Inclinaison des panneaux solaires
Par jmspaggi le Avr 3, 2009 | Dans Chauffe-eau solaire
Ayant prévu de faire installer prochainement des panneaux solaires (tubes sous vide), je me suis penché sur la question de l'inclinaison de ceux-ci.
La majorité des installateurs recommandent une inclinaison de 45 degrés. Pour les tubes, on recommande de plus grandes inclinaisons pour réduire le risque d'accumulation de neige (je ferais un article ultérieurement à ce sujet). Mais qu'en est-il des performances?
La premiere méthode que j'ai utilisé pour évaluser l'inclinaison des panneaux est basée sur les résultats donnés par l'outil RETScreen. En effet dans ce dernier, vous avez la possibilité de modifier l'angle d'installation des panneaux (Slope of solar collector) et de constater l'impact sur l'énergie reçue (Monthly average daily radiation in plane of solar collector(kWh/m²/d)).
La deuxième méthode, plus traditionnelle, se base tout simplement sur la position du soleil et sur le fait que pour recevoir la plus grande quantité d'énergie possible, le panneau doit être installé face au soleil, la surface du panneau étant alors à 90 degrés des rayons solaires.
Bien qu'il semble plus naturel d'utiliser le chiffres basés sur la position du soleil, je pense que les chiffres donnés par RETScreen sont plus performants et j'expliquerai pourquoi à la fin de cet article.
Analyse basée sur RETScreen
Basé sur les chiffres donnés par RETScreen, la meilleure inclinaison pour les panneaux à Montréal est de 37 degrés à l'année, avec laquelle on obtient un rendement moyen de 3,982 kWh/m²/j.
Or si vous avez le courage d'ajuster vos panneaux (ou les moyens de les faire ajuster) au printemps et à l'automne, vous pourriez en retirer encore plus d'énergie.
En effet, pour la période du 21 mars au 20 septembre, l'inclinaison la plus optimale est de 18 degrés, ce qui permet de récupérer en moyenne 5,049 kWh/m²/j.
Pour la période du 21 septembre au 20 mars, l'inclinaison la plus optimale est de 64 degrés, ce qui permet de récupérer en moyenne 3,36 kWh/m²/j.
Sur l'année, ces petites interventions vous permettent d'obtenir un rendement moyen de 4,2045 kWh/m²/j, soit un gain de 5,29% par rapport à une installation non modifiée.
Maintenant, on pourrait pousser l'optimisation encore plus loin afin d'en tirer le maximum. Il serait possible de modifier l'inclinaison tous les mois, ou encore 4 fois par an, etc.
Janvier: 76 degrés avec 3,5523 kWh/m²/j.
Février: 69 degrés avec 4,3447 kWh/m²/j.
Mars: 50 degrés avec 4,6818 kWh/m²/j.
Avril: 25 degrés avec 4,6033 kWh/m²/j.
Mai: 11 degrés avec 5,1897 kWh/m²/j.
Juin: 2 degrés avec 5,7220 kWh/m²/j.
Juillet: 7 degrés avec 5,8302 kWh/m²/j.
Août: 20 degrés avec 4,9614 kWh/m²/j.
Septembre: 36 degrés avec 4,3685 kWh/m²/j.
Octobre: 53 degrés avec 3,3253 kWh/m²/j.
Novembre: 62 degrés avec 2,1705 kWh/m²/j.
Décembre: 76 degrés avec 2,3330 kWh/m²/j.
Ce qui ferait une moyenne de 4,2568 kWh/m²/j, soit un gain de 6,46% par rapport à une installation statique.
Maintenant, à vous de choisir. 12 interventions sur vos panneaux pour 6,46% de chaleur en plus? 2 interventions pour 5,29%? Ou alors une installation statique? Vous pouvez aussi couper la poire en deux et modifier l'inclinaison 3 ou 4 fois par an. À vous de choisir. Pour ma part, je pense m'orienter vers 3 ou 4 visites sur le toit. Cela me permettra aussi de m'assurer que l'installation est toujours en bon état et d'effectuer un peu d'entretien si nécessaire.
Comme dans tout, la modération donne les meilleurs résultats. 12 modifications apporteraient à peine plus de 1% de chaleur de plus que seulement 2 modifications. Est-ce vraiment nécessaire?
