Nouvelle méthode pour optimiser les performances des systèmes PV bifaciaux résidentiels

Des scientifiques au Qatar ont présenté une nouvelle approche d’optimisation des systèmes photovoltaïques (PV) bifaciaux résidentiels, en combinant des panneaux orientés plein sud et des panneaux montés verticalement et orientés vers l’est. Cette méthodologie inédite permettrait une augmentation de 21,6 % de la valeur actuelle nette (VAN) du système.

mai 16, 2025 Lior Kahana

Panneaux orientés plein sud avec un angle d’inclinaison égal à la latitude ; panneaux PV verticaux orientés est-ouest.

Image : University of Doha for Science and Technology, Energy Reports, CC BY 4.0

D’après pv magazine International

Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l’Université de Doha pour la science et la technologie (Qatar) a exploré l’optimisation des panneaux bifaciaux dans un contexte résidentiel, en mettant l’accent sur la maximisation des bénéfices économiques selon les profils de charge. Les résultats sont présentés dans l’étude « Optimization of bifacial PV panels in a residential sector for maximum economic benefits based on load profile », publiée dans Energy Reports. L’étude a été réalisée par des chercheurs de l’Université de Doha pour la science et la technologie (Qatar) et de l’Université de Lahore (Pakistan).

« Cette recherche propose une approche innovante pour optimiser les panneaux bifaciaux dans les habitations, en combinant des configurations orientées au sud et montées verticalement vers l’est », a déclaré Muhammad Zubair, auteur correspondant, à pv magazine.

Production horaire moyenne d’un système orienté sud et d’un système vertical orienté est.
*Image : University of Doha for Science and Technology, Energy Reports, CC BY 4.0*

En utilisant le logiciel System Advisory Model (SAM), les chercheurs ont d’abord comparé les systèmes monofaciaux et bifaciaux, avant d’optimiser ces derniers selon différents régimes de charge. « En comparant les configurations de type zero-export et net metering, cette étude offre des pistes concrètes pour maximiser la valeur actuelle nette (VAN) des investissements photovoltaïques dans des conditions de rachat en temps réel », expliquent-ils. Contrairement aux études précédentes concentrées principalement sur des configurations orientées plein sud, cette recherche introduit un système hybride combinant des panneaux bifaciaux orientés sud et est-ouest, optimisant les angles d’azimut et d’inclinaison à partir de profils de consommation résidentiels réels, et permettant trois pics distincts de production d’énergie au cours de la journée.

Les systèmes ont été simulés sur un toit à Islamabad, capitale du Pakistan, recevant une irradiation horizontale globale (GHI) de 5,24 kWh/m²/jour, avec une température moyenne de 21,3 °C et un vent moyen de 1,7 m/s. Le profil de charge a été estimé à partir d’une moyenne de 70 foyers. Tous les systèmes avaient une puissance de 5 kW. Les résultats montrent que les panneaux bifaciaux produisent 10 % d’énergie en plus que les panneaux monofaciaux orientés au sud. De plus, ils présentent une VAN supérieure de 13,6 %, un coût actualisé de l’énergie (LCOE) inférieur de 4,5 %, et un temps de retour sur investissement réduit de 5 %.

Concernant l’installation verticale des panneaux bifaciaux, les chercheurs ont constaté que la hauteur optimale était d’au moins 2 m au-dessus du sol. Un système installé à 2 m atteint une VAN 7,6 fois plus élevée qu’un système placé directement sur le toit. Dans une configuration grid-tied sans exportation (courante au Pakistan), le système bifacial optimisé orienté au sud exigeait un angle d’inclinaison de 30° et un azimut de 190°, générant une VAN de 2 451 $ (environ 2 255 €). Mais en optimisant une orientation vers l’est, les panneaux verticaux ont permis d’atteindre une VAN 9,7 % plus élevée (2 787 $, soit environ 2 564 €), bien que la production annuelle d’énergie soit 18,5 % inférieure à celle de l’orientation sud.

« Ces meilleurs résultats économiques, malgré une production énergétique plus faible des panneaux bifaciaux orientés à l’est, s’expliquent par une durée de production plus étalée dans la journée, contrairement aux panneaux orientés au sud qui n’ont qu’un seul pic », expliquent les chercheurs. En effet, la configuration est a permis de couvrir la charge pendant 3 427 heures la première année, contre 3 147 heures pour le système orienté sud — soit 8,9 % de plus.

Une dernière simulation a testé une configuration mixte : 2,5 kW orientés sud et 2,5 kW orientés est. Ce système a permis de satisfaire la charge pendant 4 226 heures par an, soit 1 079 heures de plus qu’un système bifacial orienté uniquement au sud. La VAN a augmenté de 21,6 %, atteignant 3 091 $ (environ 2 843 €), avec un LCOE de 1,87 centime USD (0,92 euros)/kWh et un temps de retour de seulement 3,43 ans.

En conclusion, les chercheurs recommandent, dans des régimes de net metering avec rachat en temps réel, d’installer les systèmes bifaciaux verticalement et orientés à l’est, pour assurer une production énergétique à des moments où d’autres systèmes PV sont peu efficaces. « Le système bifacial orienté est génère 362 heures supplémentaires d’électricité par an, comparé à un système bifacial orienté sud », indiquent-ils.

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