Installation Photovoltaïque : Quel type choisir ?

En mai 2015, la perception de l'énergie solaire par le public a changé du jour au lendemain. Que s'est-il passé ?

Le milliardaire Elon Musk est monté sur scène en Californie et a annoncé un produit appelé Tesla Powerwall, une batterie domestique d'apparence élégante en complément de votre installation photovoltaïque.

Pour les personnes vivant hors réseau, le concept d'alimentation électrique de la maison par une batterie existe depuis des décennies, mais le don de Musk pour la publicité a fait passer ce concept de la frange minoritaire du “hors réseau” au courant dominant du “connecté réseau” d’une installation solaire.. 

Du jour au lendemain, les installateurs solaires ont été bombardés de demandes de personnes souhaitant que leur installation solaire soit équipé de batteries.

Je parlerai dans un autre article des avantages et des inconvénients de l'ajout de batteries à votre système. 

Pour l'instant, j'aimerais passer rapidement en revue les différents types de systèmes solaires et la place des batteries dans l'équation.

Globalement, il existe trois types d’installations photovoltaïques :

1. L’installation solaire raccordé réseau
2. L’installation solaire hors réseau
3. L’installation solaire hybride

Dans cet article, passons en revue la première option.

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L’installation solaire raccordé réseau (on-grid)

Une installation solaire à la maison raccordé réseau est également connu sous le nom de :

• Solaire connecté au réseau
• Solaire couplé au réseau, et
• Solaire alimenté par le réseau

Ce système d’énergie solaire reste de loin le plus courant. (en France, il représente 95%) Quatre-vingt-quinze pour cent des systèmes solaires en France sont de ce type.

Il s'agit d'une installation solaire raccordée au réseau. Ce système n'est pas relié à des batteries.

La figure 1.6 illustre ce concept :

Les panneaux solaires produisent de l'électricité en courant continu (DC) lorsque la lumière atteint leur surface.

N'oubliez pas que c'est la lumière du soleil qui génère l'électricité, et non la chaleur. La chaleur réduit en fait l'efficacité des panneaux, comme nous allons l’apprendre un peu plus tard.

Comment les panneaux solaires produisent-ils de l'électricité à partir de la lumière ? La lumière fait bouger les électrons dans les tranches (wafers) de silicium qui composent les panneaux. Ces électrons sont capturés par de minuscules fils appelés « busbars », qui sont posés sur le silicium. Ce processus s'appelle « l'effet photovoltaïque ».

Comment fonctionne l'effet photovoltaïque ?

Le terme « DC » signifie « courant continu », c'est-à-dire une tension et un courant constants. Cette tension peut être élevée : jusqu'à 600 V dans une installation résidentielle.

Les appareils de votre maison n'utilisent pas le courant continu, mais le courant alternatif (AC). « AC » signifie que le courant monte et descend 50 fois par seconde. La raison pour laquelle vos appareils utilisent le courant alternatif est qu'à l'avènement de la production d'électricité à grande échelle, le courant alternatif était beaucoup plus facile à produire. Pourquoi ? Parce que tous les générateurs étaient fabriqués pour tourner. Par exemple, une turbine à vapeur utilise la vapeur pour faire tourner un générateur. Un générateur en rotation, sans électronique de puissance moderne pour « lisser » le courant, génère naturellement du courant alternatif lorsqu'il tourne sur lui-même.

En outre, il est beaucoup plus facile de faire passer le courant alternatif dans des transformateurs pour élever la tension à des centaines de milliers de volts. Le courant peut alors être efficacement transmis sur de longues distances depuis les centrales électriques (ou les parcs éoliens) jusqu'à votre sous-station locale.

