Panneaux solaires photovoltaïques : où installer vos panneaux pour un meilleur rendement ?

Classons les erreurs par ce qu'elles coûtent. Une orientation sud-ouest au lieu du plein sud vous fait perdre 4 ou 5 % de production. Une inclinaison de 45° au lieu de 30° vous en coûte 3. L'ombre du conduit de cheminée qui traverse deux modules trois heures chaque matin peut vous en prendre 20, parfois davantage. C'est dans cet ordre qu'il faut regarder une toiture : l'ombre d'abord, l'orientation ensuite, l'inclinaison en dernier. La plupart des devis font l'inverse.

L'ombre, et pourquoi elle coûte si cher

Un module photovoltaïque est un assemblage de cellules en série. Quand une seule cellule passe à l'ombre, elle limite le courant qui traverse toute la chaîne, un peu comme un tuyau pincé sur une conduite. Les diodes bypass intégrées aux modules limitent la casse en isolant une portion de cellules, mais elles ne l'annulent pas.

Sur une installation à onduleur central, où huit modules sont câblés en une seule série, l'ombre d'une antenne râteau sur un module tire toute la série vers le bas. C'est le scénario classique du propriétaire qui obtient 2 400 kWh là où la simulation en promettait 3 200, sans jamais comprendre pourquoi.

Quand l'ombre est inévitable, il existe deux réponses matérielles. Les micro-onduleurs, un par module ou un pour deux modules, rendent chaque panneau indépendant. Les optimiseurs de puissance font la même chose en gardant un onduleur central. Comptez 15 à 25 % de surcoût sur le poste électronique. Sur une toiture réellement dégagée, ce surcoût ne se justifie pas ; sur une toiture urbaine encombrée, il se rembourse en trois ou quatre ans.

Orientation : le sud n'est plus toujours le bon choix

La règle qu'on répète depuis vingt ans dit plein sud. Elle reste vraie si l'objectif est de produire le maximum de kilowattheures sur l'année. Les écarts, mesurés sur une même inclinaison de 30°, tiennent en quelques lignes : plein sud sert de référence à 100 %, le sud-est et le sud-ouest tournent autour de 95 %, l'est ou l'ouest pur descendent vers 80 à 85 %. Le nord, lui, tombe sous 60 % et n'a d'intérêt que sur des toitures très peu inclinées.

Sauf que depuis que le tarif de rachat du surplus est tombé bien en dessous du prix d'achat du courant, ce qui compte n'est plus seulement le total annuel, c'est la part de production qu'on consomme soi-même. Et là, une installation répartie sur deux pans est-ouest bat souvent une installation plein sud.

La raison est simple. Le sud produit une cloche étroite centrée sur 13 h : beaucoup d'énergie au moment précis où personne n'est à la maison. Un ensemble est-ouest produit moins au total, mais démarre plus tôt le matin et tient plus tard le soir, deux créneaux où le lave-linge tourne et où le ballon d'eau chaude se recharge. Sur des foyers actifs, le gain d'autoconsommation compense largement les 10 % de production perdus.

L'inclinaison : la marge est plus large qu'on ne le dit

Sur la latitude de la Loire-Atlantique, l'angle qui maximise la production annuelle se situe entre 30 et 35° par rapport à l'horizontale. C'est le compromis entre un soleil d'hiver bas sur l'horizon, qui appellerait 60°, et un soleil d'été haut, qui se contenterait de 20°.

La bonne nouvelle, c'est que la courbe est très plate autour de l'optimum. Entre 20 et 45°, on reste au-dessus de 97 % du maximum théorique. Autrement dit, la pente de votre toiture convient presque toujours, et personne ne va poser des cales pour gagner deux points. Les toitures d'ardoise du bassin nazairien, souvent comprises entre 35 et 45°, sont dans le bon créneau sans qu'on touche à rien.

Les cas où l'inclinaison mérite un calcul sont les toits-terrasses et les poses au sol, où l'on choisit vraiment l'angle. Là, une réponse revient souvent : incliner un peu moins que l'optimum théorique, autour de 20 à 25°, resserre les rangées sans qu'elles se fassent de l'ombre entre elles et de poser plus de modules sur la même surface. Le total produit y gagne, même si chaque module produit un peu moins.

