Système de panneaux Solaire pour un Bâtiment

Système de panneaux Solaire pour un Bâtiment

Système de panneaux Solaire pour un Bâtiment

Contexte : L'autoconsommation avec l'énergie photovoltaïqueTechnologie qui convertit la lumière du soleil directement en électricité grâce à des cellules semi-conductrices..

Dans le cadre de la transition énergétique, de plus en plus de foyers cherchent à produire leur propre électricité. Cet exercice a pour but de vous guider à travers les étapes clés du dimensionnement d'une installation solaire pour une maison individuelle, afin de couvrir une partie significative de ses besoins énergétiques annuels. Nous prendrons l'exemple d'une famille vivant à Lille et souhaitant évaluer la faisabilité de son projet.

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à manipuler les concepts fondamentaux de l'énergie solaire, comme la consommation, l'irradiation et la puissance-crête, pour aboutir à une estimation concrète du nombre de panneaux nécessaires.


Objectifs Pédagogiques

  • Comprendre et utiliser la notion d'irradiation solaire pour une localité donnée.
  • Calculer la puissance-crête nécessaire pour une installation photovoltaïque.
  • Déterminer le nombre de panneaux et la surface de toiture requise.
  • Saisir l'importance du ratio de performance dans le rendement global d'un système.

Données de l'étude

On étudie le cas d'une maison individuelle à Lille (Nord de la France) habitée par une famille de 4 personnes. Le toit a une pente de 30° et est orienté plein sud, ce qui est idéal pour la production solaire.

Schéma de l'installation envisagée
Panneaux S Maison individuelle - Toiture Sud
Nom du Paramètre Description Valeur Unité
Consommation annuelle Besoin électrique total du foyer sur un an. 4500 kWh/an
Irradiation solaire Énergie solaire reçue annuellement à Lille sur une surface inclinée à 30° orientée sud. 1150 kWh/kWc/an
Puissance panneau Puissance nominale d'un panneau solaire standard. 375 Wc
Ratio de performance Rendement global du système (pertes onduleur, câbles, température...). 0.85 -
Surface panneau Surface d'un panneau solaire standard. 1.8

Questions à traiter

  1. Calculer la puissance-crête (en Wc) de l'installation nécessaire pour couvrir les besoins annuels du foyer.
  2. Déterminer le nombre de panneaux solaires de 375 Wc à installer.
  3. Estimer la surface totale requise sur la toiture pour cette installation.
  4. Quelle sera la puissance-crête réelle de l'installation avec les 13 panneaux choisis ?
  5. Calculez la production d'énergie annuelle (en kWh) que l'on peut espérer de cette installation.
  6. Comparez l'énergie produite annuellement à la consommation du foyer. Quel est le taux de couverture théorique ?

Les bases de l'énergie solaire photovoltaïque

Pour dimensionner correctement une installation, il est essentiel de maîtriser quelques concepts clés qui lient la consommation d'un bâtiment au potentiel solaire d'un site.

1. Puissance-crête (Watt-crête, Wc)
C'est l'unité de mesure de la puissance d'un panneau solaire dans des conditions standards de test (ensoleillement de 1000 W/m², température de 25°C). Elle sert de référence pour comparer les panneaux entre eux. La production réelle dépendra des conditions locales.

2. Production énergétique (kWh)
L'énergie produite se calcule en multipliant la puissance par le temps. Pour une installation solaire, la production annuelle (en kWh) dépend de la puissance-crête (en kWc) et de l'ensoleillement annuel du lieu (en heures "équivalent plein soleil"). La formule de base est : \[ E_{\text{produite}} = P_{\text{crête}} \times \text{Irradiation} \times \text{Ratio de performance} \]


Correction : Système de panneaux Solaire pour un Bâtiment

Question 1 : Calcul de la puissance-crête (Wc)

Principe (le concept physique)