Concernant les degrés d'inclinaison, vous remarquerez que pendant les mois d'hiver, l'inclinaison recommandée est supérieure à 60 degrés, ce qui réduit de beaucoup les risques d'accumulation de neige sur vos panneaux.
Analyse basée sur la position du soleil dans le ciel
Les données utilisés pour cet analyse sont assez simple à trouver sur internet. Vous pouvez consulter la courbe du soleil ICI.
L'équation correspondante se trouve ICI.
Pour résumer, voici ce qu'il faut retenir.
Inclinaison = (latitude du lieu) ? Arcsinus ( 0,4*Sinus*(N.360/365))
N = étant le nombre de jours entre l?équinoxe de printemps (21 mars de chaque année) et le jour considéré, de signe négatif vers la saison froide.
Pour Montréal, la latitude est de 45,54.
Ce qui donne, par exemple, pour le premier janvier, inclinaison = 45,54 - arcsinus (0,4*sinus(-80*360/365)) = 68,65 degrés
Ainsi, l'inclinaison moyenne sur l'année est de 45,17 degrés.
Pour chaque mois, on obtient les valeurs suivants.
Janvier: 66,18
Février: 58,26
Mars: 47,26
Avril: 35,69
Mai: 26,63
Juin: 22,43
Juillet: 24,37
Aout: 31,89
Septembre: 42,67
Octobre: 54,27
Novembre: 63,88
Decembre: 68,5
Si vous souhaitez avoir 2 inclinaisons, il semblerait que les valeurs optimables soient de 30,61 degrés pour les mois de avril à fin septembre, et de 59,73 de octobre à fin mars.
Je n'ai malheureusement aucune idée comment calculer la quantité d'énergie que cela représente.
Quelle inclinaison choisir?
RETScreen vs position du soleil, quelle inclinaison est la plus optimale, et pourquoi? Voici pourquoi je pense que les chiffres de RETScreen sont plus optimaux que ceux basés sur la position du soleil. Attention, ceci est ma propre analyse. Même si j'ai passé beaucoup de temps à éplucher les chiffres et les diagrammes, même si je pense que mes conclusions sont bonnes, n'hésitez pas à les vérifier par vous même.
Hiver
En hiver, mais aussi en automne ou au printemps, les angles proposés par RETScreen sont assez similaires à ceux basés sur la position du soleil. En mars par exemple, RETScreen conseil 50 degrés alors que l'inclinaison basée sur la position du soleil est degrés. En décembre, 76 contre 68. Il n'y a pas une grosse différence et je ne m'attarderais donc pas sur ces valeurs.
Été
C'est en été que les choses changent. RETScreen conseil 2 degrés contre 22 pour la position du soleil. Pourquoi?
Il y a à mon avis plusieurs raisons à cela.
La premiere raison se base sur la position du soleil au levé et au coucher. Le 22 mars, le soleil se leve exactement à l'est et se couche exactement à l'ouest. Les panneaux étant installés plein sud, ils profitent donc à 100% de l'énergie solaire.
Mais plus on se rapproche du 22 juin, plus le soleil se leve au nord-est et se couche au nord-ouest.
Plus les panneaux sont inclinés, moins ils vont se faire de l'ombre à eux même quand le soleil. Or avec des panneaux inclinés à 22 degrés, il faudra plus de temps pour le soleil pour atteindre la surface de chauffage qu'avec une inclinaison de 2 degrés. Le 22 juin, cela cela représente 45% de temps de soleil en plus pour une inclinaison à 2 degrés.
Néanmoins, il faut aussi prendre en compte que le fait d'incliner plus les panneaux va réduire la quantité d'énergie reçue.
On gagne donc plus de temps d'ensoleillement, mais on reçois moins d'énergie. Au final, comme le montre RETScreen, je pense que 2 degrés pour le mois de juin vous apporteront plus de chaleurs que 22.
La deuxieme raison est liée à l'inclinaison moyenne. 22 degrés pour le mois de juin représente l'inclinaison minimal du panneaux, c'est à dire l'altitude (90-22=68 degrés) la plus haute pour le soleil. Or il atteint cette altitude seulement une fois dans l'année. Il est donc préférable de trouver une position moyenne qui permet de tirer un profit maximum de l'énergie toute au long de la journée et non pas à un instant précis.
