Ombre sur un panneau solaire de balcon : ce qu'elle fait perdre

Sur un balcon, l’ombre vient d’un balcon voisin, d’un garde-corps, d’un arbre ou d’un immeuble en face. Cette page explique ce qu’elle fait perdre et comment l’estimer avant de poser les panneaux d’un kit plug and play.

Pourquoi une petite ombre coûte cher

Un panneau est fait, pour l’essentiel, de cellules reliées en série. Selon un rapport du programme photovoltaïque de l’Agence internationale de l’énergie (IEA PVPS), l’ombre peut changer le courant d’une cellule de quelques dizaines de pour cent, mais sa tension de quelques pour cent seulement ; dans les panneaux, des diodes de dérivation contournent les groupes de cellules qui produisent moins. Sur un panneau à trois diodes, quand la diode d’un groupe ombragé s’active, ce groupe ne fournit plus rien : il manque alors environ un tiers de la tension du panneau ¹. Les fiches des fabricants donnent ce nombre de diodes : trois pour le panneau FLASH 500 Half-Cut Black de DualSun ², quatre pour l’Alpha Pure-R de REC ³.

Les diodes protègent aussi le panneau : DualSun explique qu’elles empêchent le courant principal de traverser les cellules qui chauffent, pour limiter les points chauds ⁴. Le rapport de l’IEA PVPS indique que, sur les panneaux d’au moins soixante cellules entières protégées par trois diodes, une cellule ombragée peut dissiper bien plus de 100 W, ce qui a conduit aux panneaux à demi-cellules, qui divisent ce chauffage par deux. Pour éviter de perdre alors un tiers de la production du panneau, des panneaux dits tolérants à l’ombre ont quatre diodes ou plus ¹.

Le résultat peut surprendre : selon la Verbraucherzentrale, une ombre sur quelques pour cent seulement d’un panneau peut en réduire la production de plus de 50 % ⁵.

Ce que change le micro-onduleur

Selon le rapport de l’IEA PVPS, quand chaque panneau a son propre micro-onduleur, chacun travaille à son propre point de puissance maximale, sans influencer les autres, ce qui peut améliorer la production en cas d’ombre partielle ¹. Les micro-onduleurs de balcon EZ1 d’APsystems et HMS-800W-2T de Hoymiles, eux, ont deux entrées, chacune avec son propre suivi du point de puissance maximale ^{6 7} : notre lecture est qu’un panneau à l’ombre n’y fait pas baisser l’autre. Une analyse du laboratoire américain NREL, publiée en 2011, estime que l’électronique installée panneau par panneau peut récupérer de 15 à 40 %, voire plus selon l’installation et l’appareil, de l’énergie perdue chaque année à cause d’une ombre partielle, sans supprimer l’ombre elle-même ⁸.

Un immeuble ou un arbre en face : surtout en hiver

Notre lecture : l’ombre d’un obstacle éloigné est bien plus grande que le panneau ; quand le soleil passe derrière lui, elle couvre le panneau entier, sauf pendant que son bord le traverse. En hiver, le soleil reste bas sur l’horizon, et c’est là que l’obstacle coûte le plus.

Nous l’avons calculé avec l’outil européen PVGIS (données de 2005 à 2023, 14 % de pertes), en ajoutant un obstacle de même hauteur sur 60° de part et d’autre du sud (azimuts 120° à 240°, de l’est-sud-est à l’ouest-sud-ouest), sans rien ailleurs, et en comparant avec un horizon dégagé ⁹ :

À Marseille, un obstacle de 30° fait perdre 34,5 % de l’année et 94,7 % de décembre à un panneau vertical plein sud ⁹. Notre lecture : en décembre, un obstacle de 20° au sud suffit déjà à cacher le soleil direct, puisque la perte ne change plus au-delà ; en juin, le soleil passe au-dessus. Ces pertes sont celles du calcul de PVGIS, où l’obstacle ne change rien tant que le soleil n’est pas derrière lui ; un immeuble réel cache aussi une partie du ciel, d’où vient une part de la lumière, si bien qu’un vrai panneau peut aussi perdre de la production en été (notre lecture).

Pour connaître la hauteur d’un obstacle vu de votre balcon, divisez la différence de hauteur par la distance, puis cherchez l’angle dont c’est la tangente : un immeuble qui dépasse votre balcon de 10 m à 30 m de distance monte à environ 18° (notre calcul : arc tangente de 10 ÷ 30).

Estimer votre propre perte

L’outil européen PVGIS, en ligne et gratuit, permet de faire ce calcul pour votre balcon ¹⁰. Son manuel propose trois choix : ne pas tenir compte de l’horizon, utiliser l’horizon calculé par l’outil, qui est le choix par défaut, ou téléverser votre propre horizon, sous la forme d’un fichier texte avec une hauteur en degrés par direction, dans le sens des aiguilles d’une montre à partir du nord ; avec 36 valeurs, une tous les 10 degrés ¹⁰. Le manuel présente l’horizon comme un moyen d’estimer l’ombre des collines et des montagnes proches ¹⁰ : notre lecture est qu’un immeuble ou un arbre n’y figure que si vous l’ajoutez vous-même, et qu’il cache alors le soleil à tout le panneau, sans calcul de l’ombre sur une partie des cellules.

Le simulateur de la HTW Berlin, une université allemande, approche l’ombre de la même façon, en ignorant le rayonnement direct sous une hauteur de soleil de 25°, 35° ou 45° ¹¹.

Limiter les pertes

• Choisissez un emplacement sans ombre. Que Choisir conseille d’orienter les panneaux plein sud, sans rien qui les ombrage ¹² ; DualSun demande d’étudier l’implantation pour éviter l’ombre sur des panneaux reliés en série ⁴.
• Une entrée de micro-onduleur par panneau, avec son propre suivi du point de puissance maximale, comme sur les modèles cités plus haut ^{6 7}.
• Ne jugez pas un emplacement en été : derrière un obstacle de 30° au sud, un panneau vertical plein sud perd à Paris de 89 à 92 % de sa production de novembre à janvier, selon notre calcul avec PVGIS, qui ne lui retire en revanche rien de mai à août ⁹.

Pour la puissance du kit, voir quelle puissance choisir pour un kit.