On vous en a déjà parlé, mais comme le sujet vous intéresse, nous voulions finir notre explication. Attention, c'est un peu long et un peu compliqué pour certains, mais l'objectif est de vous aider à mieux comprendre notre position. Bien sûr, appelez-nous si vous voulez en savoir plus et discuter de vos projets.
Rappel de la partie 1
Les micro-onduleurs et les onduleurs centralisés sont deux technologies différentes utilisées dans les systèmes d'énergie solaire photovoltaïque pour convertir le courant continu (DC) produit par les panneaux solaires en courant alternatif (AC) utilisable par le réseau électrique.
Voici les principales différences entre ces deux types de conversions (voir partie 1):
Micro-onduleurs : chaque panneau solaire est associé à son propre micro-onduleur, ce qui signifie que chaque panneau solaire fonctionne indépendamment des autres. Chaque micro-onduleur convertit le courant DC du panneau solaire au PPM (Maximum Power Point) en courant AC, et les différentes sorties AC sont ensuite combinées pour fournir l'électricité au réseau électrique ou à l'installation électrique de la maison.
Onduleurs centralisés : plusieurs panneaux solaires sont connectés en série pour former des chaînes (string). Ces chaînes de panneaux sont ensuite reliées à un seul onduleur centralisé. L'onduleur centralisé convertit ensuite le courant DC (continu) de l'ensemble des panneaux connectés en courant AC (alternatif).
Explications détaillées
De manière majoritaire sur le web ou en discussion de comptoir, on peut lire/entendre que les micro-onduleurs produisent plus que les onduleurs centralisés. Ces "sachants" prétendent en général que :
" En raison de leur nature décentralisée de la production, les micro-onduleurs peuvent offrir un meilleur rendement global. Ceci, car chaque panneau est optimisé individuellement, réduisant les pertes dues aux ombres partielles, aux variations de puissance des panneaux.
Cet argumentaire s'appuie sur le dogme - Optimisation individuelle de la production - qui a, en théorie, a les avantages suivants :
Les micro-onduleurs sont conçus pour optimiser la production de chaque panneau solaire individuellement. Cela signifie qu'ils peuvent mieux gérer les variations de puissance entre les panneaux dus à des ombres partielles, à l'encrassement ou à l'usure inégale des panneaux. En conséquence, dans des conditions où des panneaux sont affectés par des ombres ou d'autres problèmes, les micro-onduleurs peuvent produire plus d'énergie que les onduleurs centralisés. Les onduleurs centralisés sont dimensionnés pour gérer la puissance totale de tous les panneaux solaires du système (mutualisation entre plusieurs panneaux). Cela signifie que si un seul panneau est sous-performant, il peut réduire la production de l'ensemble du système. Les micro-onduleurs permettent de surmonter ce problème car ils isolent les performances de chaque panneau. Les micro-onduleurs sont normalement conçus pour être plus fiables en raison de leur conception décentralisée. Si un micro-onduleur tombe en panne, cela n'affecte généralement que la production du panneau auquel il est connecté, tandis qu'une défaillance d'un onduleur centralisé peut avoir un impact plus large/global sur la production. De plus les fabricants proposent des garanties produit 25 ans (voir la partie 1) "
Instinctivement, on se dit qu'en effet, si chaque micro-onduleur s'occupe de son panneau (ce qui est vrai chez certaines marques seulement) il va mieux s'en occuper que l'onduleur centralisé qui s'occupe de toute une chaîne !
On se dit aussi que si un de nos panneaux est défaillant, ou subit un ombrage, alors seul ce panneau sera peu productif et il ne tirera pas toute la chaîne de panneaux vers le bas comme dans le cas d'un onduleur centralisé ! Finalement, c'est un peu ce que disent certains sur les cancres dans une classe, vont-ils tirer les autres élèves vers le bas ?
Mais comme beaucoup de choses instinctives dans notre société ou dans la science, ces arguments fonctionnent bien dans le domaine du marketing ou de la politique, mais ils sont tout simplement faux !
Pourquoi ? On vous répond.
Pour illustrer notre propos, nous allons comparer deux marques bien connues, Enphase et Sungrow. Nous allons imaginer cette comparaison sur une installation photovoltaïque résidentielle de 3kWc composé de 6 panneaux DMEGC 500Wc aux conditions STC.
