Lorsque le ciel est parfaitement dégagé et que l’ensoleillement atteint son maximum, il serait logique de penser que la puissance instantanée de la centrale est, elle aussi, à son apogée. Pourtant, la réalité peut parfois être bien différente, et les résultats observés peuvent remettre en question cette attente. En effet, durant la période estivale, les fortes chaleurs peuvent être l’une des causes de la baisse de puissance d’une installation photovoltaïque. Mais ce n’est pas la seule explication possible.
L’analyse de l’interaction entre canicule et rendement photovoltaïque est certes importante. Toutefois, les exploitants et les responsables de maintenance doivent également s’assurer que cette baisse de puissance ne dissimule pas une autre anomalie technique. Autrement dit, une diminution de la production lors des journées les plus chaudes n’est pas nécessairement anormale. Elle mérite néanmoins d’être analysée afin de distinguer une simple perte de rendement liée aux conditions climatiques d’un éventuel problème technique.
Pourquoi les panneaux photovoltaïques perdent-ils du rendement lorsqu’il fait très chaud ?
Les cellules photovoltaïques en silicium convertissent l’énergie du rayonnement solaire en énergie électrique grâce à l’effet photovoltaïque. Lorsque la température des cellules augmente, leurs caractéristiques électriques évoluent. Le courant de court-circuit augmente légèrement, mais la tension du module diminue de manière plus marquée. Le bilan global est donc négatif : la puissance maximale délivrable baisse à mesure que la température des cellules augmente.
Ainsi, la perte de puissance d’un panneau solaire sous l’effet de la chaleur s’explique principalement par cette diminution de tension. C’est précisément pour quantifier ce phénomène que les fabricants indiquent un coefficient de température sur la fiche technique de leurs modules.
Par contre, il est important de faire la distinction entre puissance instantanée, exprimée en kW, et énergie produite sur la journée, exprimée en kWh. En effet, durant une journée caniculaire, le ciel peut être parfaitement dégagé et la durée d’ensoleillement importante. De ce fait, malgré une perte de puissance en milieu de journée, le cumul de l’énergie produite peut rester élevé.
En somme, constater une baisse de puissance photovoltaïque pendant une canicule ne signifie pas nécessairement que la journée de production est mauvaise. Pour l’interpréter correctement, il faut replacer cette baisse dans les conditions réelles d’irradiation, de température et d’exploitation de la centrale. Le suivi de la production photovoltaïque permet justement de comparer ces différents paramètres.
Les niveaux de température et leur influence sur les performances photovoltaïques
Pour quantifier la perte de rendement photovoltaïque liée à la température, il ne faut pas se baser uniquement sur la température diffusée par les bulletins météorologiques. En pratique, plusieurs niveaux de température doivent être distingués.
La température ambiante
Elle indique la température de l’air qui entoure la centrale solaire, généralement mesurée selon des conditions météorologiques normalisées. Ainsi, elle ne correspond pas directement à la température des équipements.
La température du module photovoltaïque
Elle correspond à la température mesurée sur le panneau, généralement au niveau de sa face arrière dans le cadre du monitoring d’une centrale. Sous une forte irradiation et avec peu de vent, le module peut atteindre une température sensiblement supérieure à celle de l’air ambiant.
L’écart dépend notamment du niveau d’irradiation, de la vitesse du vent, du mode de pose et de la circulation de l’air autour du panneau. Un module intégré à une toiture ou peu ventilé aura ainsi tendance à chauffer davantage qu’un module monté sur une structure ouverte permettant une bonne circulation de l’air.
La température des cellules
La température des cellules photovoltaïques est celle qui influence directement les caractéristiques électriques du module. Elle n’est toutefois pas toujours mesurée directement en exploitation.
Dans le cadre du monitoring, la norme IEC 61724-1 prévoit notamment la mesure de la température du module à l’aide de capteurs fixés sur sa face arrière. Des sondes de type PT100, PT1000 ou d’autres capteurs adaptés peuvent être utilisées selon le système de supervision. Cette mesure constitue alors une donnée de référence pour estimer le comportement thermique réel de l’installation et analyser sa performance.
Comment calculer la perte de rendement liée à la température ?
Les caractéristiques nominales des panneaux photovoltaïques sont établies dans des conditions standard de test, ou STC. Elles correspondent notamment à une irradiance de 1 000 W/m², une température de cellule de 25 °C et un spectre solaire normalisé AM1.5.
Par conséquent, lorsque la température des cellules s’écarte de cette température de référence, les caractéristiques électriques du module évoluent.
Pour quantifier cet effet, il est possible de se référer au coefficient de température de la puissance maximale, présent sur la fiche technique du panneau solaire. Exprimé en pourcentage par degré Celsius, ce dernier indique l’évolution relative de la puissance maximale lorsque la température des cellules varie par rapport aux 25 °C de référence.
Exemple de calcul théorique
Prenons l’exemple d’un module de 400 Wc, avec un coefficient de température de puissance de -0,35 %/°C. Lors d’une journée très chaude, la température des cellules atteint 65 °C.
