La puissance crête : signification et usage dans le photovoltaïque

publié le 31/08/2021 | mis à jour le 29/07/2023 | par Laurie Fouché

Qu’est-ce que la puissance crête ?

La puissance-crête est une notion d’électricité qui est couramment utilisée pour parler de moteurs électriques, de différents appareils électroménagers et de panneaux photovoltaïques. Selon l’équipement considéré, la puissance-crête ne décrit pas toujours exactement le même phénomène.

Que veut dire puissance crête ?

La puissance-crête, parfois appelée puissance pic, est la puissance maximale qui peut être délivrée par un moteur ou admise par un appareil fonctionnant à l’électricité. Cette puissance est généralement exprimée en watt (W) ou kilowatt (kW) et correspond à la puissance plafond qui peut être produite ou nécessaire pendant une très courte période ; elle ne correspond pas à la puissance de fonctionnement normal d’un appareil électrique, appelée quant à elle puissance nominale ou puissance moyenne.

Cette notion s’applique à différents types d’objets :

• la puissance-crête d’une enceinte ou d’un haut-parleur est nécessaire lors de passages dynamiques dans certains films ou musiques. Sur une courte période, la puissance de fonctionnement de l’appareil est plus élevée que la normale, mais cela peut entraîner des déformations sonores ;
• la puissance-crête d’un frigo ou d’un congélateur correspond à la puissance nécessaire à son fonctionnement lors du démarrage, après l’ajout d’un plat encore chaud ou lorsque la porte reste ouverte trop longtemps. Pour atteindre la température visée, une quantité importante de froid doit être produite en un temps limité, ce qui requiert beaucoup d’énergie. Une fois que la température souhaitée est atteinte, c’est la puissance nominale (deux à trois fois plus faible, selon les modèles) qui est nécessaire pour le fonctionnement de l’appareil ;
• les moteurs de véhicules électriques ont eux aussi une puissance-crête, cela concerne les voitures, motos, trottinettes, etc. La puissance-crête n’influence pas la vitesse maximale qui peut être atteinte, mais joue sur les accélérations soudaines et de courte durée : il s’agit par exemple de la puissance nécessaire pour un démarrage en côte ;
• la puissance-crête concerne également les lasers à impulsion. Bien que ce soit un faisceau continu qui est observé à l’œil nu, il s’agit en fait d’une série d’impulsions très courte et de très forte puissance : c’est la puissance-crête du laser. La puissance nominale prend en compte également les périodes entre chaque impulsion, où la puissance est nulle, elle est donc plus basse ;
• la puissance-crête des panneaux solaires photovoltaïques correspond à la quantité maximale d’électricité qu’ils peuvent produire à un instant donné dans des conditions d’ensoleillement idéal rarement atteintes.

Dans la plupart des cas, le choix d’un appareil électrique doit se baser sur la puissance nominale plutôt que sur la puissance-crête. En effet, c’est elle qui déterminera les performances et la consommation électrique.

La puissance-crête reste toutefois un point important pour les appareils installés dans des sites isolés, non raccordés au réseau, ou pour les installations mobiles (bateau, camping-car, etc.). Il faut alors bien dimensionner l’installation électrique pour un fonctionnement optimal. Cela est également vrai pour une installation photovoltaïque où l’onduleur et les éventuelles batteries doivent être choisis en fonction de la puissance crête installée.

Puissance crête des panneaux solaires

La puissance-crête photovoltaïque correspond à la quantité maximale d’électricité qui peut être produite par un module : il s’agit d’une donnée indispensable pour comparer les panneaux photovoltaïques, choisir le modèle qui sera installé et déterminer combien de panneaux solaires sont nécessaires.

