Calculer la puissance de panneaux solaires pour un van ou un site isolé

Ce calculateur estime ce que des panneaux solaires fournissent chaque mois dans votre département, posés à plat sur le toit d’un van ou d’un camping-car, ou inclinés vers le sud sur un site isolé, c’est-à-dire une installation qui n’est pas raccordée au réseau. Il donne aussi la puissance de panneaux qui couvre en moyenne votre consommation pendant le mois où ils produisent le moins par jour dans la période où vous en avez besoin. Sur toute l’année, ce mois est décembre pour des panneaux posés à plat dans les 94 départements, décembre ou janvier selon le département pour des panneaux inclinés à 35° ou à 60°, et décembre, janvier ou même juin pour des panneaux verticaux, juin dans 13 départements (notre calcul d’après PVGIS aux chefs-lieux, moyennes 2005-2023, système autonome). Pour choisir les panneaux et le régulateur d’un véhicule, voir le guide pour choisir un panneau solaire de camping-car ou de van ; pour ce qui change en décembre, celui de l’autonomie d’un camping-car en hiver.

Comment le calcul est fait

1. Les données de PVGIS. Pour chacun des 94 départements de France continentale, nous avons interrogé l’outil PVGIS du Centre commun de recherche de la Commission européenne au chef-lieu du département, à l’emplacement de la mairie, pour quatre poses de panneaux : à plat, inclinés à 35° et à 60° plein sud, et verticaux plein sud. Les données couvrent les années 2005 à 2023, pour 1 kWc de panneaux posés sur un support qui laisse l’air circuler dessous ¹.

2. Deux chiffres par mois. Pour chaque mois, PVGIS donne la production des panneaux avec 14 % de pertes, la valeur qu’il retient par défaut pour une installation raccordée au réseau, et l’énergie solaire reçue dans le plan des panneaux ^{1 2 3}. Pour une installation autonome avec batterie, PVGIS retient un ratio de performance de 0,67 pour l’ensemble du système, censé comprendre les pertes de la batterie, de l’onduleur et le vieillissement des composants ² ; PVGIS précise que cette valeur peut être une estimation prudente ⁴. Le calculateur affiche donc deux chiffres : la production des panneaux avec 14 % de pertes, et l’énergie disponible pour un système autonome, égale à l’énergie solaire reçue par mètre carré dans le plan des panneaux, multipliée par leur puissance en kWc et par 0,67 (notre calcul ; la puissance crête est celle que le fabricant déclare pour un rayonnement de 1 000 W par mètre carré et des panneaux à 25 °C, selon le manuel de PVGIS ⁵). C’est avec ce second chiffre qu’il calcule la puissance à installer et la part de votre consommation couverte.

Nous avons comparé cette méthode aux simulations du module hors réseau de PVGIS, qui fait ses calculs heure par heure sur toute la série de données ⁴, faites pour 200 Wc posés à plat, une batterie de 1 280 Wh utilisée à 80 % et 400 Wh consommés par jour ⁶. Énergie produite par jour en décembre :

Dans ces trois simulations, la batterie arrive à sa limite de décharge tous les jours de décembre ⁶ ; notre calcul y donne de 97 % à Lille à 99 % à Lyon de l’énergie simulée par PVGIS, alors que la production avec 14 % de pertes en représente de 101 % à Lille à 112 % à Marseille (notre comparaison).

3. Les formules. Énergie par jour (Wh) = valeur du mois pour 1 kWc × puissance des panneaux (Wc) ÷ nombre de jours du mois ; février compte 28,25 jours, en moyenne avec les années bissextiles (notre choix). Puissance à installer (Wc) = consommation par jour (Wh) × nombre de jours du mois ÷ valeur du mois pour 1 kWc. Le calculateur retient le mois de la période choisie qui demande le plus de puissance et arrondit le résultat à la dizaine de watts-crête supérieure.

Quelques résultats

Pour 400 Wh consommés par jour, voici la puissance de panneaux qui couvre un jour moyen du mois où ils produisent le moins par jour dans chaque période, dans huit chefs-lieux (notre calcul d’après PVGIS, moyennes 2005-2023, système autonome) :

Dans ces huit villes, avec des panneaux posés à plat, la puissance nécessaire toute l’année est celle de décembre, celle d’avril à septembre est celle de septembre, et celle de juin à août est celle d’août (notre calcul). Inclinés à 60°, toute l’année, c’est décembre à Lille, Strasbourg, Lyon et Marseille, et janvier à Paris, Rennes, Bordeaux et Toulouse (notre calcul). Sur les 94 départements, 100 Wc posés à plat fournissent en décembre de 43 Wh par jour dans les Ardennes, à Charleville-Mézières, à 119 Wh dans les Pyrénées-Orientales, à Perpignan, soit 2,8 fois plus (notre calcul d’après PVGIS, système autonome).