Par rapport à la température de référence de 25 °C, l’écart est de 40 °C : 65 – 25 = 40 °C
La perte théorique de puissance liée à la température est donc de : 40 × 0,35 % = 14 %
Ainsi, à une irradiance de 1 000 W/m² et en appliquant cette approximation linéaire, le module délivrerait environ : 400 × (1 – 0,14) = 344 W au lieu des 400 W correspondant à ses conditions nominales de référence.
Ce calcul permet de comprendre l’ordre de grandeur de la perte thermique instantanée. Dans la réalité, la puissance dépend simultanément de l’irradiance, de la température, du spectre solaire et du comportement électrique de l’ensemble du système.
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Dans quelle mesure la chaleur réduit-elle le productible photovoltaïque annuel ?
De nombreuses études sont réalisées durant la phase de conception d’un parc solaire. Parmi les plus importantes, on peut citer les études de productible photovoltaïque, notamment réalisées à l’aide de logiciels spécialisés comme PVsyst.
Ces simulations intègrent les conditions météorologiques du site et prennent notamment en compte :
- l’irradiance ;
- la température ambiante ;
- la vitesse du vent ;
- le mode d’installation des modules ;
- les caractéristiques électriques du système.
Ainsi, l’impact de la température sur le productible photovoltaïque est réparti sur l’ensemble de l’année et ne doit pas être évalué uniquement à partir de quelques journées de canicule.
Les logiciels de simulation modélisent la température de fonctionnement des modules à partir des conditions du site et de leur configuration. Par exemple, un module peu ventilé chauffera davantage qu’un module installé sur une structure ouverte avec une circulation d’air plus importante. PVsyst utilise notamment un bilan thermique pour déterminer la température de fonctionnement du champ photovoltaïque au cours de la simulation.
C’est pourquoi une étude de productible sérieuse doit tenir compte des baisses de rendement liées aux températures élevées. En phase d’exploitation, la performance réelle doit donc être comparée aux valeurs prévues par cette modélisation, et non uniquement à la puissance crête théorique du module.
Comment distinguer une baisse de puissance liée à la chaleur d’une anomalie technique ?
Un panneau photovoltaïque exposé à une forte chaleur subit normalement une réduction de sa tension et de sa puissance maximale. Toutefois, ce phénomène ne peut pas expliquer à lui seul n’importe quel écart de production. Il faut donc séparer les pertes thermiques normales des pertes techniques.
La méthode du Performance Ratio corrigé en température
Afin de s’assurer qu’une centrale photovoltaïque fonctionne correctement, il est nécessaire de comparer sa production réelle à la production attendue en tenant compte des conditions météorologiques du site.
Le Performance Ratio, ou PR, permet de suivre la performance globale d’une installation en rapprochant l’énergie réellement produite de l’énergie disponible à partir de l’irradiation reçue. Néanmoins, la température des modules provoque une variation saisonnière du PR.
Pour améliorer l’analyse, il est possible d’utiliser un Performance Ratio corrigé en température. Cette approche compense l’effet de la température des modules afin de rendre les comparaisons plus pertinentes entre différentes périodes.
Ainsi, si le PR corrigé reste globalement stable pendant une période de forte chaleur, cela indique que le comportement observé est cohérent avec l’effet thermique attendu. Cela ne permet toutefois pas, à lui seul, d’exclure toutes les autres pertes. À l’inverse, une dégradation anormale du PR corrigé peut orienter le diagnostic vers un phénomène supplémentaire : indisponibilité, encrassement, défaut électrique, dérive de capteur ou autre dysfonctionnement.
C’est précisément le type d’analyse réalisé lors d’un audit ou d’une due diligence photovoltaïque, où les données de production sont rapprochées des conditions météorologiques, de l’état des équipements et de l’historique d’exploitation.
Le déclassement thermique des onduleurs
La courbe de production photovoltaïque peut être bridée par plusieurs phénomènes qu’il est important de ne pas confondre.
D’un côté, l’écrêtage de l’onduleur, ou clipping, se produit lorsque la puissance DC disponible en entrée dépasse la puissance que l’onduleur peut convertir côté AC. La courbe de production peut alors présenter un sommet aplati.
D’un autre côté, le déclassement thermique de l’onduleur, ou thermal derating, est un mécanisme de protection contre une température interne trop élevée. Lorsque certaines limites définies par le fabricant sont atteintes, l’appareil peut réduire sa puissance de sortie afin de protéger ses composants.
Ces deux phénomènes peuvent donc créer des profils de production ressemblants, alors que leur origine est différente. Pour limiter le risque de surchauffe, les onduleurs disposent selon les modèles de systèmes de refroidissement passifs ou actifs. La qualité de leur implantation, la ventilation du local technique et le respect des plages de température prévues par le fabricant sont donc essentiels.
Cette surveillance doit être intégrée à la stratégie d’exploitation et de maintenance de la centrale photovoltaïque.
Enfin, d’autres équipements de la centrale sont également sensibles aux fortes températures. C’est notamment le cas des transformateurs, du câblage, des protections et de certains capteurs. Ainsi, les producteurs doivent analyser l’ensemble de la chaîne de production afin d’éviter de considérer automatiquement toute baisse estivale comme une simple conséquence de la canicule.
