Onduleurs photovoltaïques : au cœur d’installations de plus en plus sophistiquées

Installation de panneaux solaires sur un groupe scolaire à Montpellier. (c) SMA

Ce n’est certes pas le poste de coûts le plus important d’une installation PV, petite ou grande, mais il reste l’élément essentiel d’une installation fiable, durable, performante et adaptée aux nouvelles possibilités d’utilisation telles que l’autoconsommation ou l’intégration dans des smart grids. Car l’onduleur PV pourra être de plus en plus souvent associé à des moyens de gestion d’énergie, de stockage ou de nouveaux modes de mobilité électrique.

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Le 28 juin dernier, le secrétaire d’Etat auprès du ministre de la Transition écologique et solidaire Sébastien Lecornu lançait la démarche « Place au Soleil ». Son but ? Mobiliser l’ensemble des acteurs pour atteindre de nouveaux objectifs plus ambitieux en matière de développement du photovoltaïque. Le développement de l’autoconsommation individuelle ou collective fait partie des 40 mesures de ce plan, de même que des mesures spécifiques s’appliquant aux zones non interconnectées. Des mesures qui ont reçu l’approbation des professionnels, même si certains pensent que l’on aurait pu aller plus loin, en particulier par le relèvement du seuil de puissance pour les appels d’offres de la CRE.

Des équipements de plus en plus performants pour réaliser ces nouveaux projets
Les onduleurs et tout leur environnement d’installation, de gestion et de communication ont fortement évolué en quelques années pour réduire les coûts d’exploitation, améliorer la fiabilité et la maintenabilité, augmenter le rendement et diminuer les coûts d’installation.

Le rendement a ainsi augmenté de près de 10 % et dépasse, pour certaines puissances, 97 à 98 % (rendement « européen »). Et pour David Lawson, directeur Marketing de SMA France, « le travail a été fait pour que ce rendement maximal soit atteint sur une plage de tension DC large et pour des températures supérieures à 40 °C. Pour améliorer ce rendement, nous utilisons une technique d’optimiseur lorsqu’un module est par exemple ombragé ».

Des solutions pré-installées pour permettre une mise en parallèle facile de plusieurs onduleurs. (c) Fronius

Le choix du mode de refroidissement est aussi important pour des équipements souvent installés en toiture ou dans des champs PV avec des températures qui peuvent dépasser 40 ou 50° au niveau du coffret. Pour Bertrand Moulaire, responsable commercial France-Belgique du constructeur européen Fronius, « notre choix a été de travailler en “active cooling” avec des ventilateurs pour éviter tout déclassement lorsque les températures dépassent 40 °C dans des pays comme l’Australie. Ces ventilateurs consomment très peu et permettent une diminution de l’encombrement et du poids pour atteindre ainsi 35 kg pour un onduleur 27 kW triphasé. À comparer aux 50 kg de la gamme précédente ». Ces gains de poids et d’encombrement ne se font pas au détriment de la maintenabilité ni de la rapidité de dépannage. Car, explique Ali Obeid, conseiller technique de Fronius Solar Energy France, « nous avons adopté un système de montage “SnapINverter” qui rend l’installation simple et rapide et une technologie avec 3 cartes enfichables qui permet, si besoin, un dépannage rapide par l’installateur sans changer le module complet. L’onduleur se connecte sur un support mural séparé, muni des borniers DC et AC avec une ouverture en charge sécurisée : impossible de séparer l’onduleur en charge de son support ».

 

Des systèmes débrochables rendent l’installation et la maintenance plus rapides et plus sûres. (c) Fronius

Flexibilité d’installation
La facilité d’installation et un câblage sans risque des câbles AC et DC est une préoccupation des constructeurs pour des sites qui peuvent compter des dizaines d’onduleurs avec mise en parallèle de plusieurs unités. Des solutions préinstallées comme le Fronius Power Package peuvent être proposées pour réduire les coûts et erreurs d’installation. Une préoccupation que l’on retrouve pour des onduleurs de chaîne de forte puissance comme pour le nouvel onduleur PVS-100/12 d’ABB avec son entrée de 1 000 V DC réduisant le nombre d’onduleurs et un support de fixation polyvalent pour un montage vertical ou à plat. Une conception modulaire avec deux coffrets attenants à l’onduleur qu’ABB a retenue pour son nouvel onduleur TRIO 50.0 voué à simplifier l’installation et la maintenance.

Pour David Lawson, « la facilité d’installation passe aussi par la diminution du poids : avec 17 kg pour le Sunny Boy 3.0/5.0, le poids a été divisé par deux par rapport à la génération précédente et le nouveau Sunny CORE1 est le premier onduleur string autoportant facile à installer pour des installations décentralisées commerciales sur toiture ou au sol ».

