Comment choisir une structure pour modules photovoltaïques ? Une structure PV bien choisie concilie coût, performance et durabilité.
Dans ce guide, nous aborderons :
- Le choix de la puissance de l'installation photovoltaïque,
- L'inclinaison optimale de la structure PV,
- Les différentes configurations de structures PV,
- Le choix des fixations de la structure au sol,
- Le choix du matériau de la structure,
- L'évaluation de la qualité de la structure.
Voir : options disponibles pour les structures photovoltaïques au sol
Cet article ne traite pas des systèmes de suivi (trackers), des installations en disposition est-ouest, ni des modules montés verticalement pour l'agrivoltaïsme.
Commençons par parler de vos besoins.
Choisir la puissance de l'installation photovoltaïque
Choisir la bonne puissance d'installation ouvre des possibilités importantes. Beaucoup commettent l'erreur de sélectionner la puissance selon des règles arbitraires, comme 1 kWc pour 1000 kWh de consommation annuelle. Ne vous inquiétez pas trop des pertes potentielles liées au « surdimensionnement » de l'installation.
Dans la plupart des pays européens et pour tous les systèmes de facturation (hors net metering), plus la puissance PV est élevée, mieux c'est. Pour une consommation annuelle de 40000 kWh, une installation de 30, 40, 50, 60, voire 70 kWc est raisonnable. Pourquoi ?
- Une installation plus grande réduit le coût par kWc.
- Les modules perdent environ 10 % de leur puissance en 25 ans.
- L'extension d'une installation existante est coûteuse.
- Pour tous les modèles de facturation (hors net metering), les surplus annuels d'énergie apportent des avantages financiers.
- Les modules se salissent, ce qui réduit leur rendement. Il est plus rentable d'ajouter des modules que de nettoyer fréquemment. Un nettoyage tous les cinq ans suffit généralement.
- Peu de gens disent « j'ai trop de PV » ; beaucoup disent « j'aurais dû installer plus de PV ».
- La consommation d'énergie augmente. Construire des installations légèrement « surdimensionnées » permet de préparer la demande future.
Choisissez une puissance aussi élevée que possible, en tenant compte :
- du budget
- de l'espace disponible
- de la capacité de raccordement
Une optimisation mathématiquement précise dépasse le cadre de cet article, mais il est important de dépasser le mythe du « PV surdimensionné ». Laisser des emplacements vides sur une structure n'est pas rentable.
Inclinaison des modules photovoltaïques dans les petites installations
Pour les installations de moins de 50 kWc, une configuration en rangée unique est possible, ce qui évite l'ombrage d'une rangée sur l'autre. Le choix de l'inclinaison optimale est donc simple.
L'inclinaison optimale dépend de la latitude et des conditions météorologiques locales. En Europe, des études basées sur des données satellitaires suggèrent 20°–50° :
Angles d'inclinaison optimaux des modules PV selon deux jeux de données. À gauche : PV-GIS, à droite : ECEM. Source : Yves-Marie Saint-Drenan, An approach for the estimation of the aggregated photovoltaic power generated in several European countries from meteorological data, ResearchGate.
Exemples d'angles d'inclinaison optimaux :
- Gdańsk – 36°
- Sicile – 33°
- Édimbourg – 40°
Inclinaison optimale pour les installations autonomes et saisonnièresPour les installations autonomes ou saisonnières, l'objectif est une production d'énergie régulière pendant les périodes critiques. Maison de vacances : l'inclinaison optimale est de 15–20° pour profiter au mieux du soleil haut de l'été. Maison autonome toute l'année : l'inclinaison peut atteindre 70–90° afin d'optimiser la production hivernale. La production estivale reste suffisante même avec cette inclinaison, et le stockage saisonnier de l'énergie est une solution envisageable à l'avenir. |
Inclinaison des modules PV et espacement dans les grandes installations
Les grandes installations (généralement >50 kWc) nécessitent plusieurs rangées. Les rangées projettent des ombres et doivent être espacées de manière appropriée. Une inclinaison plus forte augmente la distance, ce qui influe sur l'utilisation du terrain. L'optimisation consiste à trouver un équilibre entre ces facteurs.
Pour optimiser l'utilisation du terrain et réduire au minimum les pertes dues à l'ombrage :
- Réduisez légèrement l'inclinaison des modules. La production annuelle n'est que marginalement affectée, tandis que l'espacement entre les rangées diminue.
| Europe centrale (France, Allemagne, Pologne), latitude 50°N, hauteur de la colonne de modules 5 m | ||
| Angle d'inclinaison des modules PV | Productivité annuelle | Distance entre les rangées |
| 10° | 1135 kWh | 7.85 m |
| 15° | 1161 kWh | 9.19 m |
| 20° | 1181 kWh | 10.45 m |
| 25° | 1195 kWh | 11.64 m |
| 30° | 1203 kWh | 12.74 m |
| 35° | 1204 kWh | 13.74 m |
| 40° | 1199 kWh | 14.65 m |
Source : Bogusław Szymański, « Photovoltaic Installations »
Des angles d'inclinaison supérieurs à 25° réduisent l'efficacité d'utilisation de l'espace sans gain de production significatif. Pour la France, l'Allemagne et la Pologne, des angles <25° sont recommandés.