L'objectif est de faire en sorte que l'énergie produite par le système sur un an soit égale à l'énergie consommée par le foyer. Pour cela, on part du besoin (la consommation en kWh) et on remonte à la source (la puissance des panneaux en Wc) en tenant compte du potentiel solaire du lieu et des pertes inévitables du système.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La production énergétique d'un kilowatt-crête (kWc) installé dépend directement de l'irradiation locale. Par exemple, 1 kWc de panneaux produira plus d'énergie à Marseille qu'à Lille. On utilise une donnée appelée "productible" qui est l'irradiation annuelle en kWh par kWc installé. En France, cette valeur varie de 900 à 1400 kWh/kWc/an. Il faut ensuite appliquer le ratio de performance pour obtenir la production nette.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

La logique de ce calcul est fondamentale en ingénierie : on part toujours du besoin final (ici, 4500 kWh d'électricité) pour dimensionner l'outil de production (l'installation solaire). Ne vous laissez pas impressionner par les unités, la démarche est très logique.

Normes (la référence réglementaire)

Les installations photovoltaïques raccordées au réseau en France doivent respecter les prescriptions du guide UTE C 15-712-1. Bien que ce guide traite de la conception électrique détaillée, il sous-tend que le dimensionnement initial doit être cohérent avec les besoins et le potentiel de production.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Production annuelle nette par kWc

\[ \text{Prod}_{\text{nette}} (\text{kWh/kWc}) = \text{Irradiation} (\text{kWh/kWc}) \times \text{Ratio de performance} \]

Puissance-crête requise

\[ P_{\text{crête}} (\text{kWc}) = \frac{\text{Consommation annuelle} (\text{kWh})}{\text{Prod}_{\text{nette}} (\text{kWh/kWc})} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • L'irradiation et la consommation annuelles sont des valeurs moyennes fiables.
  • Le ratio de performance de 0.85 est constant sur l'année.
  • L'installation ne subit aucun ombrage.
  • Le vieillissement des panneaux n'est pas pris en compte dans ce calcul initial.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
  • Consommation annuelle : 4500 kWh
  • Irradiation solaire à Lille : 1150 kWh/kWc/an
  • Ratio de performance : 0.85
Astuces (Pour aller plus vite)

Pour une vérification rapide, on peut utiliser une approximation : en France, 1 kWc de panneaux produit en moyenne 1000 kWh par an. Pour 4500 kWh, il faudrait donc environ 4.5 kWc. Notre calcul précis devrait être proche de cette valeur.

Schéma (Avant les calculs)
Schéma du Problème
Irradiation: 1150 kWh/kWc/anBesoin = 4500 kWh/an
Calcul(s) (l'application numérique)

Étape 1 : Calcul de la production nette par kWc

\[ \begin{aligned} \text{Prod}_{\text{nette}} &= 1150 \ \text{kWh/kWc} \times 0.85 \\ &= 977.5 \ \text{kWh/kWc} \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul de la puissance-crête requise en kWc

\[ \begin{aligned} P_{\text{crête}} &= \frac{4500 \ \text{kWh}}{977.5 \ \text{kWh/kWc}} \\ &= 4.603 \ \text{kWc} \end{aligned} \]

Étape 3 : Conversion en Watt-crête (Wc)

\[ \begin{aligned} P_{\text{crête}} &= 4.603 \ \text{kWc} \times 1000 \\ &= 4603 \ \text{Wc} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Pas de schéma pertinent après ce calcul purement numérique.

Réflexions (l'interprétation du résultat)

Le résultat de 4603 Wc représente la puissance totale que l'ensemble des panneaux doit pouvoir générer dans des conditions standards pour espérer atteindre l'objectif de 4500 kWh produits sur une année à Lille. C'est une puissance typique pour une installation résidentielle visant une forte autoconsommation.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Attention à ne pas confondre la puissance (Wc ou kWc) et l'énergie (Wh ou kWh). La puissance est instantanée, tandis que l'énergie est la puissance accumulée sur une période. Une autre erreur commune est d'oublier le ratio de performance, ce qui conduirait à sous-dimensionner l'installation de 15% dans notre cas.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
  • La puissance à installer dépend inversement de l'ensoleillement : moins il y a de soleil, plus il faut de puissance.
  • Le ratio de performance est crucial car il représente les pertes réelles du système.
  • La formule clé est : \(P_{\text{crête}} = \frac{\text{Besoin}}{\text{Irradiation} \times \text{Ratio}}\).
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

