Installations photovoltaïques - Liens utiles, guides et infos pratiques
Je n’ai jamais été un expert en installation solaire photovoltaïque, donc j’ai du me documenter.
Je possède moi-même une installation depuis 2012 et j’étudie une extension à cause de l’explosion des prix de l’électricité.
C’est encore un peu le bazar … mais cela devrait s’améliorer!
Liens directs dans cette page: Panneaux solaires et Onduleurs
En travail depuis le 13 mai 2023.
A l’origine je voulais un document encore plus technique, mais cela semble compliqué! On verra!
Date de la dernière modification: 31 mai 2023
Pour toutes suggestions d’améliorations, vraiment souhaitées, merci d’avance,
vous pouvez me contacter (jean-bernard@boichat.ch)
Généralités
Dans l’article Wikipédia Énergie solaire photovoltaïque on trouvera suffisamment d’informations générales.
On m’a parfois posé des questions déconcertantes et un article comme Les panneaux solaires fonctionnent-ils au clair de lune pourrait aider!
Uniquement une installation connectée en réseau électrique (donc autoconsommation et revente) est considérée ici.
Étant domicilié en Suisse, pour les lecteurs de ce pays, on pourrait commencer par le calculateur de Solaire Romand, où l’on indiquera son adresse. Il sera possible de spécifier le ou les toits désirés, pour identifier la ou les surfaces disponibles. Cette dernière est suffisante pour calculer ensuite les kWh de production annuelle en fonction des panneaux choisis.
La partie tarifaire et autoconsommation est plus adaptée à la Suisse, et je n’ai pas fait d’analyse pour la France où les conditions de rachat de l’électricité peuvent varier et surtout le climat. Habitant à 600m d’altitude, les mois de novembre à février sont extrêmes en ce qui concerne les coûts du chauffage domestique.
Forums
Pas encore vraiment trouvé quelque chose de bon! Une recherche Google suffit souvent … et parfois en anglais!
kWc, kW, kWh, CO2 et kcal
Avant de se lancer dans une installation solaire photovoltaïque, il faudra identifier comment utiliser correctement cette production, donc ces kWh.
Pas mal de gens, encore de nos jours, ne savent ni la différence entre le kWh et le kW, ni leur prix du kWh, ni l’existence d’un tarif aux heures creuses (appelé parfois double tarif).
Un chauffage électrique d’une certaine puissance (kW) fera monter le montant de sa facture suivant la durée de son utilisation (donc kWh et coût). Par exemple, avec une pompe à chaleur géothermique et chauffage par le sol à basse température, on pourra jouer avec les réglages de fonctionnement à différentes heures pour améliorer les coûts.
En consultant sa facture d’électricité on pourra identifier les coûts au kWh et la consommation annuelle. C’est de cette dernière qu’on pourra identifier le besoin possible et la dimension d’une installation solaire!
Ensuite, il faudrait rechercher qu’elles sont les postes, dans un ménage, qui produisent du CO2 à partir du gaz, de l’huile de chauffage ou de l’essence pour la voiture! En remplaçant par exemple sa voiture thermique ou son chauffe-eau à gaz, les besoins en kWh vont augmenter, donc un bon point pour le climat et ce choix de passer à une installation solaire photovoltaïque, voire de l’améliorer.
Pour une voiture roulant 10’000km par an à une moyenne de 7 litres au 100km, c’est 1610kg d’impact CO2 dans l’atmosphère.
Eau sanitaire
Pour les besoins en ECS (eau chaude sanitaire) c’est plus compliqué! Pour chauffer 1 kg = 1 litre d’eau d’un degré Celsius, il nous faut une kilocalorie (kcal), c’est à dire 0.001163 kWh. On aura donc besoin de 0.464 kWh pour monter de 1°C 400 litres d’eau.
