Rendement de vos panneaux solaires – Pensez au Cool Roofing

Les panneaux solaires : comment ça fonctionne ?

De plus en plus présents dans le paysage, vous êtes-vous déjà demandé comment fonctionne un panneau solaire ? Sans grande surprise, un panneau solaire transforme la lumière du soleil en une énergie électrique utilisable.

Décortiquons rapidement en plusieurs étapes ce phénomène :

1 – Absorption de la lumière du soleil : les panneaux solaires

Dans un panneau solaire, il y a ce que l’on appelle des cellules photovoltaïques (PV) qui sont le plus souvent en silicium. Kézako ? Le silicium est une matière possédant d’excellentes propriétés semi-conductrices. C’est pour cela que cette matière est souvent utilisée dans les panneaux solaires car elle convertit l’énergie solaire en électricité. Le saviez-vous ? Le silicium est très présent dans la croûte terrestre, on le retrouve même en 2ème position après l’oxygène !

Source : abondance des éléments dans la croûte terrestre - Wikipédia.

     Pièces de silicium

     Source : Par W. Oelen — Crédits photos

2 – Les électrons au cœur de la réaction

          Source : Les panneaux photovoltaïques - Solar Impulse

Sans partir dans des explications trop poussées, il existe dans les unités de mesure de l’énergie (quantum), le photon :

Le photon c’est un “paquet” d’énergie. C’est un des acteurs principaux de la force électromagnétique. Il évolue, change, lorsqu’il y a une absorption ou une émission de lumière.

C’est l’énergie des photons qui vient faire bouger les électrons dans le matériau. En conséquence : il y a une tension différente qui se créée entre 2 couches de semi-conducteurs (par exemple : entre 2 couches de silicium).

3 – Le courant électrique arrive !

Puisqu’il y a maintenant une différence de tension (aussi appelée “différence de potentiel”), les électrons vont commencer à circuler. Cette circulation va créer un courant électrique continu (DC). C’est pour cela que les panneaux solaires sont constitués de circuits intégrés : pour capter ce courant.

4 – On transforme le courant continu (DC) en courant alternatif (AC)

Vous utilisez un grille-pain le matin au petit déjeuner ? Un sèche-cheveux après la douche ? Ces différents appareils de notre quotidien utilisent du courant alternatif (AC). Ce qui n’est pas la même chose que le courant continu (DC). On le rappelle, au stade 3 de notre explication, nos panneaux créent du courant continu (DC). Comment passer de l’un à l’autre ? Grâce à un onduleur, pardi !

Schéma d'un onduleur 

• Courant continu : le flux des électrons s’écoule toujours dans le même sens, de la borne négative vers la borne positive. La vitesse des électrons est estimée à quelques mètres par heure.

• Courant alternatif : les électrons circulent de façon alternative dans les deux sens du circuit. Concrètement, cela veut dire que les électrons suivent un mouvement de va-et-vient sur une distance de l’ordre du millième de millimètre. Ils oscillent (c’est pourquoi on dit que le courant alternatif est sinusoïdal) et c’est cette oscillation qui permet à l’énergie vibrationnelle d’être répercutée jusqu’à l’extrémité du conducteur.

Source : courant alternatif et courant continu - Engie

5 – Plus qu’à utiliser ou stocker l’énergie

Une fois passée par l’onduleur, l’énergie, désormais devenue courant alternatif, peut être soit utilisée directement pour vos appareils électriques, soit stockée dans des batteries pour plus tard.

Maintenant que nous savons comment fonctionnent les panneaux solaires, attardons nous sur leur efficacité. Et oui, les panneaux solaires ne sont pas efficaces tout le temps à n’importe quelle heure de la journée. Ils ont des périodes plus ou moins intenses.

Cela dépend de plusieurs facteurs :

1. L’intensité du soleil

2. La température

3. Mais aussi de la qualité des cellules photovoltaïques (PV) qui sont utilisées pour la conversion de la lumière du soleil.

Concernant la température, celle-ci est très importante !

Bon à savoir : Un défi majeur pour les panneaux solaires concerne la surchauffe. Un panneau solaire qui surchauffe, c’est un panneau solaire qui est moins efficace. Si les températures sont trop élevées, alors le rendement des PV, cellules photovoltaïques, va diminuer et ainsi impacter la quantité d’électricité qui est censée être produite. Il existe d’ailleurs deux types de panneaux solaires. 

