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Rendement d’un système photovoltaïque

Comme tout système de conversion d’énergie, une installation photovoltaïque est caractérisée entre autres par son rendement. Nous allons voir ici comment exprimer ce rendement indépendamment des diverses typologies de systèmes photovoltaïques rencontrées. Le calcul du Ratio de Performance permet en effet de rendre compte de la qualité de fonctionnement d’une installation indépendamment de l’irridiation ou de la puissance crête des modules.


Sommaire :

La production d’une installation photovoltaïque est donnée par l’équation suivante :

 {E_{elec}  = Hi \times S \times \eta}

avec

  • Eélec [kWh/an] : énergie électrique produite en sortie du système sur un an
  • Hi [kWh/m2.an] : irradiation globale reçue dans le plan des modules sur 1m2 pendant un an.
  • S [m2] : surface du champ des modules photovoltaïques
  •  ? : rendement global du système

Le rendement global du système inclut l’ensemble des pertes provoquées par ses composants, des modules jusqu’au point d’injection du courant alternatif sur le réseau de distribution.

Il permet de caractériser la fraction de l’énergie lumineuse captée au départ que l’on retrouve sous forme électrique injectée sur le réseau. Il est donc égal au rapport entre l’énergie lumineuse Elum reçue sur les panneaux et l’énergie électrique Eélec de sortie injectée sur le réseau.

\eta = \frac{E_{elec}}{E_{lum}}

Le rendement global peut être séparé en deux composantes :

 \eta = \eta_{stc} \times \eta_{systeme}


  •  ?stc est le rendement des modules en conditions de tests standards, c’est-à-dire sous une luminosité Gstc = 1000 W/m2 à 25°C.


Soumis à cette luminosité, les panneaux délivrent une puissance électrique de sortie globale que l’on nomme la puissance crête Pc. C’est elle qui caractérise le champ photovoltaïque lors de son installation. Pour les particuliers, une installation moyenne fait environ 3kW crête soit 3 kWc.
Le rendement  ?stc permet donc de caractériser l’efficacité de la conversion de l’énergie lumineuse en énergie électrique, avant qu’elle n’arrive au niveau des onduleurs. Il est donc égal au rapport entre l’énergie lumineuse Gstc x S (surface du champ photovoltaïque) reçue sur les panneaux et l’énergie électrique (la puisssance crête) Pc de sortie des modules.

\eta_{stc}=\frac{P_{c}}{G_{stc}\times S}

  •  ?système est appelé ratio de performance et est égal aux autres rendements caractérisant les composants qui suivent les modules et liés à la typologie de l’installation :
    • le rendement de l’onduleur et son adaptation aux caractéristiques du champ photovoltaïque.
    • les pertes dans les câbles.
    • la température de fonctionnement des modules.
    • la qualité d’appairage des modules selon leurs caractéristiques réelles (mismatch).
    • la typologie de câblage des séries de modules tenant plus ou moins compte des masques proches.
    • la tolérance sur la puissance crête de l’installation (divergence entre puissance théorique nominale et puissance réellement installée).
    • la présence de masques (proches et lointains).

Le ratio de performance se situe entre 0,7 et 0,8 pour des installations classiques correctement conçues.

La production photovoltaïque dépend de 3 composantes :

En effet, en synthétisant les équations et si on exprime la puissance en kWc plutôt qu’en Wc (ce qui permet d’"éliminer" la variable Gstc (Gstc = 1000 W/m2 = 1kW/m2)), on obtient l’équation :

E_{elec}=Hi \times P_{c} \times \eta_{systeme}

La production photovoltaïque dépend donc de 3 composantes :

  • l’irradiation reçue,
  • la puissance crête,
  • le ratio de performance (?système) (PR, dans la littérature anglophone).

C’est le ratio de performance (PR) qui peut être utilisé pour quantifier la performance d’un système.

Calcul du ratio de performance - PNG - 72.6 ko
Calcul du ratio de performance
Source : Gimélec

Pratiquement, le ratio de performance s’obtient en effectuant le rapport entre la production réelle et la production théorique, pendant une période de référence. La différence entre les productions théoriques et réelles provient des pertes engendrées par les différents équipements de l’installation.

PR =   \frac{production\ reelle (kWh)}{production\ theorique(kWh)}

  • La production théorique est égale à la production idéale en sortie des modules Eélec = Hi X Pc

Son utilisation permet d’obtenir un indicateur de performance indépendant de la puissance crête du système, de sa localisation géographique et des orientations et inclinaisons du champ.

Lors du dimensionnement d’un système, on s’attachera à maximiser ce coefficient, alors que les autres termes de la dernière équation (Hi et Pc) seront uniquement affectés par la localisation, l’inclinaison et l’orientation du champ, le type et la surface de modules employés.


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Dernière mise à jour : 7 août 2012
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