J’ai fait quelques mesures pendant la nuit pour 2 personnes et une perte autour de 3 degrés par jour sur 400 litres. Je suis arrivé, en considérant 70% de perte), à des valeurs situées vers les 2kWh par jour (donc par an: 730kWh) et ceci avec la pompe à chaleur géothermique de mon chauffage. En refaisant la mesure sans pompe à chaleur, je suis arrivé à 5kWh donc par an: 1800kWh. C’est quand même significatif!
Pour faire ces mesures, je l’ai fait entre 22:00 et 6:00 du matin, en déduisant une moyenne de nuits où j’ai coupé le chauffe-eau pour évaluer ce qu’il fallait déduire (frigo, congélateur, et le reste).
Avec ces 1800kWh, on peut déterminer combien de mazout on aurait besoin (1 litre de fioul = 10,7 kWh): 168 litres et de CO2 produit: 520 kg!
Calculer juste, réfléchir et gérer
Après cette petite diversion à mon point de vue nécessaire sur le climat, il faudrait mentionner aussi certains sites qui s’amusent à faire le calcul en kWh de la consommation du ménage pour chaque appareil! C’est une fausse bonne idée, il faut aller dans l’autre sens. Si des appareils sont trop consommateur d’énergie, il faudrait les remplacer, voire les utiliser à d’autres moments de la journée. Il faudrait aussi examiner s’il y a du soleil pour lancer une machine à laver en urgence, qui était prévue en tarif de nuit et peut-être avec un programme non économique! C’est la même chose pour l’ECS (eau chaude sanitaire) plus compliqué avec une famille nombreuse et des enfants qui restent sous la douche (il existe des pommeaux de douche économique).
Je possède un appareil de mesure de l’énergie numérique, un wattmètre, pour brancher mes appareils qui ne sont pas fixe comme un cuisinière. Cela donne une idée de ce qui est possible d’éteindre ou de n’allumer qu’en cas de nécessité.
Si une lampe ou un petit serveur de fichiers de 40W reste allumé toute l’année, cela correspond à un chauffage électrique de 2kW (pour sécher par exemple une pièce qu’on vient de repeindre) pendant 175 heures! Cela aura un impact non négligeable sur la facture!
Avec une installation photovoltaïque, on sera tout heureux de charger sa batterie de voiture. Mais attention, si la borne de recharge est trop puissante, si en même temps on utilise nos machines à laver, qu’on cuisine en hiver avec une pompe à chaleur active, cela va taxer, car tout sera autoconsommé et le reste passera au max!
Les tarifs de reprises sont en principe plus bas que les tarifs de consommation: on sera perdant. Il faut gérer sa consommation correctement pendant toutes les journées de l’année … où il y aura parfois des nuages ou peu de vrai soleil.
Dans l’article On teste 4 outils pour gérer sa consommation d’électricité en temps réel il y a un joli tableau de possibilités d’économie. Avec des panneaux solaires, on regardera aussi s’il y a du soleil avant de “lancer” une machine et les voitures électriques peuvent être réglées avec une puissance de charge plus basse.
Il faut faire un calcul global, prévoir de la réserve, car les tarifs de l’électricité vont varier et certainement exploser avec les années.
Je viens maintenant au kWc qui correspond à la puissance maximum d’un panneau solaire photovoltaïque.
Pour avoir une idée on pourra lire par exemple l’article Kilowatt-crête (kWc) : calcul de la puissance d’un panneau solaire.
Comme pour les personnes qui font la somme des appareils de la maison en kW … je n’aime pas trop. On ne va pas dans le bon sens.
A mon avis c’est plus facile de regarder où les panneaux peuvent être posés, de calculer la surface et d’analyser l’orientation. Évidemment on aura des soucis si nous avons un gros arbre devant (parfois interdit ou trop cher à couper)!
A partir des kWc de chaque panneau, on pourra déterminer les kWh produits par année soit en demandant un devis (ou par le Web) soit avec le calcul approximatif ci-dessous! On aura ensuite un devis qui pourrait nous dissuader!