L'effet photovoltaïque a été découvert en 1839 par le physicien français Edmond Becquerel. Il a constaté qu'une électrode en platine plongée dans une solution conductrice produisait un courant électrique lorsqu'elle était exposée à la lumière.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La puissance-crête requise pour l'installation est d'environ 4603 Wc.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension)

Si cette même famille habitait à Nice, où l'irradiation est de 1450 kWh/kWc/an, quelle serait la puissance-crête requise ?


Question 2 : Détermination du nombre de panneaux

Principe (le concept physique)

Maintenant que nous connaissons la puissance totale requise pour l'installation, il suffit de la diviser par la puissance d'un seul panneau pour savoir combien de panneaux nous devons installer sur le toit. C'est un simple passage d'une puissance totale à un nombre d'unités.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Le choix de la puissance unitaire des panneaux (ici 375 Wc) est un compromis. Des panneaux plus puissants (ex: 425 Wc ou 500 Wc) permettent de réduire le nombre total de panneaux et donc potentiellement le temps d'installation, mais ils sont souvent plus chers et plus grands. Le 375 Wc représente un standard très courant et efficace pour le résidentiel.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Cette étape est très concrète. Elle transforme un chiffre de calcul (4603 Wc) en un élément physique et comptable (des panneaux). Notez bien la nécessité d'arrondir, car le monde réel ne fonctionne pas avec des fractions de panneaux !

Normes (la référence réglementaire)

Il n'y a pas de norme directe pour ce calcul, mais le choix final du nombre de panneaux impactera la configuration électrique (nombre de "strings", tension à vide totale) qui, elle, est très réglementée par le guide UTE C 15-712-1 pour des raisons de sécurité.

Formule(s) (l'outil mathématique)
\[ \text{Nombre de panneaux} = \lceil \frac{P_{\text{crête totale requise}} (\text{Wc})}{P_{\text{d'un panneau}} (\text{Wc})} \rceil \]

Le symbole \(\lceil \ \rceil\) signifie qu'on arrondit au nombre entier supérieur (fonction "plafond").

Hypothèses (le cadre du calcul)
  • On suppose que tous les panneaux utilisés ont exactement la même puissance nominale de 375 Wc.
  • On fait l'hypothèse qu'il est préférable de surproduire légèrement plutôt que de ne pas atteindre l'objectif, d'où l'arrondi au supérieur.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
  • Puissance-crête totale requise : 4603 Wc (résultat de la Q1)
  • Puissance d'un panneau : 375 Wc
Astuces (Pour aller plus vite)

Pour estimer rapidement, on peut diviser la puissance en kWc par la puissance du panneau en kWc. Ici : \(4.6 \ \text{kWc} / 0.375 \ \text{kWc} \approx 12.2\). On sait donc qu'il en faudra un peu plus de 12.

Schéma (Avant les calculs)

Pas de schéma pertinent pour cette étape.

Calcul(s) (l'application numérique)
\[ \begin{aligned} \text{Nombre de panneaux} &= \frac{4603}{375} \\ &= 12.27 \\ &\Rightarrow 13 \text{ panneaux} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Arrangement des 13 panneaux
Exemple de disposition (2 rangées de 6 + 1)
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Le calcul nous donne un nombre non entier. Comme on ne peut pas installer une fraction de panneau, il faut toujours arrondir au nombre entier supérieur pour être sûr d'atteindre ou de dépasser légèrement l'objectif de production. Si on arrondissait à l'inférieur (12 panneaux), la production serait légèrement inférieure à 4500 kWh/an.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

