[Technique] Installation solaire photovoltaïque: les bases

De quoi est composée une installation photovoltaïque ?

Ce mois-ci, j’aborde la thématique du fonctionnement des installations solaires, car tout le monde connaît le solaire, mais connaissez-vous vraiment les éléments qui composent une installation photovoltaïque ?

Les différents éléments d’une installation photovoltaïque:

Les capteurs solaires photovoltaïques.

Premiers éléments d’une installation, ce sont les plus visibles et c’est grâce à eux que l’énergie solaire captée est transformée en courant continu (DC).

Il y a 3 grandes familles de capteurs photovoltaïques :

Monocristallins : les cellules du panneau sont issues d’un seul cristal de silicium. Leur couleur est parfaitement noire et leur rendement légèrement supérieur au polycristallin (entre 1 et 2%). Autre point important, le monocristallin réagit mieux en température froide et sa production sera plus étendue tout au long de la journée. Rendement : 17 à 24% (hétérojonction: 24.8%!)
Polycristallin : les cellules du panneau sont issues de plusieurs cristaux de silicium de tailles variées. De ce fait, leur couleur tire vers le bleu. Le polycristallin coûte moins cher à produire et se comporte mieux en climat chaud. Rendement : 15 à 18%.
Thin-film ou « couche mince » : les cellules sont composées de silicium amorphe. Cette technologie est en cours de développement. Rendement 6 à 14%.

*Monocristallin à gauche, polycristallin à droite*

Mais le plus important dans le choix des capteurs reste :

Des cellules (wafers) de qualité,
Un assemblage de capteurs bien réalisé,
L’expérience du conseiller en énergie solaire et de l’entreprise installant ces capteurs.

Nous avons aussi assisté à la naissance de capteurs « blancs » qui sont en réalité des capteurs mono ou poly recouverts d’un « film » leur donnant un look blanc. L’ajout de ce film plombe le rendement ! (fera l’objet d’un article spécifique)

La structure de fixation

Fixations ajoutées sur la toiture :

Plusieurs fournisseurs et le même principe : des crochets sont installés sur le lattage et des rails sont fixés ensuite. Il existe des fixations spécifiques pour chaque type de couverture.

Fixations intégrées à la toiture :

Plusieurs styles de structure sont disponibles : Easy-Roof, MegaSlate, Solrif… Les tuiles sont enlevées, et un système étanche de fixation vient se loger sur le lattage de la toiture et le tout est isolé air/eau par de la ferblanterie.

Fixations pour toits plats :

De nouveau un large choix de structures adaptées à toutes les situations !

Fixations pour pose au sol, sur des rambardes ou en façade :

Elles sont souvent faites plus ou moins sur mesure selon la nature du projet.

L’onduleur

C’est la pièce maîtresse de l’installation ! Sans lui, le courant continu (DC) issu des panneaux ne peut être converti en courant alternatif (AC) utilisable dans la maison. Il est très sollicité et doit être de très bonne qualité.

Il existe plusieurs types d’onduleurs :

Onduleur de chaîne ou onduleur central : un seul appareil installé dans la maison, souvent à proximité du tableau électrique. Il peut également être installé à l’extérieur du bâtiment (sous un couvert) ou dans les combles (avec une isolation coupe-feu). Les panneaux sont reliés en « string » (série de plusieurs panneaux) et sont interdépendants les uns des autres. Une ombre nette sur un panneau impacte le string sur lequel il est raccordé. La liaison entre les panneaux et l’onduleur est en DC. La régulation permet de voir le rendement de l’installation dans son intégralité.
Micro-onduleur : chaque panneau à son propre onduleur en format mini d’où l’appellation « micro-onduleur ». Le micro-onduleur est directement placé sous le panneau en toiture rendant chaque panneau indépendant, la liaison entre directement en AC vu que l’ondulation se fait en toiture. La régulation permet de voir le rendement instantané de chaque panneau.
Optimiseurs : ils sont utilisés avec un onduleur de chaîne dans le but de rendre chaque panneau indépendant et donc de ne pas perdre de rendement en cas d’ombre sur un ou plusieurs panneaux. Un optimiseur est raccordé sur chaque panneau comme pour les micro-onduleurs. Ils permettent de voir le rendement instantané de chaque panneau.