Donc je commence avec mon installation de 2012, de 60m2, orientée sud-ouest et de 40 degrés d’inclinaison. A l’époque, comme j’avais un grand toit, j’ai demandé une offre avec 40, 50 et 60m2. On m’a fourni un graphique de production et, malgré le prix, cher à l’époque, j’ai choisi le 60m2 qui remplissait joliment mon toit. De l’offre j’ai retiré ceci: 59 m2 avec 36 panneaux 1660* 990 mm avec de 225 W. L’estimation de production était de 7900kWh.
On trouve sur Internet une formule qui donne une estimation de convertir des kWh à partir des kWc: 1 kWc correspond à entre 900 et 1400 kWh par an. En prenant 1000, nous aurons ici 1000 * 36 * 225 kWc, c’est à dire 8’100 kWh. Dans la réalité, cela représente en moyenne, sur plus de 10ans, vers les 10’000kWh.
Si on divise ce chiffre par 365, cela peut sembler énorme. Mais je suis en Suisse et un pour une villa chauffée avec une pompe à chaleur géothermique, ce 10’000kWh est correct. Ensuite il faudrait considérer l’usage d’une piscine avec sa pompe de filtration, voire une borne de recharge pour voiture électrique. En Suisse il y a encore pas mal de chauffage électrique direct, où certain jour en hiver on est proche de 100kWh par jour.
Calculer juste, réfléchir et gérer / Batterie
Oui, c’est le même sous-titre que précédemment, mais tout le mécanisme de consommation et d’autoconsommation distribué sur la journée, et en fonctions des tarifs de l’électricité, doit être bien assimilé avant de faire le pas d’une installation photovoltaïque. Depuis quelques années ces dernières sont nettement moins cher et les panneaux ont plus que doublé en puissance.
Je n’ai pas mentionné, pour l’instant, l’utilisation de batteries connectées aux onduleurs hybrides. Je laisse aux lecteurs le soin de calculer leurs dimensionnements, leurs prix, durées de vie et amortissement! Pour l’instant, je ne suis pas du tout convaincu. J’ai eu récemment une experte en installation solaire qui m’a demandé pourquoi je voulais une batterie! C’est pour jouer, qu’elle m’a demandé!
Panneaux solaires
On pourra commencer avec l’article Wikipedia Capteur solaire photovoltaïque qui est déjà très pointu.
Les panneaux solaires sont généralement nommés « modules » et ils sont reliés entre eux en série pour former une chaîne nommée « string ».
Chaque string est connecté à une entrée DC de l’onduleur. C’est du courant continu qui devra être converti en courant alternatif AC utilisable par le réseau électrique domestique.
Le document Comment déterminer le nombre de panneaux photovoltaïques par chaine ? nous donne plus d’information en particulier sur le rôle de la température. Le Calculs de conception de chaînes d’onduleurs solaires avec un exemple pratique nous donne plus d’informations techniques.
Pour l’instant je n’entrerai pas trop dans les détails, mais connecter les panneaux en série permet d’accumuler la tension des panneaux. En parallèle on favorisera l’intensité. Enfin en mixte, c’est une solution hybride, série et parallèle à la fois et qui permet une installation plus précise!
En travail et à rajouter voir adapter:
- Article: ONDULEUR, MICRO-ONDULEUR ET OPTIMISEURS, QUELLE DIFFÉRENCE ET QUE CHOISIR ?
Et impact pour des panneaux avec ombrage par exemple en fin de saison! Donc différents choix d’onduleurs. - On retrouve la courbe de Gauss (ou similaire) (voir document Wikipedia) à la fois dans la production journalière que celle sur l’année. A midi, un jour sans nuage, pour un panneau direction sud, la production sera maximum et plus haute au solstice (21 juin). En hiver le soleil est très bas et souvent plus nuageux et pluvieux qu’en été.