Pour faciliter la comparaison, une unité spéciale a été créée, le kilowatt-crête (kWc). La puissance crête d’un panneau est déterminée en laboratoire et se base sur les résultats obtenus dans des conditions idéales de fonctionnement appelées STC (Standard Test Conditions) avec :

1. une irradiance solaire de 1 000 W/m². Cette notion physique souvent abrégée TSI (Total Solar Irradiance) correspond à la quantité d’énergie solaire qui entre dans l’atmosphère terrestre à un moment donné, perpendiculairement à celle-ci et pour une surface d’un mètre carré ;
2. une masse d’air de 1,5, habituellement appelée AM pour Air Mass. Cette notion d’astronomie détermine l’épaisseur d’atmosphère considérée et est très importante ici, car la traversée de l’air dissipe une partie de l’énergie solaire ;
3. une température de surface des cellules photovoltaïques de 25 °C.

La puissance crête d’un panneau photovoltaïque exprimée en kWc correspond à la quantité d’électricité produite par ce module à un instant donné dans les conditions décrites ci-dessus ; plus sa valeur est élevée, plus le panneau est performant. Cependant, ces conditions idéales sont souvent bien éloignées des conditions réelles et la puissance réelle d’un panneau n’atteint que très rarement la puissance-crête. Sur une année complète, un panneau solaire produit en moyenne 6 à 21 % de l’électricité qu’il produirait s’il fonctionnait à sa puissance maximale en permanence. Ce pourcentage s’appelle le facteur de charge et il est habituellement bas pour les énergies intermittentes (le solaire, l’énergie éolienne, l’énergie marémotrice, etc.).

La puissance-crête est une valeur qui peut être utilisée pour calculer le rendement d’un panneau photovoltaïque, c’est-à-dire la quantité d’électricité qu’il peut produire sur une période donnée. En général, on considère qu’en France métropolitaine un kilowatt-crête installé produit entre 900 et 1 400 kWh (kilowattheure) d’électricité chaque année. La quantité d’électricité peut être estimée plus précisément en fonction :

• de l’ensoleillement annuel dont bénéficie l’installation ;
• des températures auxquelles sont exposées les cellules photovoltaïques ;
• de l’inclinaison et l’orientation des panneaux solaires qui jouent un rôle très important ;
• de la présence ou non d’ombres sur l’installation au cours de la journée (bâtiment, arbre, cheminée, fenêtre de toit, etc.).

Puissance crête et watt crête

La puissance en physique est généralement exprimée en watt (W) en kilowatt (1 kW = 1 000 W), voire en mégawatt (1 MW = 1 000 kW), que l’on parle d’électricité ou de mécanique. Cela correspond à une quantité d’énergie générée ou consommée à un instant donné, ou plus précisément en une seconde.

Le kilowatt (kW) et le kilowatt-crête (kWc) mesurent exactement la même chose. Ce dernier a été créé lors de la mise en place de normes pour panneaux solaires visant à protéger les consommateurs de modules de mauvaise qualité et de fabricants et vendeurs malhonnêtes. Le kWc correspond au kW appliqué aux panneaux photovoltaïques dans des conditions précises et permet de comparer les performances maximales théoriques de deux panneaux, indépendamment de leur taille, de s’il s’agit d’un panneau monocristallin ou polycristallin, de la marque ou du modèle. Ainsi, les professionnels du secteur doivent tous calculer la performance de leurs panneaux de la même manière, et les consommateurs n’ont pas à faire de recherches d’une grande complexité pour dresser un comparatif.

D’autres unités ont des utilisations proches du kW et du kWc, mais s’utilisent dans des contextes différents. C’est par exemple le cas du voltampère (VA) et du kilovoltampère (1 kVA = 1 000 VA) qui mesurent eux aussi une puissance, mais se limitent au domaine de l’électricité ; ces unités n’ont pas de sens en mécanique. Le kVA est surtout utilisé pour mesurer la puissance du compteur électrique d’un logement. La plupart des foyers ont une puissance souscrite de 3, 6 ou 9 kVA : cela fait référence à la quantité d’électricité qui peut être consommée à un instant donné. Lorsqu’il y a dépassement de cette puissance (trop d’appareils en fonctionnement en même temps), l’installation disjoncte.