Optimisation individuelle
Commençons par le premier mythe, celui de l'optimisation individuelle, qui amènerait à penser un meilleur rendement par panneau.
Étudions les micro-onduleurs. Nous choisissons les IQ8HC qui sont les plus puissants au prix de 195€TTC pièce, soit 1170€TTC pour 6. Le IQ8HC est le micro-onduleur le plus puissant du marché actuel et qui annonce une puissance d'entrée maximale de 560 WDC (direct courant, courant continu). Cependant, il est noté sur sa fiche technique que la puissance maximale AC qu'il peut délivrer (en sortie) est de 380WAC (Watt Courant Alternatif). Avec des panneaux de 500Wc aux conditions STC on se rend compte que son rendement maximal est donc de 380/500 = 76% par rapport à la puissance max du panneau.
Le rendement européen du micro-onduleur est annoncé à 96,6% dans le cas où notre panneau n'est pas en condition de produire plus de 380W.
Enfin, comme le montre ce graphique, la température a une influence sur la puissance de sortie. On peut voir que la courbe commence à décroître à partir de 80°C. La température ambiante au niveau du micro-onduleur va rarement dépasser les 60°C, cependant, on parle ici de la température du PCU (micro processeur intégré). À 60°C de température ambiante, quelle est la température du PCU en plein travail ? Sûrement bien supérieure. Un point qui peut diminuer le rendement.
En résumé notre production optimisée (sans influence de température) est de
380W * 6 = 2280 W pour une installation théorique de 3KW.
Pour vous prouver qu'on dit pas de bêtise, le lien vers la fiche technique du fabricant : https://enphase.com/fr-fr/download/iq8mc-iq8ac-iq8hc-microinverter-fiche-technique
Étudions le cas d'un onduleur centralisé Sungrow SG3.0RS-S à 580€TTC. Les 6 panneaux sont connectés en série, nous avons une chaîne (un string).
La tension de chaîne est de 37,47V (tension par panneau) * 6 (nombre de panneau) = 224,4V
(loi des noeuds, loi des mailles pour les puristes ; ) ) aux conditions STC.
Une puissance de 224,4 V * 13,35 A (courant des panneaux) = 2995 W
Selon Sungrow, le rendement européen de l'onduleur à la page de tension MPP (40V à 560V) est de 97,2%. L'onduleur accepte 16A en entrée MPP. L'onduleur peut produire jusqu'à 3 KWAC ce qui n'est pas limitant. Mais partons du principe que nous sommes limités par le rendement, nous aurons une production de 0,972 * 2995W = 2911,14W (le micro onduleur a bonne température c'est 2280W).
Le fait que l'onduleur centralisé soit installé dans une pièce tempérée, la température extérieure n'a pas d'influence sur son fonctionnement.
Pour ce premier mythe du rendement, nous ne voyons pas en quoi les micro-onduleurs sont plus performants bien au contraire (2911,14 W vs 2280W).
Impact de l'Ombrage
Puisqu'on est lancé, venons-en au mythe qui traite de l'ombrage sur un panneau ou de la défaillance de ce dernier.
Avant de comparer les deux installations, nous devons vous expliquer comment un panneau photovoltaïque se comporte face à un ombrage ou une défaillance d'une cellule.
Dans l'illustration ci-dessous, on peut observer un panneau de 60 cellules qui comporte une cellule (en rouge) ombragéee ou défaillante.
Les panneaux photovoltaïques sont tous équipés de "diode bypass" illustré ici par D1, D2 et D3. Ces diodes permettent de court-circuiter une chaîne de cellules dans le cas d’une défaillance pour que les autres cellules du panneau continuent de fonctionner normalement. Les panneaux photovoltaïques sont divisés en 3 unités indépendantes dans le sens de la hauteur. Dans notre cas, on peut dire que 2/3 du panneau est toujours fonctionnel. Dans le cas où tout le panneau serait ombragé, alors les trois diodes s'activent et le panneau peut être considéré comme un fil.
Nous continuerons avec l'exemple de l'ombrage de deux tiers d'un panneau photovoltaïque sur les 6 installés.
