Un projet de future installation photovoltaïque ? Renouvelle vous partage son analyse pour vous aider à en maîtriser les diverses technologies d'ondulation dans un guide en trois parties.
Peut-être êtes-vous en train d’examiner différents devis pour une installation photovoltaïque, après avoir consulté plusieurs installateurs. En les parcourant, vous remarquez que certains proposent un système avec un seul onduleur central ou onduleur de chaine, tandis que d’autres présentent un système plus complexe incluant des optimiseurs, voire plusieurs micro-onduleurs. N’étant pas expert, vous menez vos propres recherches en ligne et consultez vos installateurs.
Cependant, l’analyse se révèle ardue, car chaque intervenant défend son point de vue. Certains expriment des réserves quant à l’efficacité de ces nouveaux outils qui n’ont pas encore fait leurs preuves, tandis que d’autres y voient un avantage significatif pour la productivité de l’installation.
Renouvelle a décidé de vous éclairer sur ces trois systèmes d’ondulation et de vous aider à mieux appréhender leurs différences, les gains d’énergie, et leurs coûts. Ce premier article se concentrera sur l’onduleur de chaine.
Les deux parties suivantes sont à retrouver ici :
Installation avec onduleur central ou onduleur de chaine
C’est la combinaison classique que proposent la plupart des installateurs de panneaux solaires. On peut opter pour cette configuration lorsqu’on dispose d’une toiture pas très complexe pour y placer des panneaux photovoltaïques, et qu’on a très peu d’ombre portée causée par des installations techniques (comme une église devant chez vous, par exemple) ou d’autres excroissances architecturales à faible emprise (comme une cheminée).
Fonctionnement du système avec onduleur
L’onduleur joue un rôle spécifique dans votre installation : il convertit le courant produit par les panneaux solaires. En effet, il transforme le courant continu (CC) des panneaux photovoltaïques en courant alternatif (AC) utilisable par les appareils domestiques de votre maison.
Ce courant transite de panneau en panneau, grâce à un assemblage qui s’apparente à une chaine de vélo, chaque maillon étant connecté par les bornes positives et négative. Ce système de chaîne photovoltaïque connectée est aussi connu sous l’appellation anglaise de « String ». Les panneaux sont ensuite raccordés à un onduleur dit « central » ou « multi string » par deux câbles à courant continu (+ et -). Pour limiter au maximum les pertes de tension, l’onduleur est placé à une distance maximale de 20 m des panneaux. Pour en garantir la longévité, on le placera dans un espace à l’abris des intempéries et ventilé pour éviter les surchauffes.
L’onduleur remplit d’autres fonctions, telles que la synchronisation de l’électricité produite avec le réseau (fréquence, tension) et sert également de dispositif de sécurité (découplage du réseau en cas de maintenance ou de défaut détecté).
La puissance d’un onduleur est exprimée en kVA (kilo Volt Ampère), c’est-à-dire la puissance en courant alternatif. Cette mesure permet de distinguer, sur un devis d’un installateur, la puissance des panneaux à l’entrée (kWc) et la sortie (kVA) de l’onduleur sur votre circuit privé. En Belgique, la puissance kVA de votre installation est très importante, car au-delà de 10 kVA, des obligations fiscales peuvent être appliquées au propriétaire de l’installation, telles que l’obtention d’un numéro de TVA (y compris pour les particuliers).
La gestion des strings grâce au MPPT
L’onduleur va toujours essayer d’aller chercher le meilleur de la chaine de panneaux qu’il contrôle, c’est à dire la puissance maximale de chaque string ou groupe de strings, on parle de puissance MPPT (Maximum power point tracking).
Pour cela, l’onduleur dispose de trackers (généralement 2 trackers par onduleur), qui sont des entrées indépendantes dans l’onduleur, sur lesquelles viendront se connecter de 1 à 2 strings de panneaux. Chaque tracker possède une fonction MPPT qui consiste à rechercher à chaque instant de la journée la puissance MPPT des strings. Cette puissance est obtenue grâce au produit du courant traversant les modules du string contrôlé (Imp) et de la tension de la chaîne de panneaux (Vmp). L’onduleur rassemble ensuite le courant DC de chacun des trackers (onduleur string) et le convertit en courant alternatif.