L'erreur la plus commune est d'arrondir de manière incorrecte. En ingénierie, l'arrondi doit être justifié : ici, on arrondit au supérieur pour garantir que le besoin est couvert. Dans d'autres contextes (calcul de résistance), on arrondirait à l'inférieur par sécurité.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
  • Le nombre de panneaux est une valeur discrète (entière).
  • Il faut toujours arrondir le résultat d'une division en fonction de l'objectif (ici, atteindre une production cible).
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Les panneaux solaires sont souvent montés en "strings" (chaînes en série) pour atteindre une tension de fonctionnement optimale pour l'onduleur. Le nombre de panneaux par string est limité par la tension maximale que peut accepter l'onduleur.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
Il faudra installer 13 panneaux solaires.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension)

Avec la même puissance requise de 4603 Wc, combien de panneaux de 410 Wc faudrait-il ?


Question 3 : Estimation de la surface de toiture

Principe (le concept physique)

Connaissant le nombre de panneaux et la surface d'un seul panneau, on peut facilement calculer la surface totale que l'installation occupera sur la toiture. C'est une information cruciale pour vérifier si le projet est physiquement réalisable.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La surface d'un panneau est directement liée à sa puissance et à son rendement. Un panneau standard a un rendement d'environ 20-21%. Cela signifie que sur les 1000 W d'énergie solaire qui frappent 1 m² de surface, le panneau en convertit environ 200-210 W en électricité. Pour un panneau de 375 Wc, il faut donc une surface d'environ \(375 / 210 \approx 1.8 \text{ m}^2\).

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Cette étape est le test de la réalité. Un projet peut sembler parfait sur le papier, mais si vous n'avez pas la place physique sur le toit, il est irréalisable. Pensez toujours à confronter vos calculs aux contraintes géométriques.

Normes (la référence réglementaire)

Les règles d'urbanisme (Plan Local d'Urbanisme - PLU) de la commune peuvent imposer des contraintes sur l'aspect visuel des toitures et donc sur l'intégration des panneaux solaires. De plus, des distances de sécurité par rapport aux bords du toit et aux obstacles doivent être respectées.

Formule(s) (l'outil mathématique)
\[ \text{Surface}_{\text{totale}} = \text{Nombre de panneaux} \times \text{Surface}_{\text{panneau}} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • On ne tient pas compte de l'espace nécessaire entre les panneaux pour la fixation (généralement quelques centimètres). Le calcul donne la surface "active" des panneaux.
  • On suppose que la surface de toit disponible est un rectangle simple, sans obstacles.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
  • Nombre de panneaux : 13 (résultat de la Q2)
  • Surface d'un panneau : 1.8 m²
Astuces (Pour aller plus vite)

Une règle simple est de compter environ 5 m² de toiture pour 1 kWc installé. Pour notre projet de 4.6 kWc, on s'attend à une surface d'environ \(4.6 \times 5 = 23 \text{ m}^2\).

Schéma (Avant les calculs)

Pas de schéma pertinent pour cette étape.

Calcul(s) (l'application numérique)
\[ \begin{aligned} \text{Surface}_{\text{totale}} &= 13 \times 1.8 \ \text{m}^2 \\ &= 23.4 \ \text{m}^2 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Encombrement sur toiture
Surface totale ≈ 23.4 m²
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Une surface de 23.4 m² est une surface conséquente. Avant de lancer le projet, le propriétaire doit s'assurer qu'il dispose de cette surface disponible sur son pan de toit sud, sans obstacles (cheminée, velux, ombre d'un arbre voisin...) qui pourraient réduire la production.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Ne pas oublier que la surface calculée est la surface nette des panneaux. Il faut prévoir une marge supplémentaire pour les systèmes de fixation et les distances de sécurité par rapport aux bords de la toiture (environ 30-40 cm).