L'ensemble du monde développé est conçu pour une alimentation en courant alternatif. Nous devons donc convertir l'énergie solaire produite en courant continu en courant alternatif, qui, en France, est de 230 V AC, avec des cycles de 50 variations par seconde. Cette conversion du courant continu en courant alternatif est effectuée par l'onduleur solaire. L'onduleur solaire est un boîtier électronique qui se place sur votre mur ou juste derrière les panneaux. Il convertit le courant continu solaire en courant alternatif utilisable, qui est directement injecté dans le tableau électrique général de votre habitation.

À partir du tableau électrique, l'énergie solaire alimente d'abord l’ensemble des appareils de votre logement qui sont en train de consommer de l'électricité. Il y a toujours une certaine consommation d'électricité dans un foyer moderne, donc chaque fois qu'il y a une production solaire, au moins une partie de celle-ci circule dans l’habitation.

Le système solaire raccordé réseau présente deux modes de fonctionnement de base, qui dépendent de la quantité d'énergie solaire produite et de la quantité d'électricité utilisée par votre maison.

Mode 1 : surplus d'énergie solaire

S'il y a plus d'énergie solaire entrant dans votre tableau que ce que vos appareils peuvent utiliser à un moment donné, l'électricité solaire excédentaire sera simplement exportée vers le réseau.

(Crédit image : application de surveillance Tesla)

Cette énergie solaire excédentaire (flèche C dans la figure 1.7) passe par votre compteur qui enregistre la quantité d'énergie sortante. Le compteur compte le nombre de kWh qui vont sur le réseau. Vous pouvez le voir sur l'un des compteurs numériques que vous pouvez faire défiler sur l'écran à cristaux liquides (LCD) de votre compteur. 

Votre fournisseur d'électricité (la société qui vous facture tous les 2 mois, ou tous les ans si vous êtes mensualisé) enregistre le nombre de kWh exportés vers le réseau à chaque cycle de facturation, à la condition que votre compteur soit « intelligent », c’est à dire un Linky.

il obtient ce chiffre par voie hertzienne. Si votre compteur n'est pas un compteur intelligent, quelqu'un viendra le relever manuellement. 

Mode 2 : pas assez d’énergie solaire

Si, à un moment donné, vous ne produisez pas assez d'énergie solaire pour vos appareils, votre tableau électrique général importe de l'électricité du réseau pour combler le déficit, comme le montre cette animation et la figure 1.8.

Lorsqu'il n'y a pas assez d'énergie solaire pour alimenter l’habitation, le réseau complète le manque.  (Crédit image : application de surveillance Tesla)

L'énergie du réseau de la figure 1.8 passe également par le compteur. Le compteur enregistre la quantité d'énergie du réseau que vous importez afin de pouvoir vous la facturer.

Là encore, le compteur ne peut pas mesurer la consommation totale d'électricité de votre maison (qui est la somme de E et G dans le schéma). Il ne peut mesurer que les importations du réseau (G). Vous devrez acheter votre propre système de surveillance si vous voulez voir ce qui se passe « derrière le compteur ». Je vous montrerai comment faire à l'étape 4 : un système de surveillance pour votre installation solaire.

Le concept de « derrière le compteur » : Vous attendez de votre compteur électrique qu'il sache combien d'énergie vous consommez. Cela semble évident, non ?

Mais la production de votre propre électricité exige un tout autre état d'esprit. Vous serez peut-être surpris d'apprendre que le compteur installé par le fournisseur d’électricité ne sait pas - et ne peut pas savoir - les détails de ce qui se passe avec l'électricité de votre maison.

Lorsque vous disposez d'un surplus d'énergie solaire, votre compteur ne peut pas voir la quantité d'électricité que votre maison utilise ni celle qui est produite par le système solaire. Il ne peut que mesurer l'énergie solaire exportée.

Par exemple, si vous exportez 2 kW de surplus solaire, votre compteur ne sait pas si vous produisez 3 kW et utilisez 1 kW, ou si vous produisez 4,3 kW et utilisez 2,3 kW. Tout ce qu'il sait, c'est que la différence est de 2 kW.

La figure 1.9 illustre l’organisation physique d'un système solaire raccordé au réseau.