Au sein d’un string de plusieurs panneaux en série,
- Le courant maximum en sortie du string est égal au courant du panneaux le plus faible.
- La tension du string est égale à la somme des tensions de chaque panneau
Au sein d’un tracker qui gère 1 ou 2 strings
- Le courant maximum est égal à la somme des courants en sortie de chaque string de ce tracker
- La tension est égale à celle du string le plus faible.
La fonction MPPT est particulièrement utile lorsque votre installation est composée d’un ensemble de modules solaires répartis sur deux pans de votre toit (voir photo ci-contre), avec des orientations et des inclinaisons différentes. En effet, dans cette configuration, lorsque le soleil se déplace dans le ciel, les panneaux ne vont pas atteindre leur puissance maximale simultanément, ni au même moment de la journée. L’onduleur va donc gérer de manière indépendante chaque groupe de panneaux pour optimiser la production de l’installation.
Les avantages et limites de ce type d’onduleur
Avantages
- Un appareil permet de gérer la production d’une installation et peut contrôler jusqu’à 2 pans différents (2 trackers) pour obtenir le meilleur rendement possible.
- L’accès à l’onduleur est facile pour sa maintenance (cave ou grenier), évitant de devoir monter sur le toit, réduisant ainsi les risques de chute.
- Ce type de produit bénéficie d’un retour d’expérience solide (30 ans) avec un large choix de marques disponibles (SMA, ABB, Solaredge, SunGrow, Fronius, Wks, etc.).
- Il offre le meilleur compromis €/kVA pour une installation résidentielle standard et commerciale (plus de 6 panneaux).
- L’indice de réparabilité est plus important.
- Idéal si on veut récupérer le courant continu des panneaux pour alimenter directement une batterie domestique sans perte de conversion (une seule étape de conversion).
Limites
- Usure plus rapide et durée de vie moyenne de 10 à 15 ans. Certaines marques proposent une extension de garantie jusqu’à 20 ans, avec des conditions de remplacement en 48 heures en cas de défaut.
- Minimum de 5 panneaux sur un string pour un installation résidentielle.
- Les panneaux d’un même string doivent être du même type (même puissance en watts-crête et même type de cellules). Si un de vos panneaux doit être remplacé, il devra l’être par un panneau identique en type et performance (le marché de l’occasion existe.)
- Le nombre de trackers est limité à 2 pour les installations résidentielles monophasées et triphasées, le rendant moins performant en condition de multi pans.
- Pas de suivi individuel des panneaux (il faut ajouter des optimiseurs).
- Pas idéal si on installe soi-même son kit (manipulation de courant continu et outil spécifique)
- En cas de panne, il provoquera un arrêt total de tous vos panneaux.
Alors quand faut-il utiliser ce type d’onduleur de chaine ?
Dans le cas où votre toiture présente un niveau limité d’ombres portées sur plusieurs panneaux et que votre bâtiment dispose de maximum 2-3 pans différents bien orientés (exemple, un pan Est et un pan Ouest), la solution d’onduleur centralisé sera plus simple et moins consommatrice en électronique de puissance. Au-delà de 5-6 panneaux, elle sera moins coûteuse que les autres solutions.
Si vous souhaitez un jour intégrer une batterie à votre système de production, les onduleurs hybrides combinent la fonction de régulateur de charge, et de conversion de votre courant DC/DC et DC/AC. Plus chers que les onduleurs standards (+/- 1500€), ils rendent le système plus efficace qu’avec des micro-onduleurs.
Optez pour un onduleur de moyenne à haute gamme qui assurera une durée de vie plus longue, bénéfique pour votre installation. Si l’installateur vous propose une extension de la garantie de fabrication (10 ans + 5 ans), payer un peu plus pour se protéger en cas de panne est intéressant. Et enfin, encouragez la filière à se relocaliser en choisissant des marques européennes.
Certaines d’entre elles proposent un réseau d’accessoires qui vous permettent de suivre votre production, autoconsommation et injection en temps réel et/ou vous aident à démarrer vos appareils électroménagers au bon moment. D’autres systèmes de pilotage de ballon d’eau chaude comme un routeur solaire (PV heater) ou de boiler thermodynamique sont aussi disponibles pour stocker votre surproduction photovoltaïque sous forme d’eau chaude sanitaire.