Rendement des panneaux photovoltaïques : une solution inattendue pour l’améliorer

Rendement panneaux photovoltaïques : avant même d’y penser…

Sur le toit, les panneaux photovoltaïques ont deux ennemis : le vent… et la chaleur.  

Cela pourrait sembler paradoxal, dans la mesure où leur fonction est justement de capter et transformer l’énergie solaire. En réalité, c’est l’énergie électromagnétique qui compte lorsque vous n’utilisez pas de panneaux à capteurs thermiques. Et là, plus vos panneaux chauffent, moins ils produisent d’électricité solaire.

Vous avez probablement déjà constaté ce paradoxe en préparant votre projet de toiture solaire photovoltaïque.

Et si on vous disait qu’il existe une solution qui réduit – voire supprime – les deux problèmes à la fois ? Il existe bel et bien une façon de garantir la bonne tenue de vos panneaux (sans avoir à les visser directement à même la toiture, ce qui pose parfois des problèmes d’inclinaison et encore de surchauffe), tout en évitant les températures extrêmes. En somme, une solution qui va vous garantir le meilleur rendement des panneaux photovoltaïques.   

Mieux encore : il s’agit d’une solution verte (écologique) qui devrait faire de vous un héros local. Un héros de la biodiversité. Augmenter le rendement d’un panneau solaire n’aura jamais été si gratifiant pour vous ou votre cabinet.  

Rappel : comment fonctionne un panneau photovoltaïque ?

Le dispositif photovoltaïque capte l’énergie du rayonnement solaire pour en faire de l’électricité. 

Dans un panneau solaire, les cellules de silicium reçoivent directement les photons des rayons solaires. Ces cellules semi-conductrices transmettent l’énergie aux électrons à l’intérieur du panneau, qui forment un courant électrique continu. Celui-ci sera ensuite transformé en courant alternatif, qui pourra être stocké ou redistribué dans le bâtiment. 

L’information essentielle et bien connue – mais ça va toujours mieux en le disant – c’est que la production d’énergie repose sur l’ensoleillement. On parle donc d’abord de lumière. Ce qui veut dire que, sur une toiture terrasse, il sera nécessaire de jongler entre un excellent rayonnement solaire… et un risque de surchauffe. Et la condition idéale, pour un bon rendement de votre installation photovoltaïque, passe par un outil vert.

La solution verte ? De quoi parle-t-on ?

Désamorçons le suspense dès maintenant, cette option verte est une solution de végétalisation.

Il s’agit de combiner une toiture verte (avec un rendu visuel de tapis végétal durable et utile) à une installation solaire. Plus précisément, une installation photovoltaïque. Cela ressemble donc à un toit aménagé en prairie ou espace vert, recouvert d’un tapis de verdure qui peut même changer de couleur selon les saisons.

Le choix de l’association de deux solutions écologiques est évidemment remarquable dans une urbanisation classique. Mais, au-delà du geste écologique notoire, c’est un choix qui s’avère aussi bien plus avantageux pour la collectivité, comme pour son instigateur.  Voilà pourquoi… 

Le danger de la chaleur pour votre rendement de panneaux photovoltaïques

L’été devrait être la saison de production maximale d’énergie solaire dans l’année. Logiquement, on a tendance à calculer que :

• plein soleil = pleine puissance,
• orientation Sud = total ensoleillement, donc quantité optimale (et rentabilité).

Or, l’été est surtout la saison où les installations photovoltaïques perdent le plus de rendement.

En effet, plus la radiation est forte, plus la température augmente à la surface du panneau (et avec elle, celles des cellules photovoltaïques), et plus sa tension diminue. Cette baisse étant proportionnelle, votre rendement diminue au moindre degré gagné. Et cette baisse commence généralement à se produire à partir de 25°C.

Or, on ne parle pas là de la température ambiante… mais de la température à a surface de votre panneau solaire. Et celle-ci peut facilement atteindre 80°C par temps de fortes chaleurs. Considérant que les épisodes de canicule ont tendance à se multiplier et à durer de plus en plus longtemps, vous pouvez imaginer la perte d’énergie solaire que cela représente.

D’autant plus que la surchauffe s’accentue lorsque le bâtiment est inutilisé. Par exemple, lorsqu’une école ferme ses portes l’été, sa consommation d’électricité est nulle à cette période. En ne vidant pas l’énergie stockée, on ne permet pas au panneau de se refroidir.

Par ailleurs, votre base de silicium, si elle est confrontée à une surchauffe régulière, va vieillir plus vite. Ainsi, au lieu de vous garantir une utilisation à haut-rendement pendant près de 20 ans, vos panneaux solaires pourraient s’épuiser bien plus tôt, en vous ayant apporté une production d’électricité limitée. 

