Installations photovotaïques

La production solaire dépend directement du lieu de l'installation,  de la météo et des heures d'ensoleillement.  Ci-dessous une représentation de la course du soleil à différentes date. On y voit très clairement que le 21 décembre (solstice d'hivers) la durée de l'ensoleillement ainsi que l'élévation du soleil sur l'horizon sont basses. Au solstice d'été la durée, et l'élévation sont à leur maximum. La production va s'en ressentir fortement).

De l'orientation des modules dépend aussi la production d'énergie. En plaine, on peut espérer une production annuelle moyenne de 1300 kWh/m² pour une inclinaison des panneaux à 25° et une orientation sud.

La température joue aussi un rôle important. Sur la puissance fournie par les modules. Sur le schéma ci-contre on voit que plus la température est basse, plus la puissance maximale augmente
Pour l'installateur électricien une installation solaire est composée de différentes parties -          Modules solaires -          Onduleur -          Comptage.
Un module solaire est généralement composé de cellules (soit 36 cellules = 22 V, soit 72 cellules = 44 V, 96 cellules  = 60 V) Les cellules sont raccordées en série pour former un module. Une cellule défectueuse ou ombragée peut annuler l'effet de tout le module (I = 0A). Pour limiter cet effet, les modules sont équipés de plusieurs diode Bypass.	Module de 36 cellules, soit 36 *0,61 = 22V

Une diode Bypass est une diode qui se met en montage antiparallèle à la cellule. Elle permet à un courant de transiter par elle si la cellule est défectueuse et maintien ainsi le courant généré par les autres cellules.

Les modules ont généralement une tension de sortie U_OC maximum entre 35 et 50 [V] pour un point de puissance maximale P_mpp entre 250 et 300 [Wp] pour une tension U_mpp légèrement inférieur à la tension maximale

La valeur du courant I_mpp lors de la puissance maximale est de l'ordre de 8 à 10A. Le courant de court-circuit n'étant que très légèrement supérieur d'environ 10%, à cette valeur.

Dans une installation solaire, on prévoit de mettre un certain nombre de modules en série, appelés string ou chaîne,  pour augmenter la tension sans dépasser 1'000 volts même à basse température. Cette chaîne est à raccorder sur l'entrée DC d'un onduleur.  Dans une installation plus complexe, on a plusieurs chaînes soit raccordées à un seul onduleur, soit à plusieurs onduleurs.

Attention : la tension ne pouvant pas être coupée il est impératif d'indiquer sur les lignes DC que c'est des lignes PV. Il ne faut pas non plus ouvrir les connecteurs sans avoir au préalable couper le courant avec l'interrupteur en général sur l'onduleur. Le courant continu n'ayant pas de passage à zéro, son arc risque de se maintenir et endommager les connecteurs.

Exemple d'une installation de 40 modules départis en 2 chaînes raccordées sur un seul onduleur d'une puissance de 10 kVA

Lors de la pose des câbles qui font la liaison entre les modules, il faut faire attention à ne pas faire de boucles. Dans l'exemple ci-contre, les liaisons en vert sont justes. Si on remplace le fil vert reliant les deux derniers modules par une liaison direct, représentée ici en brun, cela formerait une boucle ce qui est à éviter. Sur un plan de chaînes bien fait, il y a non seulement l'appartenance des modules par chaîne qui est indiquée, mais également le cheminement du câblage qui est indiqué.

Pour le choix des câbles DC on ne peut pas utilisé de fils isolés au PVC. On met soit des câbles à double isolation, soit des fils à isolation renforcée. Pour la section, il faut prendre en considération le courant maximum des modules, la température en exploitation et le groupement si plusieurs câbles sont tirés dans le même canal ou tube. Le courant maximum (I_cc) se calcule ainsi :

I_{cc max}  = 1,25 x I_{cc d'un module} x nombre de chaînes en parallèle

Notes :

·         le courant d'un module est égal au courant dans la chaîne;

·         le courant total est égale à la sommes des courants de chaîne mis en parallèle;

·         1,25 est un facteur de correction pour prendre en considération la température minimum (et donc du courant maximum).

Les onduleurs dégagent de la chaleur et sont sensibles à la température (diminution du rendement si leur température dépasse 40 °C). Il est donc nécessaire de leur prévoir un emplacement avec une auto-ventilation suffisante.  Leur accès doit être facile. En pratique on les traitera comme des ensembles d'appareillage en ce qui concerne la hauteur et l'accessibilité.

Ils sont équipés de ventilateurs qui sont une source de bruit. On en tiendra compte dans le choix de l'emplacement afin de ne pas gêner les personnes à proximité. 

Si l'onduleur ne présente pas de séparation simple un DDR est demandé du côté de l'alimentation AC.  Il faut mettre une protection différentielle de type B sauf si l'onduleur répond à la norme DIN VDE 0126-1-1 (indiqué dans la documentation de l'onduleur)

Son courant différentiel doit être au maximum de 30 mA. Si une ligne (sans protection à 30 mA traverse une zone à risque d'incendie, il faut la protéger avec un DDR 300 mA au maximum.

Pour le comptage et l'utilisation de l'énergie produite, il y a plusieurs solutions dont voici quelques exemples.

a)      Alimentation sans raccordement au réseau

Pour pouvoir fonctionner avec ce système, il est indispensable de :

·         soit de pouvoir stocker l'énergie produite en excès ou à un moment inopportun, ce qui pourrait être le cas avec une centrale solaire. Dans ce cas l'énergie est stockée dans des batteries et elle doit passer ensuite dans un onduleur avant d'être utilisable,

·           soit le moment de consommation n'est pas important et peut dépendre du fonctionnement ou non de la centrale de production par exemple fonctionnement intermittent d'une pompe.

Ce mode de fonctionnement n'est généralement pas choisi.

b) Alimentation par "injection de la production nette"

Ce genre d'installation est géré par Swissgrid. C'est ce qui se fait actuellement pour des installations de plus de 30 kVA. Dans ce cas, l'énergie produite est instantanément réinjectée dans le réseau public.

En 2015 le prix de rachat (après une RU d'un tiers des frais d'installation) se situe entre 4 et 9 centimes par kWh. Le prix va tendre au fil des années à diminuer pour se stabiliser sur le prix du marché.

C₁) Alimentation "autoconsommation collective  (CA)" - variante 1

Dans ce genre d'installations la production photovoltaïque est d'abord vendue par le producteur (qui décide du prix de vente) aux membres de la CA.  Le surplus est vendu soit au distributeur local qui proposera différents tarifs.

Il est envisageable qu'un ou plusieurs locataires dans l'immeuble ne désirent pas faire partie de la CA (dissidents). Dans ce cas leur compteur doit être raccordé en amont du compteur bi-directionnel.

Le gros désavantage de ce système est la complexité de la facturation aux différents membres de la CA  entre l'énergie achetée au distributeur et celle provenant de l'installation photovoltaïque

Son sens de comptage (incrémentation ou décrémentation de l'index) dépend du sens du flux.

·         Lorsque la consommation est inférieure à la production locale (photovoltaïque, hydraulique, biomasse, éolien, etc.), le compteur incrémente l'énergie injectée dans le réseau du distributeur

·         Lorsque la consommation est supérieure à la production locale, le compteur incrémente l'énergie soutirée au réseau de distribution public.

A la fin de l'année le distributeur analyse les deux index et un décompte final est établi uniquement pour le compteur immeuble bidirectionnel.