À plat, incliné ou vertical

En décembre, pour 100 Wc, voici l’énergie par jour (notre calcul d’après PVGIS, moyennes 2005-2023 ; système autonome : irradiation × 0,67) :

Pour un système autonome, incliner les panneaux à 60° plein sud multiplie l’énergie de décembre par 2,0 à Strasbourg et jusqu’à 2,3 à Marseille par rapport à des panneaux à plat, et par 1,14 à 1,18 par rapport à une inclinaison de 35°, dans les huit villes du tableau (notre calcul d’après PVGIS). En été, c’est l’inverse : en juin, 100 Wc inclinés à 60° fournissent environ 337 Wh par jour à Lyon, contre 429 Wh à plat (notre calcul, système autonome). Sur un véhicule, une inclinaison suppose un support inclinable et un stationnement face au sud. Pour un site isolé, le centre de ressources photovoltaique.info, animé par l’association Hespul, conseille de privilégier la production d’hiver, avec une inclinaison proche de 45° ⁷ ; le calculateur propose 35° et 60°, de part et d’autre.

Ce que la moyenne du mois ne montre pas

• Les jours sombres. Le calcul compare des moyennes mensuelles. À Marseille, 400 Wc posés à plat couvrent en moyenne 113 % d’une consommation de 400 Wh par jour en décembre (notre calcul d’après PVGIS, moyennes 2005-2023, système autonome), mais dans la simulation heure par heure de PVGIS, sur les mêmes années, avec une batterie de 1 280 Wh utilisée à 80 % (notre choix) et le profil de consommation par défaut de l’outil, surtout le soir ⁸, la batterie arrive encore à sa limite de décharge 2,89 % des jours de décembre ; à Lyon, où la même puissance couvre en moyenne 74 % de la consommation, c’est 69,95 % des jours ⁶. Une batterie fait le lien entre les jours de soleil : le calculateur de dimensionnement d’une batterie donne la capacité nécessaire pour un nombre de jours sans recharge.
• Le froid. Une batterie froide peut rendre moins d’énergie et refuser la charge : par exemple, la fiche des batteries LiFePO4 Smart de Victron donne, pour un modèle de 12,8 V et 100 Ah, 80 Ah à 0 °C et 50 Ah à −20 °C, pour un courant de décharge de 1C au plus, et n’autorise la charge qu’entre +5 °C et +50 °C ⁹. Voir la batterie par temps froid.
• L’ombre, la neige et la saleté. Le calcul suppose des panneaux sans ombre proche : PVGIS n’y compte que l’horizon formé par le relief ⁵. D’après la Verbraucherzentrale, une organisation allemande de consommateurs, une ombre sur quelques pour cent seulement de la surface d’un panneau peut réduire sa production de plus de 50 % ¹⁰. Selon sa page de méthode, PVGIS ne calcule ni la neige, ni la poussière, ni l’ombre partielle, et des panneaux couverts de neige, même en partie, produisent en général très peu, selon la durée pendant laquelle la neige y reste ¹¹ ; les 14 % de pertes par défaut comprennent la salissure des panneaux, parfois la neige ².
• La chaleur d’un panneau collé au toit. Selon le manuel de PVGIS, des panneaux sans circulation d’air derrière eux peuvent chauffer nettement plus ⁵ : avec l’option de PVGIS pour les panneaux intégrés au bâti, la production annuelle de panneaux à plat baisse de 2,6 à 3,2 % dans les huit chefs-lieux des tableaux (notre calcul d’après PVGIS, pertes de 14 %, moyennes 2005-2023) ¹².
• Le lieu exact. Les valeurs sont celles du chef-lieu de chaque département : selon notre lecture, une autre commune, en montagne ou au bord de la mer, peut produire nettement plus ou moins.
• Le régulateur et le câblage. Le calcul ne tient pas compte du régulateur, qui peut tirer moins d’énergie des panneaux : pour un panneau de 100 W à 36 cellules et une batterie de 13 V, Victron calcule qu’un régulateur PWM récupère 19 % de moins qu’un MPPT à 25 °C ¹³. Le choix entre un régulateur MPPT et un régulateur PWM est expliqué dans le guide des panneaux de camping-car, et la section des câbles dans le calcul de chute de tension.
• La consommation. Le calcul suppose la même consommation chaque jour du mois ; en hiver, le chauffage peut l’augmenter, même au gaz ou au gazole ^{14 15 16} : voir la consommation d’un camping-car en hiver.