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
  • La surface est une contrainte physique majeure d'un projet solaire.
  • Le calcul est simple : \(S_{\text{totale}} = N_{\text{panneaux}} \times S_{\text{panneau}}\).
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Les tuiles solaires sont une alternative esthétique aux panneaux traditionnels. Elles s'intègrent directement à la toiture en remplaçant les tuiles classiques. Cependant, leur coût est généralement plus élevé et leur rendement surfacique un peu plus faible.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La surface de toiture nécessaire est de 23.4 m².
A vous de jouer (pour verifier la comprehension)

Si l'on installait 12 panneaux de 410 Wc (surface 2.0 m²), quelle serait la surface requise ?


Question 4 : Puissance-crête réelle de l'installation

Principe (le concept physique)

Puisque nous avons arrondi le nombre de panneaux à l'entier supérieur, la puissance-crête réellement installée sera légèrement supérieure à la puissance-crête que nous avions calculée comme étant strictement nécessaire. Ce calcul simple permet de connaître la puissance exacte de notre future installation.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La puissance-crête totale d'une installation est la somme des puissances-crêtes de tous les panneaux qui la composent. C'est cette puissance totale qui est utilisée pour déclarer l'installation auprès du gestionnaire de réseau (Enedis en France) et pour bénéficier des aides éventuelles. Les seuils administratifs sont souvent basés sur cette puissance (ex: 3 kWc, 9 kWc).

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Cette question est une étape de "bouclage" : nous partons du nombre de panneaux que nous avons choisi pour revenir à une puissance. Cela permet de figer les caractéristiques du système que nous allons utiliser dans les questions suivantes.

Normes (la référence réglementaire)

La puissance-crête de l'installation est une donnée administrative clé. Par exemple, en France, les installations jusqu'à 3 kWc bénéficient d'un taux de TVA réduit et de démarches simplifiées. Notre installation (supérieure à 3 kWc) nécessitera une déclaration préalable de travaux en mairie.

Formule(s) (l'outil mathématique)
\[ P_{\text{crête réelle}} = \text{Nombre de panneaux installés} \times P_{\text{panneau}} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • On confirme l'utilisation de 13 panneaux.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
  • Nombre de panneaux installés : 13
  • Puissance d'un panneau : 375 Wc
Astuces (Pour aller plus vite)

Pas d'astuce particulière pour ce calcul simple.

Schéma (Avant les calculs)

Pas de schéma pertinent pour cette étape.

Calcul(s) (l'application numérique)
\[ \begin{aligned} P_{\text{crête réelle}} &= 13 \times 375 \ \text{Wc} \\ &= 4875 \ \text{Wc} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Pas de schéma pertinent pour cette étape.

Réflexions (l'interprétation du résultat)

L'installation aura une puissance de 4875 Wc (soit 4.875 kWc). Cette valeur est la référence officielle de l'installation, celle qui sera utilisée dans les documents administratifs et pour le suivi de production. Elle est légèrement supérieure aux 4603 Wc requis, ce qui est une bonne chose.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Veillez à bien utiliser le nombre de panneaux réellement installés (13) et non le résultat non arrondi du calcul (12.27). Une petite différence qui change tout le résultat.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
  • La puissance réelle est le produit du nombre de panneaux (entier) par leur puissance unitaire.
  • Cette puissance est la "carte d'identité" de l'installation.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

La puissance de l'onduleur est souvent légèrement inférieure à la puissance-crête des panneaux (on parle d'"écrêtage"). Cela permet à l'onduleur de fonctionner plus souvent à son rendement optimal et de réduire son coût, car les moments où les panneaux atteignent leur puissance maximale sont rares dans l'année.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La puissance-crête réelle de l'installation sera de 4875 Wc.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension)

Quelle serait la puissance réelle d'une installation de 12 panneaux de 410 Wc ?


Question 5 : Production d'énergie annuelle attendue

Principe (le concept physique)

Maintenant que nous connaissons la puissance-crête réelle de l'installation, nous pouvons utiliser la formule de production pour calculer plus précisément l'énergie (en kWh) que le système devrait générer sur une année complète à Lille.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La production annuelle est le principal indicateur de performance économique et écologique d'une installation. C'est cette valeur en kWh qui sera soit autoconsommée (ce qui réduit la facture d'électricité), soit vendue au réseau (ce qui génère un revenu). Une estimation fiable est donc cruciale pour évaluer la rentabilité du projet.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Nous refaisons ici le calcul de la Question 1, mais "à l'endroit". Nous partons de la puissance installée pour trouver l'énergie produite. C'est une excellente façon de vérifier la cohérence de toute la démarche.