Dans le cas des micro-onduleurs, le panneau en question va activer ses deux diodes by pass (D1 et D2 par exemple) et va donc avoir une tension plus faible de 1/3*37,47 = 12,49VDC. La plage de fonctionnement du micro-onduleur étant de 18Vdc à 60Vdc, le micro-onduleur va fonctionner de manière dégradée (voir données constructeurs - ce n'est pas nous qui le disons).. Nous avions une puissance maximale de 2280W à laquelle on enlève environ 380W donc une puissance de 1900W.
Dans le cas de l'onduleur centralisé, les modules sont connectés en série. Les diodes bypass vont limiter l'impact à une chute de tension de la chaîne équivalente à -24,89VDC. En effet, la partie ombragée du panneau devient un fil, la tension de chaines sera donc de 199,4Vdc.
Aux conditions STC, nous avons donc 199,4 V * 13,35 A = 2661 W. La perte de puissance est proche des 2/3 de perte du panneau ombragé soit 330W. Le cas qui peut engendrer une vraie perte de rendement de la chaîne en cas d’ombrage est celui où la tension minimum de la plage mppt de l’onduleur serait trop haute, mais ceci est un souci de conception de la part de l’installateur.
Nous voyons que dans ce cas, l’impact d’un ombrage partiel sur le générateur photovoltaïque avec onduleur centralisé est moindre. Vous pouvez extrapoler ce cas à un panneau photovoltaïque complet ombragé où à une partie du générateur les résultats seront équivalents.
Nous pouvons donc affirmer, que l’utilisation de micro-onduleur n’est généralement pas bénéfique en cas d’ombrage partiel. De manière générale, mettre des panneaux photovoltaïques à l'ombre n'est pas une bonne idée.
Fiabilité du générateur
Enfin, le dernier mythe de la fiabilité du générateur qui laisse penser que le générateur photovoltaïque en micro-onduleur est plus fiable car décentralisé à chaque panneau. Toute personne qui connait l’industrie vous indiquera qu’un système qui multiplie les composants est de nature moins fiable qu’un système avec moins de composants. Aussi, je vous invite sur ce point à lire notre article partie 1 qui traite du sujet vieillissement et maintenance.
Intérêt des micros-onduleurs
Les micros-onduleurs n’existent pas pour rien cependant, il serait partisan de dire qu’ils n’ont aucun intérêt.
Le premier intérêt est celui de la sécurité. En effet, quand nous installons des micros-onduleurs derrière chaque panneau photovoltaïque, la tension et le courant entre la toiture et le TGBT est en alternatif 230V ou 400V. L’intérêt est double, les protections de découplage sont plus efficaces et moins onéreuses et en cas de contact (fuite) le différentiel va sauter et éteindre les micros-onduleurs ce qui coupera la tension et le courant dans les fils. Dans le cas d’un onduleur centralisé, entre les panneaux photovoltaïques et l’onduleur, le cheminement est en courant continu (DC) entre 150V et 800V. Il n’y a pas de risque de fuite, car le courant et la tension sont flottants, cependant en cas de court-circuit (vous touchez le + et le – en même temps) en amont du coffret DC et par grand soleil, le risque de brûlure ou pire existe. C’est pourquoi le cheminement de câble DC est doublement isolé et étiqueté en conséquence. Une solution est de mettre des coffrets DC munis de disjoncteurs DC ou de fusible au plus proche des panneaux photovoltaïque (exemple dans les combles) mais cette solution peu commune ne facilite pas l'intervention des techniciens, elle n'est donc pas toujours retenue.
Le deuxième intérêt est pour les installateurs. Une installation de générateur photovoltaïque en micro-onduleur est généralement 30% plus rapide qu’une installation avec onduleur centralisé. Ce n’est donc pas étonnant que beaucoup d’installateurs ne jure que par cette solution (Time is money).
Conclusion
En conclusion, chez Zest, nous mettons en avant les installations avec onduleurs centralisés pour répondre aux attentes de nos clients. Bien sûr, nous ne sommes pas dogmatiques et nous saurons vous installer des micros-onduleurs, si bien averti, cela reste votre ultime décision.
Rappelez-vous, une installation bien conçue et réalisée de A à Zest, c'est toujours mieux ;)
Pour toute question ou pour discuter de votre projet solaire, n’hésitez pas à nous contacter, notre équipe est là pour vous accompagner !
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