Lorsqu’on conçoit une installation photovoltaïque, la puissance des panneaux choisis compte moins qu’on ne le pense s’ils sont ensuite positionnés dans la mauvaise direction. Deux installations identiques, avec les mêmes panneaux et la même puissance installée, peuvent produire des quantités d’énergie très différentes au cours de l’année simplement parce qu’elles sont orientées ou inclinées différemment.
Cela ne signifie pas qu’un toit non parfaitement exposé au sud rend une installation photovoltaïque inutile, bien au contraire: cela signifie simplement qu’il vaut la peine de comprendre à quel point l’orientation et l’inclinaison pèsent réellement sur la production, pour évaluer en connaissance de cause ce qu’on peut attendre de son toit avant d’installer les panneaux.
Voyons ce que l’on entend techniquement par orientation et inclinaison, quelle est la combinaison idéale pour maximiser le rendement, combien on perd réellement en s’éloignant de cette condition optimale et ce qu’il faut considérer lorsque le toit ne permet pas de la respecter.
Azimut et tilt: les deux paramètres qui déterminent le rendement
L’orientation et l’inclinaison d’un panneau s’expriment techniquement par deux valeurs distinctes. L’azimut décrit l’orientation horizontale du panneau par rapport aux points cardinaux: par convention, dans l’hémisphère nord, 0° correspond au sud, les valeurs négatives indiquent une rotation vers l’est et les valeurs positives vers l’ouest. Le tilt est quant à lui l’angle d’inclinaison du panneau par rapport au plan horizontal: un panneau posé à plat sur un toit plat a un tilt proche de 0°, un panneau monté verticalement sur une façade a un tilt de 90°.
Les deux valeurs comptent ensemble, pas séparément: un panneau parfaitement orienté au sud mais avec une inclinaison inadaptée à sa latitude ne capte pas la lumière de la manière la plus efficace possible, et inversement. C’est la combinaison des deux valeurs qui détermine dans quelle mesure les rayons solaires frappent le panneau perpendiculairement, condition qui maximise l’énergie captée.
Pourquoi le sud reste l’orientation de référence
Dans l’hémisphère nord, le soleil à midi se trouve toujours au sud: c’est le moment de la journée où sa hauteur au-dessus de l’horizon est maximale, et c’est pourquoi une orientation au sud permet au panneau de recevoir la lumière directe pendant les heures centrales, celles où l’ensoleillement est le plus fort.
Sur le Plateau suisse, la combinaison qui offre le rendement maximal (environ 115% par rapport à un panneau horizontal) est une orientation au sud avec une inclinaison d’environ 30°, une valeur qui tient compte de la latitude moyenne du territoire helvétique et de l’ensoleillement typique de la région tout au long de l’année.
Et si l’orientation n’est pas au sud?
La condition optimale décrite ci-dessus n’est pas une exigence rigide: un toit orienté différemment du sud continue à produire de l’énergie, simplement avec un rendement annuel inférieur au maximum théorique. L’ampleur de la perte dépend de l’écart par rapport à l’orientation idéale:
- des écarts limités, jusqu’à environ 20° par rapport au sud, entraînent des pertes presque imperceptibles sur le total annuel
- une orientation vers le sud-est ou le sud-ouest (écart d’environ 45°) réduit le rendement dans une marge relativement limitée, de l’ordre de 5 à 10%
- une orientation purement à l’est ou à l’ouest entraîne une baisse plus marquée, mais l’installation reste tout de même productive
- une orientation vers le nord est le seul scénario vraiment à éviter, car la baisse de production devient nette même avec de faibles écarts, sauf si le toit présente une inclinaison faible, comme c’est souvent le cas dans le secteur industriel
Pour cette raison, un pan de toit exposé à l’est et un autre exposé à l’ouest, s’ils sont exploités ensemble en répartissant les panneaux sur les deux pans, peuvent même représenter un avantage: l’installation produit de l’énergie plus longtemps dans la journée, du matin au soir, au lieu de concentrer le pic uniquement sur les heures centrales. C’est un choix de conception différent, pas nécessairement moins bon, surtout lorsque l’objectif principal est l’autoconsommation répartie sur la journée.
Toits plats, façades et auvents: quand l’inclinaison doit être créée
Sur les toits à pans inclinés, les panneaux sont généralement installés à plat sur le pan lui-même, en exploitant l’inclinaison déjà présente. Sur un toit plat, en revanche, l’inclinaison optimale n’existe pas naturellement et doit être recréée grâce à des structures de montage inclinées, qui permettent d’orienter les panneaux indépendamment de la surface sous-jacente: une plus grande liberté de conception, qui nécessite toutefois de calculer soigneusement la distance entre les rangées de panneaux pour éviter qu’une rangée ne projette de l’ombre sur celle qui se trouve derrière aux heures où le soleil est plus bas.
Les façades et les auvents peuvent eux aussi accueillir des panneaux photovoltaïques, généralement avec un tilt proche de 90°: le rendement global est inférieur à celui d’un toit bien orienté, mais cela reste une option utile lorsque l’espace en pan de toiture ne suffit pas ou lorsqu’on souhaite répartir la production sur plusieurs surfaces du bâtiment. La Confédération met à disposition des subventions majorées pour les installations en façade, ce qui rend ce type d’installation malgré tout très intéressant.
Un toit imparfait n’est pas un toit à écarter
La combinaison idéale d’orientation et d’inclinaison reste une référence théorique utile pour comprendre la marge d’amélioration possible, pas un critère qui exclut un toit de l’installation. Dans la pratique, le facteur qui pèse bien plus qu’un léger écart par rapport à l’orientation parfaite est l’ombrage: cheminées, antennes, arbres ou bâtiments voisins peuvent réduire le rendement de façon bien plus marquée que quelques degrés d’orientation en moins, et c’est précisément cet aspect qu’il faut faire évaluer attentivement par la personne qui conçoit l’installation.
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