Vous avez envie de connaître les différences et les applications spécifiques des onduleurs et des micro-onduleurs? Cet article est pour vous!

Monitoring & gestion de l’autoconsommation

Afin de vérifier l’état de production de l’installation et optimiser l’autoconsommation, un monitoring peut être installé.

C’est un boîtier qui sera connecté au compteur bi-directionnel / à l’onduleur (et optionnellement aux différents consommateurs comme une batterie PV, une PAC, etc.) et qui donnera accès à beaucoup (parfois trop) d’informations. A noter qu’un monitoring peut se rajouter après avoir fait une installation solaire mais que souvent les coûts d’installation sont moindres lors d’une mise en place en même temps que l’installation solaire.

Petite revue des systèmes les plus vendus en Suisse :

Solar-Log

C’est un système performant offrant plusieurs niveaux de finesse d’informations et adapté à toutes les tailles d’installations.

Pour le résidentiel, le 300 ou le 1200 sont amplement suffisants. Le 1900 et le 2000 sont réservés aux grandes installations.

Solar-Log offre également des solutions de Smart Energie telles que :

Smart Heater : résistance électrique connectée pour boilers,
Smart PAC : connexion facilitée avec une pompe à chaleur,
Smart Charge : connexion avec une borne de charge pour véhicule électrique,
Smart Battery : visualisation des charges et décharges des batteries PV.

PowerDog

Mêmes fonctions que Solar-Log mais interface différente. Ils sont aussi fâchés avec le français ! Comme les autres, il est disponible en plusieurs tailles selon la puissance de l’installation, le nombre d’onduleurs et le nombre de consommateurs à gérer (S, M, L et LPR).

Envoy-S et S Metered Enphase

Si vous optez pour des micro-onduleurs vous n’aurez sûrement pas trop le choix que d’avoir la solution de monitoring d’Enphase, le boîtier Envoy. Le boîtier est connecté à l’application Enlighten et permet d’avoir accès à quelques données depuis son smartphone. Le Envoy ne permet pas de faire de l’optimisation d’autoconsommation et seul le Envoy Metered peut gérer le stockage d’électricité via une batterie Enphase.

Solar Edge – Optimiseurs

Si votre installation est équipée d’optimiseurs Solar Edge, le monitoring et la gestion de l’autoconsommation se fera via le système Solar Edge. C’est une solution sans chichis qui va à l’essentiel et permet beaucoup de choses (optimisation avec la domotique, batterie, borne pour véhicule électrique…).

Compteur bidirectionnel

Vu que l’on va produire du courant et aussi en ré-injecter dans le réseau, nous devons installer un compteur qui va dans les deux sens : achat et vente.

Batterie de stockage physique

Depuis plusieurs années déjà, il est possible de stocker le courant produit en journée pour le consommer durant la nuit.

Il existe 2 grandes familles de batteries :

Plomb : durée de vie de 5 à 10 ans, 500 à 2000 cycles de charge, coûts de stockage en CHF/kWh : 0.17 – 1.30.-

Ce type de batterie peut fonctionner à des températures comprises entre 10°C et 30°C. Elles sont sensibles à la décharge complète, leur décharge ne devrait pas excéder 50% (risque de dégradation).

Lithium-ions : durée de vie de 10 à 20 ans, 4000 à 10’000 cycles de charge, coûts de stockage CHF/kWh : 0.17 – 0.50.-

Ce type de batterie peut fonctionner à des températures comprises entre 20°C et 40°C. Elles peuvent tolérer des décharges à 80-90%.

Il existe deux types de couplage : en courant continu (DC) ou en courant alternatif (AC). Le couplage AC peut être monophasé ou triphasé. Sur une installation solaire existante, le couplage AC est privilégié.

Eau salée : durée de vie de 15 ans, 3000 à 5000 cycles de charge, coûts de stockage en CHF/kWh : non communiqués.

Ce type de batterie peut fonctionner à des températures comprises entre -5°C et 50°C. Elles sont sûres, écologiques et elles ne nécessitent pas d’entretien particulier. Elles supportent les décharges profondes et les charges partielles et peuvent être couplée en AC ou en DC.

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