Les panneaux monofaciaux et bifaciaux

• Monofaciaux : les panneaux monofaciaux captent la lumière du soleil sur une seule face qui est positionnée sur la partie supérieure.

• Bifaciaux : les panneaux bifaciaux captent la lumière du soleil sur deux faces. Ces deux faces permettent une efficacité encore plus importante lorsque le panneau est posé sur une surface réfléchissante.

Comparaison entre des panneaux monofaciaux et bifaciaux

Source : SolarSquare

Est-ce que je peux mettre un panneau solaire sur ma toiture ?

Quel type de toiture permet d’avoir des panneaux solaires ? Il y a de plus en plus de panneaux solaires, autant chez les professionnels que chez les particuliers. Et c’est normal, qui n’a pas envie de faire des économies d’énergies chez lui ? D’autant plus si cela est fait dans le respect de l’environnement ?

La réglementation en matière de panneaux solaires

En Suisse, plusieurs spécificités et règlementations sont liées à la capacité de production des panneaux photovoltaïques.

Si vous choisissez une installation photovoltaïque, cette dernière vient également modifier l’esthétisme de votre toiture. L'installation de panneaux photovoltaïques en Suisse est donc un processus bien encadré, qui varie légèrement en fonction des cantons et des communes. Chaque canton ou commune peut en effet avoir des règles spécifiques concernant l'installation de panneaux photovoltaïques. Ces aspects influencent le processus d'installation, le raccordement au réseau, les subventions, et l'utilisation de l'énergie produite.

Voici les principaux points à considérer :

1 – Types de subventions en fonction de la capacité

La capacité de production des panneaux photovoltaïques est un critère clé pour déterminer l'éligibilité et le type de soutien financier disponible :

• Petites installations (< 100 kWc) :

  • Éligibles à la Rétribution Unique (RU), qui couvre une partie du coût d'installation.

  • Pas de contrat à long terme pour la rétribution de l'énergie injectée (vente sur le marché local de l’électricité possible).

  • Idéal pour une autoconsommation prioritaire.

• Grandes installations (> 100 kWc) :

  • Éligibles à la Rétribution Unique pour une partie de l'investissement initial, mais avec un plafond spécifique.

  • Possibilité d'obtenir une Rétribution pour Injection (RPC), qui rémunère l’énergie injectée dans le réseau pendant une période définie.

    
    

2 – Raccordement au réseau en fonction de la capacité

Le raccordement des panneaux au réseau électrique dépend également de la puissance de l'installation :

• Capacité < 30 kWc : Généralement simple, avec des démarches administratives limitées. Idéal pour les maisons individuelles et les petites entreprises.

• Capacité > 30 kWc : Le gestionnaire de réseau local (GRD) peut demander une analyse technique pour s'assurer que le réseau peut accueillir la puissance injectée.

• Capacité très élevée (> 1 MWc) : Ces installations nécessitent des études approfondies et peuvent être soumises à des restrictions spécifiques liées à la stabilité du réseau.

  
  

3 – Obligations d’autoconsommation

Pour favoriser une consommation locale d'énergie renouvelable :

• Les installations doivent privilégier l’autoconsommation, surtout pour les petites installations. En général, l'énergie consommée sur place est plus avantageuse financièrement que l'énergie injectée dans le réseau.

• Les projets collectifs (comme les communautés d'autoconsommation) permettent de partager l'énergie produite dans des bâtiments ou quartiers proches, avec des conditions spécifiques selon la capacité de production.

  
  

4 – Tarification et prix de reprise

• Les tarifs pour l'énergie injectée dans le réseau diminuent souvent avec l’augmentation de la capacité installée. Les petits producteurs reçoivent des tarifs plus élevés pour compenser leur moindre échelle.

• Les installations de plus grande capacité doivent généralement négocier directement avec des fournisseurs ou vendre leur électricité sur le marché libre.

5 – Impact réglementaire selon la taille

Les grandes installations (> 100 kWc) peuvent être soumises à des exigences supplémentaires :

• Étude d’impact environnemental (si installée sur une grande surface au sol ou dans des zones sensibles).

• Obligation de respecter des standards spécifiques en matière de gestion de la production et de l’injection.

  
  

6 – Gestion de l'énergie excédentaire

• Pour les installations de petite capacité, il est souvent conseillé de dimensionner le système en fonction des besoins d’autoconsommation, car la vente de l’excédent est moins rentable.