Normes (la référence réglementaire)

Pas de norme directe, mais cette estimation de production est la base des contrats de vente de surplus avec des agrégateurs ou EDF Obligation d'Achat.

Formule(s) (l'outil mathématique)
\[ E_{\text{produite}} = P_{\text{crête réelle}} (\text{kWc}) \times \text{Irradiation} (\text{kWh/kWc}) \times \text{Ratio de performance} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)

On reprend les mêmes hypothèses que pour la Question 1 (irradiation et ratio de performance constants).

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
  • Puissance-crête réelle : 4875 Wc = 4.875 kWc
  • Irradiation solaire à Lille : 1150 kWh/kWc/an
  • Ratio de performance : 0.85
Astuces (Pour aller plus vite)

Pas d'astuce particulière pour ce calcul.

Schéma (Avant les calculs)

Pas de schéma pertinent pour cette étape.

Calcul(s) (l'application numérique)
\[ \begin{aligned} E_{\text{produite}} &= 4.875 \ \text{kWc} \times 1150 \ \text{kWh/kWc} \times 0.85 \\ &= 4764.84 \ \text{kWh/an} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Pas de schéma pertinent pour cette étape.

Réflexions (l'interprétation du résultat)

L'installation devrait produire environ 4765 kWh par an. C'est cette valeur que l'on compare à la consommation annuelle du foyer pour évaluer la pertinence du projet. On voit que cette production est supérieure à la consommation de 4500 kWh, ce qui confirme que notre dimensionnement est correct et même légèrement surdimensionné, offrant une marge de sécurité.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

L'erreur classique est d'oublier de convertir la puissance réelle de Wc en kWc avant de la multiplier par l'irradiation (qui est en kWh/kWc). Un facteur 1000 d'erreur est vite arrivé !

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
  • La production d'énergie est le but final du système.
  • Elle se calcule en multipliant la puissance réelle (en kWc) par le productible net (Irradiation x Ratio).
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

La production solaire n'est pas constante. Environ 70% de la production annuelle en France est réalisée entre avril et septembre. Le dimensionnement doit donc tenir compte de cette saisonnalité : on surproduit en été et on sous-produit en hiver.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La production annuelle attendue est d'environ 4765 kWh.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension)

Quelle serait la production annuelle à Nice (1450 kWh/kWc) avec cette même installation de 4.875 kWc ?


Question 6 : Taux de couverture théorique

Principe (le concept physique)

Le taux de couverture (ou taux d'autonomie) permet de visualiser en pourcentage la part de la consommation électrique annuelle qui est couverte par la production solaire locale. C'est un indicateur clé pour juger de la performance et de l'intérêt d'une installation.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Il ne faut pas confondre le taux de couverture (calculé ici, sur une base annuelle) et le taux d'autoconsommation. Le taux d'autoconsommation est la part de l'énergie produite qui est consommée instantanément sur place. Un taux de couverture de 100% ne signifie pas une facture de 0€, car il y aura toujours des moments où l'on consomme sans produire (la nuit) et où l'on produit sans consommer (en journée quand la maison est vide).

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Ce dernier calcul est une synthèse qui permet de répondre à la question initiale du client : "est-ce que l'installation couvrira mes besoins ?". Le pourcentage est un indicateur très parlant et facile à comprendre.

Normes (la référence réglementaire)

Pas de norme, mais cet indicateur est central dans les études de faisabilité et les offres commerciales des installateurs.

Formule(s) (l'outil mathématique)
\[ \text{Taux de couverture} \ (\%) = \frac{E_{\text{produite annuelle}}}{E_{\text{consommée annuelle}}} \times 100 \]
Hypothèses (le cadre du calcul)

On suppose que la consommation du foyer reste stable à 4500 kWh/an.

