calcul du rendement d'une installation photovoltaïque

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

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

avec

• E_elec [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
• η : 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.

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

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 E_lum reçue sur les panneaux et l'énergie électrique E_elec de sortie injectée sur le réseau.

ce rendement global, η,  peut être séparé en deux composantes :

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

η_stc est le rendement des modules en conditions de tests standards, c'est-à-dire sous une luminosité G_stc. 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 ( 3 kWc en moyenne pour les particuliers). Le rendement η_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:

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

avec:

• Pc = Puissance crête des modules
• S = Surface du champ photovoltaïque
• G_stc = 1000 W/m² à 25°C

Quant à  η_systeme , il 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

En synthétisant les équations précédents et si on exprime la puissance en kWc plutôt qu’en Wc (ce qui permet d'"éliminer" la variable G_stc (G_stc = 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 (η_systeme) (PR, dans la littérature anglophone).

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.

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