• Les grandes installations, en revanche, sont conçues pour maximiser la production, en intégrant un modèle économique d’injection dans le réseau.

  
  

7 – Limites techniques en lien avec le réseau

• Le gestionnaire de réseau peut limiter la puissance maximale d’injection d'une installation dans certaines régions où le réseau est saturé.

• Des systèmes de stockage (batteries) ou des dispositifs de gestion de la production peuvent être exigés pour réguler la puissance envoyée au réseau.

La capacité de production des panneaux photovoltaïques détermine les procédures administratives, les aides financières et les obligations techniques en Suisse. Il est essentiel de bien évaluer la puissance optimale en fonction des besoins énergétiques et des conditions locales pour maximiser les avantages économiques et environnementaux. Pour des recommandations précises, il est conseillé de consulter un installateur agréé et le gestionnaire de réseau local.

Les types de toitures adaptées aux panneaux solaires

1 – La toiture en tuile

Pour les toitures en tuile, vous pouvez y aller, elles sont généralement bien adaptées à ce type d’installation. Attention toutefois à veiller à ce que les tuiles soient en bon état ! Cela vous évitera des mauvaises surprises comme une infiltration d’eau, par exemple.

2 – La toiture en ardoise

Les ardoises demandent une approche spéciale, surtout concernant la fixation des panneaux solaires. Étant fragiles, des précautions supplémentaires sont à prendre en compte, mais cela n’empêche pas d’apposer des panneaux solaires sur un toit en ardoises. Attention toutefois à ne pas endommager vos belles ardoises.

3 – La toiture plate

La toiture plate, c’est une toiture idéale pour les panneaux solaires. Pourquoi ? Parce qu’en plus d’être compatibles, elle permet de maîtriser l’inclinaison des panneaux en fonction de la lumière du soleil. Si vous vous souvenez de ce que nous disions précédemment, c’est un point non négligeable pour optimiser vos panneaux de la meilleure des façons.

4 – La toiture en métal (tôle, bac acier)

Les toitures en métal comme le bac acier, ou la tôle ondulée par exemple, sont aussi idéales pour des panneaux solaires. A l’inverse de l’ardoise qui est fragile, la toiture en métal est plus robuste et supporte facilement le poids des panneaux. Car oui, attention à ce critère, le poids d’un panneau solaire est important à prendre en compte : il est quand même au-dessus de votre tête.

En parlant de poids, voici quelques points à prendre en compte si vous souhaitez installer des panneaux solaires sur votre toiture et ainsi obtenir le meilleur rendement possible :

• L’orientation et l’inclinaison de votre toiture : dans l’idéal, une toiture orientée sud captera un maximum de lumière du soleil. L’inclinaison, elle, est souvent recommandée entre 30°C et 35°C pour bénéficier d’un rendement optimal pour vos panneaux solaires. Pensez à faire attention aux ombres portées (arbres, bâtiments etc.), ainsi qu'à la couverture nuageuse. Eh oui, suivant votre localisation, certaines conditions climatiques peuvent être anticipées : la neige, la grêle, les vents forts.  Des protections supplémentaires peuvent vous aider à conserver l'efficacité de vos panneaux dans le temps.

• La solidité de votre toiture : si vous ne voulez pas que le ciel vous tombe sur la tête comme un célèbre gaulois, pensez à vérifier que votre toiture est en bon état. Elle doit être capable de supporter le poids des panneaux solaires. Pour ce faire, rien de bien sorcier, il suffit d’inspecter votre toiture en faisant appel à un couvreur ou bien directement à un installateur photovoltaïque. Après diagnostic de votre structure, ils sauront vous conseiller au mieux.

• L’espace dont vous disposez : eh oui, suivant vos besoins en énergie, le nombre de panneaux photovoltaïques nécessaires sera différent. Assurez-vous d’avoir la place suffisante !

• L'accès pour entretenir vos panneaux : une toiture, ainsi que des panneaux, ça s'encrasse au fil du temps. Un entretien/nettoyage régulier, doit être pris en compte lors de l'achat de panneaux photovoltaïques. Vous devez pouvoir avoir accès à vos panneaux pour les nettoyer afin de garantir une performance optimale.

Et si vous voulez un rendement encore plus élevé avec vos panneaux solaires…

Pensez au Cool Roofing !

