Avant toute chose, il est nécessaire de se poser quelques questions :

  • Y a-t-il des surfaces inutilisées qui pourraient être valorisées énergétiquement ?
  • Au niveau du bâtiment ? du terrain ?
  • Ces surfaces sont-elles bien orientées ?
  • Sont-elles ombrées ?
  • En cas d’application en toiture, celle-ci est-elle encore en bon état ?

Le choix de l’emplacement des modules peut être fonction de plusieurs de ces facteurs :

Surface disponible

La surface disponible déterminera la puissance génératrice qu’il est possible d’installer en fonction du type de cellule choisi. Pour connaître la production électrique surfacique attendue :

> Plus d’infos sur la production électrique et le pré dimensionnement

Orientation et inclinaison

Dans nos régions, le sud est évidemment le maître choix pour les installations fixes. L’inclinaison optimale qui permet de maximiser les gains solaires annuels incidents (et donc la production) se situe à 35°. On tentera donc de se rapprocher le plus possible de cette orientation.

Attention, si théoriquement ceci est vrai, d’un point de vue économique, le but de toute installation photovoltaïque doit également de faire se rencontrer les périodes de production et de consommation pour favoriser l’autoconsommation. Ainsi, en l’absence d’un moyen de stockage de taille adapté, une orientation des panneaux dite Est-Ouest peut être optimale.

Figure 1:Panneaux photovoltaïques orientés Est-Ouest : Tritec-energy.com.

De plus, les températures hautes étant nuisibles aux performances des panneaux, on préférera généralement une orientation Est à Ouest (température plus basse le matin).

Théories

 Plus d’infos sur la variation de l’irradiation solaire annuelle en fonction de l’inclinaison et de l’orientation!

> Plus d’infos sur l’influence de ce paramètre au niveau de la production électrique et du dimensionnement.

Cependant, comme le montre le schéma suivant, l’angle d’inclinaison optimale (perpendiculaire au soleil) varie au fil des mois et des heures.

Des systèmes de tracking appelés aussi suiveur solaire permettent d’adapter continuellement l’inclinaison et l’orientation des panneaux.

Type de pose

Plusieurs types de pose sont possibles :

En toiture

Pose en toiture inclinée

En toiture inclinée, les panneaux sont attachés à la structure du toit au moyen de pattes métalliques. Les modules peuvent être soit placés en surimposition soit intégrés à la toiture. Les modules remplacent alors la couverture de la toiture comme peuvent le faire des tuiles solaires.

L’échauffement possible des cellules est, dans ce cas, un problème dont il faut tenir compte. En effet, une perte de puissance (environ 0.5 % par degré) en fonctionnement est associée à la montée en température des cellules. Or, en cas d’intégration, la chaleur est plus difficilement dissipée par ventilation qu’en cas de surimposition. Des ajustements de la structure de la toiture sont dans certains cas indiqués pour améliorer la ventilation à l’arrière des modules.

     

Surimposition et intégration

Pose en toiture plate

En toiture plate, les panneaux sont généralement disposés sur une structure en métal ou en plastique. Celle-ci permet d’obtenir un angle d’inclinaison optimisant la production de la surface utilisée tout en assurant la ventilation de l’arrière du panneau. La ventilation de l’arrière des  panneaux photovoltaïques est par contre moins importante dans le cas des bacs en PVC. On n’oubliera pas le lestage nécessaire.

Il faut impérativement vérifier l’état de la toiture et du matériau de couverture au préalable. Il serait dommage de devoir démonter les panneaux quelques années plus tard ! De plus, il ne faut pas oublier le poids induit par la pose des panneaux et le lestage important (80 à 100 kg par m² de capteur) requis pour la pose en toiture plate (résistance à la prise au vent). Ce surpoids doit pouvoir être supporté par la charpente ! Lorsque l’on solidarise l’ensemble des panneaux via une structure métallique, la quantité de lestage peut diminuer et des valeurs de l’ordre de 50 kg/m² sont alors plus communes.

Certaines cellules de types “thin film” ont aussi vu le jour. Elles permettent une intégration directe à l’étanchéité d’une toiture plate et ne nécessitent donc pas le surpoids induit par le support.  Attirante d’un point de vue économique (cellule moins coûteuse et directement intégrée dans une étanchéité nécessaire), on notera que ces cellules sont caractérisées par de plus faibles rendements. Elles doivent de plus être implantées selon la configuration du support. Leur orientation et inclinaison seront donc généralement celles de la toiture, ce qui conditionnera leur productivité. Une légère pente reste néanmoins souhaitable pour favoriser l’écoulement des eaux de pluies et éviter l’encrassement des cellules.

  

Sur supports et intégré à la couverture.

En façade

Il est possible d’utiliser des modules photovoltaïques comme bardage de façade. Ce type de configuration entraine une perte de production importante due à une réduction de l’exposition solaire (30% de moins que dans les conditions optimales). Comme en toiture inclinée, l’intégration ou la surimposition est possible.

