Les panneaux solaires sont composés de cellules photovoltaïques qui captent la lumière du soleil pour produire de l'électricité — sans pièces mobiles, sans pollution et sans bruit. Ils présentent néanmoins un inconvénient majeur : ils ne fonctionnent que lorsqu'ils sont exposés au rayonnement solaire. À l'ombre, un panneau solaire ne génère aucune énergie, et cela peut même s'aggraver. Selon le type de panneau et la façon dont les panneaux sont interconnectés, une simple zone d'ombre couvrant une petite partie du panneau peut faire chuter la production à zéro.
La cellule photovoltaïque : le cœur du système
Les cellules solaires photovoltaïques sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs. Deux variantes de matériaux semi-conducteurs, préparées différemment, sont superposées afin de créer une zone de jonction qui agit comme une diode : elle laisse passer le courant plus facilement dans un sens que dans l'autre. Lorsque la lumière du soleil frappe le panneau, elle génère un courant qui circule dans un seul sens à travers cette jonction.
En revanche, lorsque la cellule n'est pas éclairée, elle présente une « polarisation inverse », c'est-à-dire une tension opposée à celle d'une cellule éclairée. Le problème, c'est qu'aucune cellule ne fonctionne jamais seule.
À l'échelle du panneau
Pour obtenir un courant utile à une tension exploitable, les cellules solaires individuelles sont regroupées en « séries » (ou strings). Dans le cas des cellules photovoltaïques en silicium monocristallin ou polycristallin, plusieurs cellules sont intégrées sur une même plaquette, puis les plaquettes sont reliées entre elles.
Si une cellule se trouve à l'ombre, la cellule « défectueuse » va alors soutirer le courant produit par les bonnes cellules, réduisant ainsi la production de l'ensemble du panneau. Cet effet peut être limité grâce aux diodes by-pass (diodes de dérivation). Toutefois, en raison des contraintes de fabrication, les cellules en silicium mono- et polycristallin ne peuvent pas intégrer autant de diodes by-pass que les panneaux solaires à couches minces. Dans une étude de simulation numérique, V. Quaschning et R. Hanitsch ont démontré qu'un ombrage de seulement 2 % de la surface d'un module pouvait entraîner une perte de performance allant jusqu'à 70 %.
À l'échelle du module
Afin de stabiliser les variations de production et de convertir le courant continu (CC) des panneaux solaires en courant alternatif (CA), utilisé dans la plupart des foyers, la production des panneaux est acheminée vers un onduleur. Très souvent, de nombreux panneaux sont connectés ensemble au sein d'un module via un unique « onduleur central » (string inverter).
Si un seul de ces panneaux est ombragé, il tire le courant des autres panneaux du module — exactement comme une cellule défectueuse peut compromettre la production d'un panneau entier. Ce problème peut toutefois être résolu en installant des micro-onduleurs, des appareils plus compacts fixés directement sur chaque panneau.
Que se passe-t-il par temps nuageux ?
Le problème fondamental derrière cette chute de production à l'ombre réside dans la non-uniformité entre les cellules ou entre les panneaux. Lorsqu'un élément d'une série fonctionne mal, il entraîne vers le bas tous les autres éléments.
Alors, qu'en est-il des jours nuageux ? Tant que la production des cellules et des panneaux reste homogène, la production globale sera simplement réduite, sans effet destructeur. Il faut savoir qu'un ciel couvert diffuse encore une partie du rayonnement solaire : les panneaux continuent donc de produire, mais avec un rendement moindre.
Pour améliorer les performances, l'étude « Improved Photovoltaic Energy Output » rappelle que « le suivi à deux axes, consistant à orienter les modules solaires vers le soleil, améliore la captation globale de l'énergie solaire d'une surface donnée de modules de 30 à 50 % ». Un système de suivi solaire s'avère donc particulièrement efficace lors des journées nuageuses ou voilées.
En résumé
Les nuages et l'ombre n'affectent pas un panneau solaire de la même manière : une ombre localisée peut drastiquement réduire, voire annuler, la production d'une série entière de cellules, tandis qu'une couverture nuageuse uniforme se contente de diminuer le rendement global. Le choix d'un équipement adapté — diodes by-pass, micro-onduleurs ou systèmes de suivi à deux axes — permet de limiter considérablement ces pertes.
Source : https://jardin.98905.com/building-remodeling/energy-efficient-homes/1007119227.html