Pour conclure, je vous recommande donc d'incliner vos panneaux suivant les valeurs tirées de RETScreen.
Attention toute fois. Il n'y a pas juste le soleil que vous devez prendre en compte dans votre choix. Certains critères doivent parfois aussi être pris en compte. Par exemple, en hiver, la neige peut recouvrir les panneaux. Ainsi, un angle inférieur à 50 degrés va empecher la neige de glisser Il faudra donc attendre qu'elle fonde, ce qui peut prendre du temps. Au Québec et dans les Maritimes, il peut neiger aussi en avril, ne l'oubliez pas. Ensuite, le vent. Plus l'angle est faible, plus le panneau est couché et moins il va prendre dans le vent. Ceci est encore plus important pour les panneaux plats. Enfin, l'aspect. Certaines municipalités demandent à ce que les panneaux ne soient pas visibles de la rue. Plus l'angle sera élevé, plus les panneaux seront hauts et plus ils seront visibles. Donc fait attention à tous ces critères avant de faire votre choix.
Si vous voulez aller un peu plus loin sur le sujet, voici quelques sites très interessants. Certains parlent de la Suisse, d'autre de la Belgique, mais au final il est assez facile de tenir les mêmes raisonnements quelque soit votre localisation sur le globe.
Energie plus (Belgique)
Mini traité d'électricité (Mais le principe est à peu pret le même pour le solaire)
Animation sur la position du soleil dans le ciel
Lever, coucher, durée du jour à Montréal
JM
19 commentaires
Il n'est pas dit dans cette démonstration s'il s'agit de chauffer l'eau sanitaire ou l'eau du chauffage.Il n'est pas dit s'il s'agit de tube calo. avec ailettes plates ou circulaires.
Trop de possibilités tue la simplicité? il n'est pas nécessaire d'avoir trop d'eau chaude (sanitaire)en été pour en avoir pas assez l'hiver là ou la demande d'électricité est plus importante
Conclusion (vérifiée) une inclinaison +ou-15 % par rapport à la verticale avec tubes à ailettes circulaires type "techisun", sont un bon compromis par rapport à la direction du soleil suivant les saisons d'une part, et suivant la variation dans la journée d'autre part, pour une production d'eau chaude relativement constante.
Il reste à en poser les calculs.....
Vite jmspaggi ta calculette.
Bonjour "MLoquais",Les chiffres et les explications ci-dessous donnent l'énergie solaire reçue par une surface plane face au soleil. Les caractéristiques des capteurs ne sont pas prise en compte. Donc que ce soit des tubes calo, avec ailettes plates ou circulaires, ou encore des panneaux plats "standards", les valeurs restent les mêmes pour tout le monde.
Ensuite, il faut adapter ces chiffres aux caractéristiques des capteurs.
Par exemple, les capteurs à tube sous vide SunRain sont plus performants quand ils forment un angle de 85 degrés avec le soleil et non pas un angle de 90 degrés, alors que les capteurs plats de la compagnie EnerWorks sont plus performants avec un angle de 90 degrés. Il est important que chacun ajuste ses calculs en fonction des caractéristiques qui sont propres à son installation.
L'eau chauffée avec l'installation pourra ensuite service à ce que l'on veut, dans la mesure où on en a besoin. Encore une fois, à chacun de réfléchir à ces besoins. Installer des capteurs solaire et maximiser leur rendement pour l'eau de chauffage en été n'est peut-être pas judicieux. Mais installer un système modulaire, qui peut chauffer l'eau de la piscine ou du spa en été, et l'eau du chauffage en hiver, est peut-être une bonne idée.
Donc une inclinaison de 15% par rapport à la verticale peut être le bon choix pour installation, tout comme elle peut-être le mauvais pour une autre. Dans toutes les installations, il convient de faire d'abord l'état des besoins avant de décider du nombre de capteurs et de leur configuration.
JM
Bonjour,Je vend des panneaux solaire SUNRAIN en France et j'ai développé un logiciel en Flash qui permet de constater l'influence de l'orientation du panneau sur le productible. Il fonctionne pour un rayonnement donné à une date donnée (modifiables).