Ce qu’on appelle aujourd’hui le BIPV (Building Integrated Photovoltaics) est de prime abord moins productif et généralement plus cher que la pose classique en toiture. Néanmoins, les panneaux photovoltaïques peuvent se substituer au bardage et remplir ainsi une double fonction (bardage + production électrique solaire). Dans le cadre d’une telle installation, il faut en réalité se poser la question du surcoût par rapport au matériau “classique” qui est remplacé.

La technologie solaire étant de moins en moins cher et le coût de l’énergie augmentant continuellement, ces solutions ont tendance à devenir de plus en plus crédibles d’un point de vue économique, et ce malgré leur rendement réduit.

Dans les zones urbanisées, sous la pression immobilière et la nécessitée croissante de densifier, les concepteurs de bâtiments ont tendance à réduire l’emprise au sol des bâtiments (et corollairement leur surface de toiture) au profit d’un accroissement du nombre d’étages. Se faisant, la quantité de surfaces verticales augmente considérablement tandis que les surfaces de toitures sont réduites à peau de chagrin. Il y a donc un réel intérêt aujourd’hui à donner une plus-value à ces surfaces, et ce dès la conception des projets.

En verrière

Pour ces applications, on utilise des modules verre-verre qui permettent de garantir un passage lumineux. Attention au respect des normes d’isolation thermique !

Ce type d’installation peut également être utilisé pour des préaux, carports, vérandas, façade légère double-peau…

En protection solaire

Un module photovoltaïque peut aussi participer à la démarche bioclimatique du bâtiment en utilisant les gains solaires superflus au confort thermique du bâtiment.

Au sol

Il est tout à fait possible de disposer des panneaux photovoltaïques au sol (voire sur des traqueurs). En Allemagne, bon nombre de champs de ce genre ont été installés. Il faudra cependant s’assurer de la qualité du sol et de sa stabilité en fonction de la taille du projet. Ce type de pose est soumis a permis. L’avis de fonctionnaire délégué ainsi que l’intervention d’un architecte est requis.

 Réglementations

 Plus d’infos sur la réglementation urbanistique (CWATUPE).

Ombrage

 

En l’absence d’optimiseurs ou de micro-onduleur, l’ombrage est le pire ennemi du photovoltaïque. L’effet de l’ombrage sur les cellules photovoltaïques est comparable à l’effet provoqué par la torsion d’une partie d’un tuyau d’arrosage : c’est le point faible qui détermine l’intensité générée !

Une cellule ombrée va donc limiter la puissance générée. Il est donc impératif de choisir un endroit qui soit le moins possible soumis aux ombres fixes provoquées par l’environnement (attention aux cheminées !).

Sur une toiture plate, on devra veiller tout particulièrement à l’ombrage généré par les panneaux entre eux. La formule suivante permet d’estimer l’espace nécessaire entre les panneaux. En général, on estime que la surface de panneaux correspond à environ un tiers de la surface de la toiture plate. (En tenant compte d’un recul imposé de 1,5m par rapport au bord).

Dimensionnement de l’entre-axe entre deux capteurs

L’entre-axe entre deux rangées de capteurs est défini par la formule suivante :

Entre axe = d + b = h (cos β+ sin β/ tg α)

où,

  • h =dimension du capteur.
  • α = hauteur solaire minimum (généralement prise le 21 décembre soit un angle de 16°).
  • β = inclinaison des capteurs.

En considérant des capteurs de 1,2 m de large, l’entre-axe des rangées de capteurs est de : 1,2 x (cos 35° + sin 35°/tg16°) = 3,38 m.

En pratique, sur toiture plate, on préfère incliner moins les modules, car on peut dès lors placer plus de modules et au final produire plus que si l’angle optimal avec été utilisé. En sus, en réduisant l’inclinaison, la prise au vent est également moins importante. Enfin, l’option de placer les panneaux en mode Est-Ouest permet une optimisation de la surface encore plus grande.

Si une ombre est inévitable, il est important que les modules soient correctement disposés afin de diminuer les pertes de productions. Les diodes de by pass servent à éviter les effets dits de “points chauds” détériorant les performances et peuvent dans ce cas limiter le nombre de cellules affectées par l’ombrage. L’ombrage doit être un paramètre important à prendre en compte lors de la conception et lors du raccordement des modules entre eux (en série ou en parallèle).

Dans l’exemple suivant, la configuration de droite permet de limiter l’effet de l’ombrage en by passant uniquement les strings ombrés. Dans la situation de gauche, l’ombre peut provoquer jusqu’à l’annulation complète de la production des modules.

L’influence de l’ombrage temporaire (feuille, saleté,…) n’est normalement que limitée, car une inclinaison de 15° suffit déjà à l’auto nettoyage du vitrage.