PV
- Facteurs influençant la température module (Tm)
- Température de l’air ambiant (Ta)
- Irradiance solaire (G)
- Ventilation (W) – Un vent fort refroidit le module
-
Modèle de température dans PVGIS (Faiman, 2008) :
Tm = Ta + G / (U0 + U1W)
Les coefficients U0 et U1 varient selon le type d’installation :
| Technologie PV | Installation | UO (W/°C-m²) | U1 (W-s/°C-m³) |
|---|---|---|---|
| c-Si | Autoporté | 26,9 | 26,9 |
| c-Si | BIPV/BAPV | 20,0 | 20,0 |
| CIGS | Autoporté | 22,64 | 22,64 |
| CIGS | BIPV/BAPV | 20,0 | 20,0 |
| CdTe | Autoporté | 23,37 | 23,37 |
| CdTe | BIPV/BAPV | 20,0 | 20,0 |
Pertes du Système et Vieillissement des Modules PV
Tous les calculs précédents donnent la puissance au niveau des modules, mais d’autres pertes doivent être considérées :
- Pertes de conversion (onduleur)
- Pertes en câblage
- Différences de puissance entre les modules
- Vieillissement des panneaux PV
Selon l’étude Jordan & Kurtz (2013), les panneaux PV perdent en moyenne 0,5 % de puissance/an. Après 20 ans, leur puissance est réduite à 90 % de leur valeur initiale.
- PVGIS.COM recommande d’entrer une perte système la premiere année de 3 % pour tenir compte des dégradations système puis de 0,5% par an.
Autres Facteurs Non Pris en Compte dans PVGIS
Certains effets influencent la production PV mais ne sont pas inclus dans PVGIS :
- Neige sur les panneaux : Réduit drastiquement la production. Dépend de la fréquence et de la durée d’enneigement.
- Accumulation de poussière et saleté : Diminue la puissance PV, dépend du nettoyage et des précipitations.
- Ombres partielles : Fort impact si un module est ombragé. Cet effet doit être géré lors de l’installation PV.
Conclusion
Grâce aux avancées en modélisation photovoltaïque et aux données satellites, PVGIS.COM permet d’estimer avec précision la puissance de sortie des modules PV en tenant compte des effets environnementaux et technologiques.
Pourquoi utiliser PVGIS.COM ?
Modélisation avancée de l’irradiance et de la température des modules PV
Corrections basées sur les données climatiques et spectrales
Estimation fiable des pertes système et vieillissement des panneaux
Optimisation de la production solaire pour chaque région