A ce sujet, je tiens à corriger une idée reçue: les panneaux à tubes ne produisent pas plus lorsque le soleil n'est pas dans l'axe. Cette idée est une mauvaise interprétation de l'Incidence Angle Modifier que l'on trouve dans les rapports de tests Solarkeymark par exemple. Cet indice corrige le facteur de correction qu'est le sinus de l'angle d'incidence. En effet quand le soleil frappe dans l'axe, angle=0, cosinus=1, IAM=1, pas de problème. Quand le soleil est à 50° sur le côté, cosinus=0.64 IAM=1.37, le produit donne 0.87:
un panneau plan donnerait 0.64 * environ 0.95 soit 0.61
Donc le panneau à tube donne plus que le plan quand le soleil n'est pas dans l'axe (à surface d'absorbeur égale).
Par ailleurs les pertes sont nettement moins élevés pour les tubes lorsque la température de l'eau est plus élevée. Mais c'est un autre sujet.
PS: mon site ne fonctionne pas encore bien pour les navigateurs (ou butineurs) non standards que sont les "internet explorer"
Merci beaucoup pour votre commentaire! Cela me surprenait que les tubes produisent plus lorsqu'ils ne sont pas face au soleil.
JM
merci c'est pour le lycée ;) 
Très bonne info qui devrait aider tous les particuliers à se décider ! un site à retenir !! 
ces commentaires sont très utiles et pertinents..merci beaucoup
Et pour une installation située à la position suivante sur terre :Lat 10°66 Long 1°23
quelle inclinaison choisir ??
Merci d'une réponse précise
Bonjour,Je voudrais développer l'energie solaire au Québec.
Connaissez vous des gens qui ont une expérience la bas, ou des gens qui seraient près a ce lancer ?
Est-ce que les tubes de Sunrain supporte la grêle ? le froid intense (-40 degrés..)
Merci pour les infos.
Thierry Vorms
Bonjour Thierry,Mes panneaux sont actuellement installés sur la rue Saint-Denis, à Montréal, sur le toit de mon Duplex.
Donc oui, ils fonctionnent parfaitement malgré la neige, la grêle et le froid.
Contact moi par email si tu as besoin de plus d'information...
JM
slt comment calculer l'inclinaison du capteur solair en utilisant RETscreen ??
meci d'avance
adama nacro du burkina faso.orientation paneau solairs.comment fair les calculs pour installer.energi solairs Bonjour Adama,Si les panneaux sont fixes, la meilleure façon c'est de calculer l'angle du soleil tout au long de l'année, d'en faire une moyenne et d'utiliser cette valeur. Néanmoins, la plus part du temps les panneaux sont montés sur des supports à 45 degrés. Le Burkina Faso étant proche de l'équateur, il pourrait être bon de placer les panneaux à plat, mais faisant ça, ils vont se salire plus facilement, il faudra alors les nettoyer de temps en temps.
JM
Bonjour Radwen,De mémoire, me semble que RETScreen permet de calculer la puissance récupérée en fonction de l'inclinaison, ainsi que d'informations comme la latitude, la longitude, etc. Une façon de procéder et d'y aller par tatonnement en selectionnant un angle, en regardant la puissance obtenue, puis en ajustant l'angle dans le logiciel afin de maximizer cette puissance.
Jean-Marc
voila un site qui permet de calculer l'inclinaison optimal ;) http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php# Oh, cool! Dommage que ça ne fonctionna pas pour l'amérique du nord :( 
je suis très content pour vos idées et ca fait une amelioration de connaissance; 
Pourchąrger 8 batteries de. 200Ah il.nous faut combien de panneaux solaires et le regulateur de combien d'amperes. Bonjour Mbendi,Désolé mais je n'ai pas de panneaux photovoltaïques. Uniquement des panneaux thermique. Alors je ne suis pas certain de comment trouver la réponse à ce que vous cherchez.
Dans un kit comme celui-là: http://solarenergydc.com/collections/frontpage/products/independence-cabin-solar-kit-1000w il y a seulement 4 batterie, mais 2 fois plus grosses, donc j'imagine que ça doit revenir au même? Vous devriez pouvoir vous en inspirer?
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