Le Cool Roofing… c’est un ensemble de produits, peintures réflectives, solutions d’étanchéité liquides réflectives (SELr), membranes d’étanchéité réflectives, laques solaires. On l’appelle aussi : cool roof, peinture réflective, peinture anti-chaleur, …  

Pour illustrer brièvement la complémentarité du Cool Roofing et des panneaux solaires, après une explication vidéo, nous considérerons un bâtiment équipé de ces deux technologies : le cool roof et les panneaux solaires.

Mais d’abord, c’est quoi le cool roofing ?

👉  Voir l'avis du client

Pour en savoir davantage sur le sujet, nous vous invitons à lire l’article : “La peinture réfléchissante ou cool roof, c’est quoi ?”

En quelques mots, voici quelques avantages à utiliser le cool roofing :

• Vous gagnez en confort en réduisant votre température en intérieure

• Vous faites des économies sur votre climatisation si vous en avez une (ou sur votre système de ventilation)

• Vous n’avez pas de perte en hiver, pas de surconsommation à prévoir.

Supposons que votre toit cool roof possède un albédo de 0,8 (80% de réflectivité) ainsi que des panneaux solaires. En combinant à la fois le Cool Roofing et les panneaux solaires, on peut s'attendre à une augmentation de la production d'énergie de l'ordre de 10 à 25% par rapport à un toit standard​​​​ (étude de SolarWorld et l'Institut pour la Recherche en Énergie Solaire Hamelin)

L’albédo, c’est quoi ?

“L'albédo mesure la capacité d'une surface à réfléchir la lumière solaire. Un albédo élevé signifie une meilleure réflexion de la lumière et moins de chaleur absorbée. Les revêtements de toiture à albédo fort, ou "cool roofs", réduisent la chaleur absorbée par les bâtiments, améliorant ainsi le confort intérieur et l'efficacité énergétique”.

Les peintures réflectives constituent l’une des solutions pour qu’une toiture devienne un revêtement à albédo fort, au même titre que les autres types de revêtements blancs (bac acier blanc, membranes blanches, etc.).

Mais alors, comment la peinture cool roof booste les panneaux solaires ?

Panneaux photovoltaïques sur toiture à albédo fort : ces deux technologies se complètent parfaitement.

Selon une étude de SolarWorld et l’Institut pour la Recherche en Energie Solaire Hamelin, le fait de réduire la température de votre toit grâce à la peinture cool roof permet à vos panneaux solaires de fonctionner plus efficacement.

En effet, chaque degré en moins serait équivalent à une augmentation de 0,5% de l’efficacité de vos panneaux solaires. Imaginez une réduction de 10°C de fonctionnement de vos panneaux, cela augmenterait leur rendement de 5%.

Les toitures équipées d’une technologie de Cool Roofing augmentent la réflectivité (l’albédo) de votre surface. Cela signifie que la technologie vient renvoyer plus de lumière directement vers vos panneaux solaires. Et cela n’est pas négligeable : la lumière réfléchie par la peinture cool roof est une lumière supplémentaire qui peut augmenter la production d’énergie de vos panneaux solaires jusqu’à 25%.

Les avantages environnementaux et économiques à lier cool roofing et panneaux solaires

Vous faites encore plus d’économies d’énergie

Les panneaux solaires combinés à la peinture cool roof, c’est à la fois une production d’énergie solaire, mais aussi une réduction des coûts de climatisation. Le cool roofing permet d’éviter l’utilisation de votre climatisation. Faisant plus frais en intérieur, vous avez moins besoin de l’utiliser. Ainsi, c’est votre facture d’énergie qui vous remercie. Des économies à long terme assurées.

Le saviez-vous ?

On observe des montées en température des surfaces de toitures comme les membranes bitumineuses à 75°C – 80°C, les surfaces bac acier à 70°C. Là où la peinture blanche permet un maintien de la température de surface des toitures entre 30 et 35 °C.

Le rafraîchissement de la toiture va avoir un effet conséquent sur la température intérieure du bâtiment, mais entraîne également un meilleur fonctionnement des panneaux. Or le rendement des panneaux diminue de 0,4% – 0,5% par degré supplémentaire au-delà des 25°C de température de surface (température où le rendement du panneau est à 100%).

L'Institut National de l'Énergie Solaire (INES) a constaté qu'une réduction de 1°C de la température ambiante augmente l'efficacité des panneaux PV monofaciaux de 0,5% et celle des panneaux bifaciaux de 1%. En baissant de 30°C ou 40°C la température ambiante, les gains deviennent conséquents.