Installation de quatre onduleurs triphasés en t-oiture d’un groupe scolaire. (c) SMA

Des solutions de monitoring, communication et supervision de plus en plus développées
La solution ? Des onduleurs de plus en plus intelligents, avec une assistance depuis la mise en service sur écran, smartphone ou tablette ; des outils qui vont permettre aux installateurs et exploitants d’installations PV d’accéder aux données, statistiques et informations importantes de leur site. Selon David Lawson, « Sunny Portal de SMA, basé sur la nouvelle plateforme IoT ennexOS est le plus grand portail de surveillance d’installations PV dans le monde avec plus de 125 000 sites enregistrés ».

« Le portail de surveillance Fronius Solar.web connecté à l’onduleur via un routeur permet de surveiller, analyser, faire des mises à jour à distance, générer des rapports. Solar.web est un portail de constructeur et permet une maintenance et un dépannage avancés », explique Bertrand Moulaire.

Ces solutions sont particulièrement intéressantes dans le cas d’installations avec autoconsommation, car elles permettent de visualiser les courbes de consommation, de piloter les charges, de comparer les rendements et de contrôler l’injection sur le réseau.

Schéma d’une installation avec auto consommation et injection partielle sur le réseau. (c) IMEON Energy

De nouvelles solutions adaptées à l’autoconsommation
Si les installations PV avec autoconsommation totale ou partielle ne représentent en France que 4 à 5 % des sites (20 000 foyers résidentiels à fin 2017), leur nombre augmente rapidement et les mesures du plan de mobilisation « Place au soleil » devraient développer ces solutions en particulier dans les domaines tertiaires, industriels et agricoles et ouvrir de nouvelles possibilités pour l’autoconsommation collective et les écoquartiers. Grâce à l’expérience de pays comme l’Allemagne où l’autoconsommation est très développée (1,5 million de foyers), des solutions techniques performantes existent pour une autoconsommation complète ou avec revente de surplus.

La société Imeon Energy, fabricant français basé en Bretagne et réalisant 90 % de son CA à l’export, a développé une gamme 3-9 kW destinée aux installations pour l’autoproduction avec stockage. Et Christophe Goasguen, PDG d’Imeon, explique : « Ces onduleurs hybrides sont parfaitement adaptés à toutes les configurations : smart grid/offgrid/back-up/on-grid. L’onduleur va s’adapter et moins solliciter la batterie en intégrant un vrai PC sous Linux pour faire des prévisions de consommation, s’adapter aux flux d’énergie (machine learning) et prendre en compte l’état du réseau. Et cet onduleur peut s’adapter aux changements de technologie des batteries. »

Le stockage d’énergie se fait majoritairement à l’aide de batteries lithium, mais d’autres solutions de stockage émergent. Pour Bertrand Moulaire, « cela peut être par l’eau chaude d’un ballon, grâce à notre application Ohmpilot ou par une pompe à chaleur. Le surplus peut également recharger la batterie d’un véhicule électrique. L’optimisation de la consommation se fait grâce au pilotage des charges (relais ou sortie Energy Management intégrée à l’onduleur). Le stockage d’énergie peut aussi se faire à l’aide de l’hydrogène généré par électrolyse et utilisé dans des véhicules alimentés en H2 ».

Dans tous les cas, un projet d’autoconsommation va débuter par la prévision de production par l’onduleur et celle des consommations afin d’adapter l’installation au besoin. Ainsi, explique David Lawson, « on peut utiliser un logiciel comme Sunny Design pour définir l’installation. La gestion de son fonctionnement en gestion locale peut se faire via un logiciel comme Data Manager M, mais demain, ces appareils pourront faire des propositions en fonction du prix spot du marché de l’énergie pour stocker, consommer ou vendre. Cela va intéresser des entreprises comme des supermarchés ».

Stand SMA au salon Intersolar 2018 à Münich. (c) SMA

Une installation électrique à adapter à l’autoconsommation
L’installation PV fait alors partie de l’installation électrique du bâtiment et lorsqu’elle est connectée au réseau, ses architecture et dimensionnement doivent prendre en compte plusieurs paramètres et contraintes. Des éléments que rappelle Vanya Ignatova, architecte Solutions sur l’intégration des énergies renouvelables de Schneider Electric : « Le calcul de l’installation électrique doit être fait pour chaque mode opératoire, le stockage éventuel doublant les modes opératoires. Ce stockage est à considérer dans le calcul des courants de court-circuit comme source de courant et le dimensionnement des équipements (câbles, par exemple) doit être fait par rapport aux pires contraintes. Il y a aussi des contraintes spécifiques pour les appareils de protection ; des différentiels de type B sont par exemple recommandés. L’attention doit être également portée aux harmoniques et composante continue que peuvent générer les convertisseurs électroniques. »

Plusieurs schémas d’installation pourront être étudiés selon que l’on a affaire à un bâtiment neuf ou existant, suivant la puissance de l’installation PV par rapport à la charge de base, la maintenance plus ou moins simple ou le besoin d’évolutivité.

Jean-Paul Beaudet

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