Le module compte moins que sa place

On passe beaucoup de temps à comparer les technologies de cellules, souvent plus qu'à regarder le toit. Trois familles existent. Les cellules monocristallines, découpées dans un lingot de silicium unique, plafonnent aujourd'hui entre 20 et 23 % de rendement en produit commercial. Les polycristallines, reconnaissables à leur bleu marbré, tournent deux à trois points en dessous et ont presque disparu des catalogues résidentiels. Les couches minces amorphes descendent vers 8 à 10 %, mais tolèrent mieux la lumière diffuse et la chaleur.

L'écart entre un bon module et un excellent module se joue sur la surface nécessaire, pas sur la production par mètre carré installé. Un panneau de 500 Wc en monocristallin occupe environ 2,2 m². Pour la même puissance en polycristallin, il faut à peu près 15 % de surface en plus. Sur une toiture large, cela n'a aucune importance ; sur un pan de 20 m² bordé par deux velux, cela décide de la puissance finale.

Un chiffre à ne pas confondre avec un autre : le kilowatt-crête (kWc) mesure la puissance du module dans des conditions de laboratoire, à 1 000 W/m² d'irradiation et 25 °C de température de cellule. Ce n'est pas une production. Ce qui compte, c'est le nombre de kilowattheures sortis sur douze mois, et il dépend d'abord de l'endroit où vous posez le module.

Sur le toit, ou ailleurs

La toiture reste le choix par défaut, pour de bonnes raisons : surface déjà là, structure porteuse existante, câblage court jusqu'au tableau. Deux points techniques méritent quand même d'être posés.

Le premier concerne le mode de pose. En surimposition, les modules sont fixés sur des rails au-dessus de la couverture existante, avec une lame d'air de quelques centimètres derrière. En intégration au bâti, ils remplacent les tuiles ou les ardoises. L'intégration est plus discrète et parfois imposée par le règlement d'urbanisme, mais elle ventile mal : un module chauffe, et sa production baisse d'environ 0,35 % par degré au-dessus de 25 °C. Un panneau à 65 °C sous une toiture mal ventilée perd donc plus de 10 % par rapport à sa valeur de plaque. La surimposition produit plus. Elle pose aussi moins de problèmes d'étanchéité à dix ans.

Le second concerne la charge. Un module de 1,7 m² pèse entre 18 et 22 kg, rails compris on approche 15 kg au mètre carré. Une charpente traditionnelle en bon état l'encaisse sans discussion, une charpente industrielle en fermettes fines mérite une vérification, surtout sur les maisons des années 1970 et 1980.

Les poses au sol, ombrières et carports

Si le toit est mal orienté, encombré ou protégé, un champ au sol ou une ombrière de parking règle la question. On choisit l'orientation, l'inclinaison, l'accès pour l'entretien, et le nettoyage devient possible sans échafaudage.

Le coût monte, surtout à cause de la structure : massifs béton ou pieux vissés, ossature métallique ou bois traité, tranchée pour le câble jusqu'à la maison. Comptez un surcoût de 20 à 40 % par rapport à une pose en toiture pour la même puissance. Sur une parcelle de bord de mer, l'ossature galvanisée en classe de corrosion C4 n'est pas un luxe.

Côté administratif, la déclaration préalable suffit en dessous de 1,80 m de haut et pour des surfaces modestes, au-delà on bascule vers le permis de construire. Les carports photovoltaïques ont un mérite supplémentaire, ils font deux choses à la fois : abriter la voiture et produire au-dessus d'elle, avec la borne de recharge à trois mètres du point de production.

Une dernière remarque sur les simulations. Tous les logiciels de dimensionnement s'appuient sur des bases climatiques, dont la plus courante en Europe est PVGIS, gérée par le Centre commun de recherche de la Commission européenne. Ces bases donnent l'irradiation, pas votre toiture. Un devis qui annonce une production au kilowattheure près sans avoir relevé le masque d'ombrage ni l'inclinaison réelle a été fait depuis un bureau, sur une vue satellite. Demandez le relevé.