Résultat du calcul : la chaleur est l’ennemie du Kwh. Pensez donc à vous renseigner sur les performances de votre précieuse cellule solaire. Quelle est sa puissance de pointe (mesurée en Kwc) ou puissance de crête ? Ces mesures correspondent généralement à une moyenne de 1000w/m2 par une température de 25ºC. Quel est le taux d’ensoleillement maximal de votre toiture terrasse ? Une fois que vous avez répondu à ces premières questions, sachez que la végétalisation pourra justement jouer un rôle de régulateur thermique sous vos panneaux solaires. 

Rendement panneaux photovoltaïques et végétalisation : une question de synergie

Si vous envisagez une pose de panneaux solaires, c’est que vous êtes déjà entré dans une démarche écologique. Qu’il s’agisse d’un choix engagé d’économies d’énergie, d’autoconsommation pour faire baisser la facture d’électricité (ou bénéficier du crédit d’impôt), ou encore d’un bâti alternatif pour des raisons de distances et de raccordement au réseau public, la démarche du 100% renouvelable est aussi séduisante qu’encouragée par les politiques urbaines.

Les toitures végétalisées entrent dans la même catégorie de projets. Avec un bénéfice aussi écologique qu’économique : isolation thermique et sonique, préservation de l’écosystème, équilibrage du cycle de l’eau, limite du ruissellement, etc.

Combiner les deux solutions va créer un effet de synergie. L’un apportant à l’autre un surcroît d’efficacité. Le bénéfice thermique de la végétalisation va garantir le bon rendement des panneaux solaires photovoltaïques.

Du végétal au solaire : réguler le thermomètre

La couverture végétalisée posée directement sous vos panneaux va jouer le rôle de régulateur thermique.

On utilise déjà cette solution verte pour ses propriétés d’isolation thermique et de compensation des îlots de chaleur en ville. Sur une toiture terrasse, la présence de certains végétaux est même un rempart contre les risques d’incendie.

Dans le cas de la toiture végétale installée par ECOVEGETAL, il s’agit d’un semis de graines et de fragments, qui reposent sur un substrat. Et ce substrat bénéficie d’une garantie classement feu A2 FL-S1.

Les végétaux sont choisis pour leur forte évapotranspiration, qui abaisse la température sur le toit de plusieurs degrés, notamment par fortes chaleurs. Ce qui permet de maintenir le bon rendement de vos panneaux en leur évitant une longue surchauffe.

Du solaire au végétal, une protection mutuelle

La palette végétale choisie est adaptée au système. La disposition des panneaux sera aussi à prendre en compte pour le développement des végétaux (inclinaison des panneaux, écarts entre les lignes de panneaux).

L’autre critère de synergie : la charge superposée

On le disait en prélude à cet article : le vent est aussi une menace pour vos panneaux, s’ils ne sont pas fixés directement sur la toiture (voire intégrés, ce qui donne la prime d’intégration au bâti).

Là aussi, la coexistence des deux systèmes écologiques sur un même toit va créer un effet de synergie. L’un soutient l’autre, vous obtenez ainsi un lestage efficace, sans avoir besoin d’aller percer la structure du toit. C’est tout l’intérêt du système HELIOVERT.

Comment ça marche ?

On pose un drain (appelé XD20) sur l’ensemble de la toiture puis les bases solaires qui serviront de fixation pour la structure. On fixe ensuite la structure pour poser les panneaux (châssis solaire, contreventements, rails, accessoires) sur la base solaire.

Les bases solaires seront recouvertes avec du substrat. On aura préalablement réalisé une étude au vent pour savoir quelle épaisseur de substrat minimum il faudra mettre pour que les panneaux ne s’envolent pas (les résultats de l’étude au vent dépendant de la zone géographique du projet, de l’exposition de la toiture et d’autres critères).

Point bonus : développement de la biodiversité 

Avec un système de production d’énergie renouvelable, vous êtes à un pouce de l’exploit environnemental. Il serait dommage de vous en priver.

Sachez qu’il y a énormément d’avantages supplémentaires à poser un toit végétalisé en termes de biodiversité :

• compenser les zones bétonnées et la saturation des sols en reposant sur les toits l’équivalent de végétalisation qu’a effacée le bâtiment ;  
• retour d’une biodiversité en milieu urbain : retour d’une faune locale (oiseaux, insectes pollinisateurs, etc.) et réintroduction d’une flore adaptée et résistante à son milieu ;
• meilleure gestion des eaux pluviales ;
• rééquilibrage des températures et disparition de l’îlot de chaleur

Vous participez ainsi à la préservation – voire la recréation – d’un écosystème local. Bravo !

Contacter ECOVEGETAL pour plus d’information sur les solutions solaires/végétales.