Les Effets de l’Ombrage sur les Cellules Photovoltaïques

Bienvenue sur mon blog dédié aux énergies renouvelables ! Aujourd’hui, nous explorons un sujet essentiel pour optimiser les installations solaires : les effets de l’ombrage sur les cellules photovoltaïques (PV). Cet article s’appuie sur des documents spécialisés pour expliquer comment une ombre, même partielle, peut drastiquement réduire les performances d’un panneau solaire.

Avec la croissance fulgurante du marché PV – la capacité installée mondiale a dépassé les 2,5 TW à la mi-2025, après l’ajout de 380 GW rien qu’au premier semestre –, il est crucial de maîtriser ces phénomènes pour maximiser le rendement. Les projections pour 2025 prévoient 655 GW d’ajouts supplémentaires.

Qu’est-ce que le Photovoltaïque ?

Le photovoltaïque, ou PV, tire son nom du grec « photos » (lumière) et du physicien italien Alessandro Volta, connu pour ses travaux sur l’électricité (d’où l’unité « volt »). Il repose sur la technologie des semi-conducteurs : les photons libèrent des électrons dans une cellule PV, créant une différence de potentiel qui génère un courant électrique continu. Ce n’est pas la chaleur, mais uniquement la lumière qui active ce processus. Découvert en 1839 par Edmond Becquerel, le PV a évolué des premiers satellites en 1958 à des applications massives.

En 2024, la capacité cumulée mondiale atteignait au moins 2 156 GW, avec une explosion des installations : plus de 600 GW ajoutés en 2024, menant à une projection de croissance de 10 % en 2025.

Les cellules PV, souvent en silicium cristallin, sont assemblées en modules. Cependant, leur efficacité est très sensible à l’environnement, particulièrement à l’ombrage, qui varie au cours de la journée et des saisons. Il est impératif d’éviter les obstacles comme les arbres, bâtiments ou même les rangées de modules trop proches, car l’ombre est un ennemi redoutable pour les performances.

Les Effets Principaux de l’Ombrage

Lorsqu’une cellule est ombragée, elle subit une sous-irradiation, entraînant une diminution du courant débité. La puissance fournie (P = U × I) chute alors. Dans un module, les cellules sont connectées en série : la cellule ombragée impose son courant réduit aux autres, réduisant ainsi la puissance des cellules non ombragées.

En approximation simplifiée, la puissance des cellules non ombragées s’aligne sur celle de la cellule ombragée – une règle d’autant plus valide que l’ombrage est important. Par exemple, un module produisant 180 W sous plein soleil (60 cellules à 3 W chacune) peut chuter à 60 W si une seule cellule ne produit plus que 1 W, soit une perte de deux tiers ! Des études montrent que l’ombrage partiel peut réduire la production jusqu’à 75 %.

Pour les modules connectés en parallèle, l’ombrage d’un module peut causer une inversion de courant (courant retour), endommageant le module si ce courant devient trop élevé.

Les Autres Conséquences : Points Chauds et Inversion de Polarité

Au-delà des pertes de puissance, l’ombrage provoque une inversion de polarité aux bornes de la cellule ombragée : sa tension change de signe, la transformant de générateur en récepteur. Cela entraîne un échauffement, créant un « point chaud » (hot-spot), qui peut endommager irrémédiablement la cellule et réduire la durée de vie du module.

L’ombre combine ainsi une perte massive de puissance et un risque de surchauffe, impactant la fiabilité globale du système.

Avancées Récentes pour Atténuer les Effets de l’Ombrage

Heureusement, des solutions existent. Les diodes by-pass, intégrées dans la boîte de jonction à l’arrière des modules, jouent un rôle double : protéger contre les hot-spots et améliorer les performances sous ombrage. Leur principe ? Court-circuiter les cellules ombragées. Les constructeurs implantent généralement 2 à 5 diodes par module, chacune associée à un sous-réseau de cellules.

Lorsqu’une cellule est ombragée, la diode devient passante, isolant le sous-réseau et permettant au courant de circuler sans perte majeure. Par exemple, dans un module ombragé, la puissance peut être maintenue à 120 W au lieu de chuter drastiquement.

Pour les courants retours en configurations parallèles, deux solutions : installer des diodes de découplage par chaîne (bien que coûteuses et causant des chutes de tension) ou des fusibles calibrés à 2 × Icc, qui fondent en cas de surcharge sans empêcher les courants mineurs.

En 2025, les avancées incluent des stratégies de reconfiguration statiques et dynamiques des arrays PV pour minimiser les pertes sous ombrage partiel. Les cellules half-cut réduisent les pertes résistives et améliorent la tolérance à l’ombre. Des contrôles intelligents et optimisations globales atténuent les effets des conditions d’ombrage partiel. Des coatings anti-poussière et des designs bien pensés (orientation, inclinaison) aident aussi indirectement. Une revue récente souligne l’importance d’une perspective holistique pour enhancer l’efficacité des systèmes PV face à l’ombrage.

Lors de l’installation, analysez le site pour éviter les zones ombragées et utilisez des outils de simulation.

Conclusion

L’ombrage reste un défi majeur pour les cellules PV, causant des pertes d’énergie, des hot-spots et des risques de dégradation. Mais avec des diodes by-pass, des solutions anti-retour et les innovations récentes, il est possible de limiter ces impacts. Si vous planifiez un projet solaire, priorisez une étude de site approfondie. Le PV continue de s’imposer, avec une capacité mondiale projetée à dépasser les 3 TW d’ici fin 2025. Restez connectés pour plus d’articles sur les énergies vertes !