Quelles solutions permettent de limiter l’impact des fortes températures sur les performances photovoltaïques ?
Durant un épisode de forte chaleur, un déficit de production peut être lié aussi bien à une perte thermique qu’à un défaut technique. Avant de chercher à réduire l’impact des températures élevées, il est donc essentiel de s’assurer que la baisse de production est bien cohérente avec la chaleur observée.
Pour ce faire, il faut notamment :
- vérifier les conditions réelles d’irradiation ;
- analyser les températures mesurées sur les modules ;
- contrôler l’état de surface des panneaux ;
- identifier les pannes localisées ;
- vérifier le fonctionnement des onduleurs ;
- repérer l’apparition éventuelle de points chauds ;
- contrôler la cohérence des capteurs et du système de supervision.
Favoriser la ventilation dès la conception
Une partie du comportement thermique de l’installation se joue dès la conception. Le mode de montage, l’espace disponible derrière les modules et la circulation naturelle de l’air influencent directement leur température de fonctionnement.
Le choix du site, de l’orientation et de l’implantation reste naturellement guidé par l’ensemble des contraintes techniques, environnementales et économiques du projet. Mais à configuration comparable, une meilleure ventilation des modules permet de limiter leur échauffement.
Maintenir les équipements de conversion dans de bonnes conditions
L’entretien des équipements avant la période estivale est également indispensable. Selon les modèles d’onduleurs et les prescriptions des fabricants, il peut notamment s’agir de :
- vérifier les ventilateurs ;
- nettoyer ou remplacer les filtres lorsqu’ils existent ;
- contrôler les entrées et sorties d’air ;
- surveiller la température des locaux techniques ;
- supprimer les obstacles pouvant gêner la ventilation.
Un contrat O&M photovoltaïque correctement construit doit permettre d’intégrer ce type d’opérations préventives et d’en définir clairement les responsabilités.
Faut-il refroidir directement les panneaux photovoltaïques ?
Des solutions de refroidissement actif des modules existent, notamment par circulation d’air ou par eau. Elles peuvent réduire temporairement la température des panneaux et améliorer leur puissance instantanée.
Toutefois, dans une centrale photovoltaïque classique, cette solution n’est généralement pas un premier levier d’optimisation. Elle ajoute des équipements, de la consommation auxiliaire, des besoins de maintenance et, dans le cas de l’eau, des contraintes de consommation, de qualité d’eau et de dépôts minéraux.
Sa pertinence doit donc être démontrée par une analyse technico-économique tenant compte du gain énergétique réel sur l’année. Dans la majorité des projets, une conception correctement ventilée, un monitoring fiable et une maintenance adaptée restent des leviers plus simples et plus robustes.
Que faut-il retenir de l’impact de la canicule sur le rendement d’une centrale solaire ?
La chaleur estivale ne réduit pas seulement ponctuellement le rendement d’une centrale photovoltaïque. Elle agit sur plusieurs mécanismes qu’il faut distinguer pour suivre correctement la performance d’un actif.
La température des cellules influence directement la puissance disponible, tandis que la température ambiante ne constitue qu’une donnée parmi d’autres. Le coefficient de température du module permet d’estimer la perte de puissance associée, mais cette analyse doit être replacée dans les conditions réelles d’irradiation et de fonctionnement.
Ces pertes thermiques doivent également être prises en compte dès la phase d’étude dans la modélisation du productible photovoltaïque. Certains choix de conception, notamment le mode de montage et la ventilation des modules, peuvent ensuite limiter leur échauffement sans pour autant supprimer totalement l’effet de la température.
Et pendant une canicule, une baisse de production ne signifie pas forcément qu’il y a un dysfonctionnement.
Il faut encore pouvoir la distinguer d’un écrêtage de l’onduleur, d’un déclassement thermique, d’un encrassement des modules, d’un défaut de ventilation, d’une panne de chaîne, d’une dérive de capteur, d’un vieillissement anormal ou encore d’un point chaud.
L’analyse repose alors sur la comparaison entre la production réelle et la production attendue dans les conditions météorologiques observées. C’est cette comparaison qui permet de passer d’un simple constat de sous-performance à un diagnostic réellement exploitable. Lorsque les écarts ne sont plus uniquement thermiques et qu’ils s’accompagnent d’un vieillissement des équipements, cette analyse peut également conduire à étudier un revamping ou un repowering photovoltaïque.
Chez AVEIL, nous accompagnons justement les développeurs, IPP, investisseurs et exploitants de centrales photovoltaïques sur ces problématiques. Nos équipes réalisent des études de productible qui intègrent les pertes thermiques du site, des audits de performance pour objectiver les écarts constatés en exploitation, ainsi que des analyses entre production réelle et production attendue afin d’identifier l’origine d’une sous-performance.
Si votre centrale présente des variations de production inexpliquées, ou si vous préparez actuellement un projet en phase de développement, vous pouvez solliciter nos équipes pour étudier la situation avec vous. Même lorsqu’elle semble liée aux conditions estivales, une baisse de production mérite donc d’être analysée avant d’être considérée comme normale.