Exemple : une centrale PV de 10,4 MW en Estonie présente de faibles inclinaisons et un large espacement entre les rangées :
Calcul de la distance entre les modules
Les calculs de distance visent à éviter l'ombrage à midi le 22 décembre (solstice d'hiver) :
β – angle d'inclinaison du module
α – angle d'incidence lors des jours les moins ensoleillés
- α = 90° − latitude − 23.45°
d – hauteur de la colonne de modules
x – distance entre la fin d'une rangée et le début de la suivante
- x = sin(β) × d / tg(α)
y – distance entre les rangées
- y = d × sin(180° − β − α) / sin(α)
Un espacement plus réduit entre les rangées améliore l'utilisation du terrain, mais accepte de légères pertes de production. Il existe des technologies permettant de réduire ces pertes.
Orientation et type de modules
Les modules PV sont divisés en sections par des diodes de dérivation (bypass). Un ombrage important désactive la section concernée afin de protéger les cellules. Les modules demi-cellules réduisent les pertes dues à l'ombrage et conviennent aussi bien au montage vertical qu'horizontal.
Dimensions des panneaux
Les modules de grande taille réduisent généralement le coût d'installation par kWc. Choisissez des fabricants reconnus pour la durabilité et la compatibilité avec les caractéristiques de l'onduleur.
| Type de module | Dimensions | Puissance | Poids |
|---|---|---|---|
| Traditionnel | 1640×992 mm | 445 W | 22.3 kg |
| Demi-cellules | 2112×1052 mm | 545 W | 32.7 kg |
| Demi-cellules | 2280×1133 mm | 600 W | 35.8 kg |
Matériau de la structure
L'aluminium est courant pour les structures au sol. Ses avantages :
- Léger, nécessitant peu d'entretien, résistant à la corrosion.
- Durable, avec une longue durée de vie.
- Peut être anodisé ou peint pour des raisons esthétiques.
L'acier est utilisé pour les structures plus grandes et soumises à des charges plus élevées. Nos kits standard Solar KIT T1V et N2V sont en acier avec un revêtement Magnelis® (zinc-aluminium-magnésium) et une visserie en acier inoxydable, avec une garantie du revêtement pouvant aller jusqu'à 25 ans selon l'environnement.
Fixation et fondations
Les méthodes incluent :
- Plots en béton
- Pieux battus
- Vis de fondation
- Solutions hybrides
Le choix dépend du type de sol, des charges environnementales (neige, vent) et de la taille de l'installation. Les poteaux de nos kits standard sont bétonnés : selon les recommandations du bureau d'études, les pieds sont enterrés à 1.40 m sous le niveau du sol et bétonnés dans la partie supérieure, sur une profondeur d'environ 0.80 m. Les vis de fondation ne sont pas prévues pour les kits standard. Les structures sur mesure sont le plus souvent réalisées avec des pieux battus, mais elles peuvent aussi être bétonnées ou posées sur des semelles en béton.
Évaluation de la qualité
Choisissez des fournisseurs dont les produits sont vérifiés. Contrôlez :
- Les certifications (par ex. EN 1090, TÜV, ISO)
- La garantie
- Les notices de montage et l'assistance technique
Pour nos kits standard, les plans techniques pour 25°, 30° et 35°, les instructions de montage, les certificats, la déclaration de performance, les conditions de garantie et les recommandations relatives aux fondations sont disponibles dans la section téléchargements de chaque fiche produit – vous pouvez les consulter avant d'acheter.
Kits standard ou structure sur mesure ?
Les kits standard Solar KIT T1V et N2V couvrent les installations de 2 à 16 panneaux en portrait jusqu'à 2280 × 1140 mm (cadre 30–40 mm), avec une inclinaison de 25°, 30° ou 35° et trois niveaux de résistance : Light (vent jusqu'à 22 m/s, neige 1.2 kN/m²), Strong (26 m/s, 1.6 kN/m²) et Ultra Strong (28 m/s, 1.6 kN/m²). Les panneaux plus grands, l'orientation en paysage, les autres angles d'inclinaison, les structures surélevées, les charges plus élevées et les centrales photovoltaïques nécessitent une structure fabriquée sur mesure pour le site concerné.
Une structure bien choisie garantit la rentabilité, la sécurité et un rendement énergétique maximal. À lire également : Systèmes PV au sol : comment choisir la bonne structure.