Il est important de ne pas confondre le kVA et le kWh (kilowattheure), ce dernier faisant référence à une quantité d’électricité. On l’utilise par exemple pour calculer les consommations d’un ménage, et c’est dans cette unité que le compteur d’électricité enregistre les consommations. On peut par exemple dire que la consommation moyenne des ménages en France en 2020 était de 4 535 kWh. Le kWh est également l’unité utilisée pour calculer la quantité d’électricité produite par une installation photovoltaïque, il est donc nécessaire de la comprendre pour faire des calculs de rendement ou de rentabilité.

Choisir la puissance crête d’une installation photovoltaïque

Les particuliers qui commencent à formuler un projet d’installation de panneaux photovoltaïques en arrivent très rapidement à se questionner sur le nombre de kWc à installer. Intuitivement, on pourrait penser qu’il est intéressant de faire poser autant de panneaux que possible, et que la vente d’électricité et/ou les économies effectuées via l’autoconsommation de l’électricité produite rentabiliseront rapidement l’investissement. Toutefois, cela n’est pas vraiment le cas, et ce pour plusieurs raisons :

• certaines aides pour panneaux solaires sont dégressives en fonction de la puissance-crête de l’installation. C’est notamment le cas du tarif d’achat du photovoltaïque et de la prime à l’autoconsommation pour les panneaux solaires raccordés au réseau ;
• les personnes qui souhaitent consommer une partie de leur production et revendre le reste optent pour ce que l’on appelle l’autoconsommation avec vente de surplus. Dans ce cas-là, les kWh consommés sont bien plus intéressants que les kWh vendus à EDF Obligation d’Achat. Cela signifie que l’augmentation de la quantité d’électricité vendue ne compense pas toujours l’augmentation de l’investissement initial que représente une hausse de puissance ;
• chercher à couvrir un maximum de surface avec des panneaux photovoltaïques peut contribuer à avoir une installation partiellement ombragée, ce qui peut parfois faire baisser la production de tous les panneaux. S’ils sont équipés d’un onduleur central (parfois appelé onduleur de chaîne), le moindre ombrage interrompt le fonctionnement de l’ensemble des modules ;
• la fiscalité des revenus liés au solaire pour les particuliers est également plus avantageuse pour les installations de faible puissance, ce qui participe parfois à rendre une grande installation domestique moins rentable qu’une centrale de taille plus modeste ;
• pour obtenir une autorisation d’urbanisme pour panneaux solaires, certains consommateurs seront obligés de limiter la puissance installée ; c’est notamment le cas des personnes habitant près d’un monument historique ou d’un site classé.

La rentabilité et la durée d’amortissement peuvent donc diminuer avec l’augmentation de la puissance crête installée. C’est pour cela qu’il est nécessaire de bien dimensionner l’installation photovoltaïque, en particulier la puissance-crête. Cette tâche peut être difficile à réaliser pour les consommateurs, et il est fortement conseillé de faire appel à des professionnels pour obtenir des conseils adaptés. Il est recommandé de demander trois devis détaillés à trois installateurs photovoltaïques différents. C’est le moment idéal pour poser toutes les questions importantes à ces professionnels et prendre en compte leurs suggestions.

À titre d’exemple, le tableau ci-dessous détaille la puissance-crête photovoltaïque conseillée en fonction des caractéristiques du logement et du budget disponible. Ces ordres de grandeurs s’appliquent aux familles faisant le choix de l’autoconsommation avec injection de surplus et ne constituent que des indications générales : pour bien choisir, il est important de se faire accompagner par un professionnel.

Pour les foyers qui cherchent à obtenir le rendement maximal avec leurs panneaux photovoltaïques, il existe des solutions, quelle que soit la puissance installée :

• tout d’abord, il est important de veiller à nettoyer les panneaux solaires de manière adaptée et régulière pour garantir un fonctionnement optimal dans la durée ;
• de plus, l’augmentation de la température des panneaux en surface diminue la quantité d’électricité produite. Pour y remédier, certains choisissent des panneaux solaires hybrides à eau ou des panneaux aérovoltaïques ;
• une autre solution, plus simple et moins coûteuse, consiste à faire poser les modules en surimposition, et non en intégration au bâti.