La peinture réflective est tout à fait complémentaire à l’utilisation de panneaux photovoltaïques et aide au bon fonctionnement de ces derniers.

Les toitures réflectives permettent une baisse de

30°C à 40°C de la température en surface

Source : Sika AG

Vous diminuez vos coûts énergétiques 

En France, les études montrent que les bâtiments équipés de toitures à albédo réduisent leur consommation d'énergie d'environ 40% et les coûts énergétiques de 7% à 15 %.

Les climatiseurs et le remplacement du toit figurent tous deux dans la liste des 10 projets de rénovation les plus coûteux, et la chaleur extrême et les rayons ultraviolets dégradent ces systèmes.

Les surfaces réfléchissantes réduisent le transfert de chaleur dans les bâtiments et la charge globale des climatiseurs. Cela réduit la sollicitation des groupes froids et prolonge la durée de vie de vos appareils.

En combinant avec des panneaux PV, les économies réalisées augmentent grâce à la production d'une électricité moins dépendante des énergies fossiles.

Vous boostez votre production d’électricité

L'Agence Internationale de l'Énergie (AIE) indique que les panneaux bifaciaux peuvent augmenter leur production d'électricité de 10% à 20% sur des surfaces réfléchissantes. En France, cela pourrait représenter une augmentation annuelle de 150kW/h à 300 kW/h par m² de panneau.

Pour être plus précis, le bureau d’études Sog Solar mesure l’augmentation de la production d’énergie photovoltaïque à hauteur de 8% pour des panneaux monofaciaux, et 22% en bifaciaux, par suite du positionnement de ceux-ci sur des surfaces à albédo fort.

Les peintures réflectives comme celles d'Enercool, Renovcoat ou Oxi renvoient beaucoup plus les rayons du soleil, et sont largement plus émissives qu’un simple blanc. Elles sont notamment enrichies de pigments réflectifs mais également d’aérogels de silice, l’isolant le plus performant au monde. La production d’énergie sera par conséquent fortement augmentée.

Les aérogels de silice, c'est quoi ?

Vous diminuez vos émissions de CO2

Pour les mêmes raisons, plus d’énergie solaire, moins de climatisation = une contribution à la lutte contre le réchauffement climatique.

Vous êtes pro-actif

Le cool roofing ne permet pas seulement de rafraîchir votre toiture, il rafraîchit aussi vos panneaux solaires. Ainsi, en réduisant la chaleur sur vos panneaux, vous réduisez leur risque de panne. Avec une diminution de la maintenance sur votre installation solaire, c’est l’assurance d’une prolongation de la durée de vie de vos panneaux : moins de maintenance = plus de prévoyance !

Que demander de plus ?

Plusieurs chiffres en France et à l’étranger confirment déjà le mariage entre panneaux solaires et cool roofing :

• Marseille : L'installation de panneaux bifaciaux sur des toitures à albédo fort a montré une augmentation de 18% de la production d'électricité.

• États-Unis : Selon l'EPA, les cool roofs combinés avec des panneaux PV bifaciaux augmentent l'efficacité énergétique des bâtiments de 25%.

• Australie : L'Université de Melbourne rapporte une augmentation de 22% de la production d'électricité pour les panneaux bifaciaux sur des toitures réfléchissantes.

Et comme nous en parlions au début de cet article

La température influe sur le rendement de vos panneaux solaires. On le répète mais un panneau solaire qui surchauffe, c’est un panneau solaire qui est moins efficace. Si les températures sont trop élevées, alors le rendement des cellules photovoltaïques va diminuer et impacter la quantité d’électricité qui est censée être produite. Grâce au cool roofing, vous évitez les surchauffes !

Optimiser l’efficacité énergétique de votre bâtiment est un enjeu crucial et nous le savons. C’est pour cela que le cool roofing et les panneaux solaires sont là pour vous aider. Combinées (surtout avec des panneaux bifaciaux), ces deux technologies offrent une osmose puissante, capable de vous faire économiser tout en vous rendant la vie plus confortable. Vos panneaux se retrouvent, en plus, boostés !

Finalement, c’est même la planète qui vous remercie de choisir cette approche bénéfique pour la transition écologique : vous réduisez l’empreinte carbone de votre bâtiment, autant sur le plan régional qu’à l’échelle mondiale.

Par Joël Kohli, Responsable Stratégie Opérationnelle & Commerciale