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
  • Énergie produite : 4765 kWh/an
  • Énergie consommée : 4500 kWh/an
Astuces (Pour aller plus vite)

Pas d'astuce particulière pour ce calcul.

Schéma (Avant les calculs)

Pas de schéma pertinent pour cette étape.

Calcul(s) (l'application numérique)
\[ \begin{aligned} \text{Taux de couverture} &= \frac{4765}{4500} \times 100 \\ &= 105.9 \ \% \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Bilan Énergétique Annuel
Consommation4500 kWhProduction4765 kWh100%0%Surplus +5.9%
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Un taux de couverture de 105.9% signifie que, sur l'ensemble de l'année, l'installation produit plus d'énergie que le foyer n'en consomme. Le surplus (5.9%) pourra être vendu au réseau électrique. Attention, cela ne signifie pas que le foyer sera 100% autonome à chaque instant : il y aura des moments où il produira beaucoup plus que ses besoins (en été, à midi) et d'autres où il devra importer de l'électricité du réseau (la nuit, en hiver).

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Ne jamais présenter ce chiffre comme un "taux d'autonomie" sans expliquer la nuance. Un client pourrait croire qu'il n'aura plus jamais de facture d'électricité, ce qui est faux. La facture sera fortement réduite, mais pas nulle, à cause du décalage entre production et consommation.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
  • Le taux de couverture est le bilan énergétique global sur l'année.
  • Il ne reflète pas l'autonomie instantanée du foyer.
  • Un taux > 100% signifie une production annuelle excédentaire.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Pour augmenter le taux d'autoconsommation (et donc l'autonomie réelle), on peut ajouter des batteries de stockage. Elles permettent de stocker le surplus produit en journée pour le consommer le soir et la nuit, réduisant ainsi la dépendance au réseau.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
Le taux de couverture théorique de l'installation est de 105.9%.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension)

Si la consommation du foyer augmentait à 5000 kWh/an, quel serait le nouveau taux de couverture avec la même installation ?


Outil Interactif : Simulateur de Dimensionnement

Utilisez les curseurs pour voir comment la consommation annuelle de votre foyer et l'ensoleillement de votre région influencent la taille de l'installation solaire nécessaire.

Paramètres d'Entrée
4500 kWh
1150 kWh/kWc
Résultats Clés (pour un ratio de 0.85)
Puissance crête requise (Wc) -
Nombre de panneaux (375 Wc) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Que mesure l'unité "Watt-crête" (Wc) ?

2. Quel est le facteur le plus important pour la production annuelle d'une installation ?

3. Le ratio de performance (estimé ici à 0.85) prend en compte :

4. Pour une production optimale en France métropolitaine, quelle est la meilleure orientation pour des panneaux solaires ?

5. Si on augmente la consommation annuelle d'un foyer, la puissance-crête nécessaire...


Glossaire

Watt-crête (Wc)
Unité de mesure de la puissance d'un panneau photovoltaïque dans des conditions de test standardisées (ensoleillement de 1000 W/m², température de 25°C, spectre lumineux AM 1.5). C'est la valeur de référence pour comparer les panneaux.
Irradiation Solaire
Quantité d'énergie solaire reçue par unité de surface sur une période donnée. Elle est généralement exprimée en kWh/m²/an ou en kWh/kWc/an pour le dimensionnement.
Ratio de Performance
Pourcentage de l'énergie théoriquement productible qui est effectivement injectée dans le réseau ou consommée. Il représente l'efficacité globale du système en tenant compte de toutes les pertes (onduleur, câbles, température, etc.).
Onduleur
Appareil électronique qui convertit le courant continu produit par les panneaux solaires en courant alternatif utilisable par les appareils électriques de la maison et compatible avec le réseau public.
Système de panneaux Solaire pour un Bâtiment

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1 Commentaire
  1. KOUTCHIKO

    C’est superbe

    Réponse
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