Face à la demande mondiale croissante en énergies renouvelables, la technologie photovoltaïque (solaire) est largement utilisée comme composante essentielle des énergies propres. L'optimisation des performances des systèmes photovoltaïques pour améliorer leur efficacité énergétique lors de leur installation est devenue un enjeu majeur pour les chercheurs et les ingénieurs. Des études récentes ont proposé des angles d'inclinaison et des hauteurs d'élévation optimaux pour les systèmes photovoltaïques sur toiture, offrant ainsi de nouvelles pistes pour améliorer l'efficacité de la production d'électricité photovoltaïque.
Facteurs affectant les performances des systèmes photovoltaïques
La performance d'un système photovoltaïque sur toiture dépend de plusieurs facteurs, dont les plus importants sont l'angle d'ensoleillement, la température ambiante, l'angle de montage et l'altitude. Les conditions d'ensoleillement des différentes régions, le changement climatique et la structure du toit influencent tous la production d'électricité des panneaux photovoltaïques. Parmi ces facteurs, l'angle d'inclinaison et la hauteur des panneaux photovoltaïques sont deux variables importantes qui influencent directement leur réception lumineuse et leur efficacité de dissipation thermique.
Angle d'inclinaison optimal
Des études ont montré que l'angle d'inclinaison optimal d'un système photovoltaïque dépend non seulement de la situation géographique et des variations saisonnières, mais aussi des conditions météorologiques locales. En général, l'angle d'inclinaison des panneaux photovoltaïques doit être proche de la latitude locale pour assurer une réception maximale de l'énergie solaire. L'angle d'inclinaison optimal peut généralement être ajusté en fonction de la saison afin de s'adapter aux différents angles d'éclairage saisonniers.
Optimisation en été et en hiver :
1. En été, lorsque le soleil est situé près du zénith, l'angle d'inclinaison des panneaux photovoltaïques peut être abaissé de manière appropriée pour mieux capter la lumière directe intense du soleil.
2. En hiver, l'angle du soleil est plus faible et l'augmentation appropriée de l'angle d'inclinaison garantit que les panneaux photovoltaïques reçoivent plus de lumière solaire.
De plus, il a été constaté qu'une conception à angle fixe (généralement fixée près de l'angle de latitude) est également une option très efficace dans certains cas pour des applications pratiques, car elle simplifie le processus d'installation et fournit toujours une production d'énergie relativement stable dans la plupart des conditions climatiques.
Hauteur de plafond optimale
Lors de la conception d'un système photovoltaïque sur toiture, la hauteur des panneaux (c'est-à-dire la distance entre eux et le toit) est également un facteur important qui influence le rendement de production d'électricité. Une élévation adéquate améliore la ventilation des panneaux et réduit l'accumulation de chaleur, améliorant ainsi les performances thermiques du système. Des études ont montré qu'une augmentation de la distance entre les panneaux et le toit permet de réduire efficacement l'augmentation de la température et d'améliorer ainsi le rendement.
Effet de ventilation :
3. En l'absence d'une hauteur sous plafond suffisante, les panneaux photovoltaïques peuvent voir leurs performances diminuer en raison de l'accumulation de chaleur. Des températures excessives réduisent le rendement de conversion des panneaux photovoltaïques et peuvent même raccourcir leur durée de vie.
4. Une augmentation de la hauteur de séparation contribue à améliorer la circulation de l'air sous les panneaux photovoltaïques, abaissant ainsi la température du système et maintenant des conditions de fonctionnement optimales.
Cependant, une augmentation de la hauteur sous plafond entraîne également des coûts de construction plus élevés et des besoins en espace plus importants. Par conséquent, le choix de la hauteur sous plafond appropriée doit être équilibré en fonction des conditions climatiques locales et de la conception spécifique du système photovoltaïque.
Expériences et analyse de données
Des études récentes ont identifié des solutions de conception optimisées en expérimentant différentes combinaisons d'angles de toit et de hauteurs sous plafond. En simulant et en analysant des données réelles provenant de plusieurs régions, les chercheurs ont conclu :
5. Angle d'inclinaison optimal : en général, l'angle d'inclinaison optimal d'un système photovoltaïque sur toiture se situe dans une fourchette de plus ou moins 15 degrés par rapport à la latitude locale. Des ajustements spécifiques sont optimisés en fonction des variations saisonnières.
6. Hauteur optimale : pour la plupart des systèmes photovoltaïques sur toiture, la hauteur optimale se situe entre 10 et 20 cm. Une hauteur trop basse peut entraîner une accumulation de chaleur, tandis qu'une hauteur trop élevée peut augmenter les coûts d'installation et de maintenance.
Conclusion
Avec les progrès constants de la technologie solaire, maximiser l'efficacité de la production d'énergie des systèmes photovoltaïques est devenu un enjeu crucial. L'angle d'inclinaison optimal et la hauteur de plafond des systèmes photovoltaïques sur toiture proposés dans la nouvelle étude offrent des solutions d'optimisation théoriques qui contribuent à améliorer encore l'efficacité globale des systèmes photovoltaïques. À l'avenir, grâce au développement de la conception intelligente et du big data, nous devrions parvenir à une utilisation plus efficace et plus économique de l'énergie photovoltaïque grâce à une conception plus précise et personnalisée.
Date de publication : 13 février 2025