- En ajoutant des panneaux sur une autre face, par exemple sud est au lieu de sud ouest, on va étaler la production, c’est à dire notre courbe. En plein été on aura une bonne production aussi bien à 7:00 qu’à 20:00 (le sud à 13h30 en été chez moi)!
- Je n’ai pas mentionné les panneaux solaires thermiques. Je pourrais faire une étude, mais inutile et sans retour sur investissement possible, si on a déjà une pompe à chaleur et des dépenses énergétiques de quelques 2-3 kWh par jour!
Onduleurs
L’article Onduleur sur Wikipedia est nettement plus succinct que celui des panneaux solaires ci-dessus, en particulier pour les modèles hybrides avec batteries de stockage! En anglais, c’est Inverter, qu’on peut utiliser pour des recherches Google spécifiques!
Quand j’ai examiné la possibilité d’une extension en 2013, le premier point a été quel onduleur choisir? Mes premiers contacts avec des installateurs de la région et leur site Web m’ont montré qu’ils étaient souvent dépendant d’un seul type d’onduleur. De plus ils ont actuellement peu de matériel en stock et les délais sont longs, très longs parfois.
Lors d’un achat quelconque, le reflex naturel est une recherche Google, et je le fais souvent d’abord en anglais comme pour sortir Top 10 Solar Inverters 2023 où on n’est pas surpris de retrouver Fronius, Huawai, SolarEdge, SMA ou encore SunGrow.
Huawai est en principe meilleur marché, avec des garanties toutes aussi longues, et approprié pour un modèle hybride prêt pour une extension batterie.
Il faudra chercher un peu les différents modèles en particulier si on est intéressé par un modèle hybride pour stockage avec batterie. Un onduleur d’une capacité autour de 6KW est souvent suffisant pour une petite installation et l’article Best Rated Solar Inverters On The Market nous donnera des indications aussi sur les technologies associées comme le micros inverters! Pour ce dernier type l’article de comparaison Microinverter vs String Inverter: Which is Right For Your Solar System? est intéressant.
Tous ces systèmes ont des logiciels de supervision via Internet, donc via WiFi ou RJ45 sur l’onduleur.
Avec mon installation de 2013, j’adorais regarder les courbes de production et après quelques mois …
Ce qui est le plus important, ce sont des statistiques globales qu’on peut faire soi-même.
A suivre … beaucoup de travail encore!
A faire, expliquer, étendre:
- Chaque fournisseur vient avec ses arguments comme WHY STRING INVERTERS ARE THE FIRST CHOICE pour les onduleurs Fronius!
- Pour SolarEdge incontournable, nous pourrions nous documenter avec Performance des topologies PV sous conditions ombragées.
- J’ajouterais encore Huawei (la liste pourrait être longue): RÉSIDENTIEL – FusionSolar Global – Huawei.
Encore des calculs
A tout moment de la journée, de nuit ou de jour ensoleillé ou pas, on peut faire de petits calculs.
J’ai sous les yeux une offre pour 12 panneaux solaire pour une puissance de 5 kWc avec une production d’environ 6’000 kWh par an.
C’est une bonne base de travail et de réflexion.
Donc on est à vers les 16 kWh par jour de moyenne!
J’ai pas mal d’appareils connectés et j’ai pu déterminer un besoin de 4 kWh par jour (je le nomme le bruit de fond, qui est un peu plus bas lorsqu’on part en vacances en déconnectant pas mal de choses). Donc sans machine à laver, ni cuisine, ni chauffage, ni chaufe-eau!
Vu comme cela, sans trop réfléchir, on a 12kWh de trop par jour! Mais il y a la nuit, le soleil que pendant quelques heures de la journée, s’il y a du soleil, et un 16 kWh bien plus bas à Noël! Tout cela pour dire qu’on aura quand même peu d’autoconsommation … vraiment peu!
L’autoconsommation n’est utile que si de gros appareils sont utilisés et plus que quelques minutes!
Une Machine à Glaçons Express de 140W qui produit toute l’année 12 kg de glaçons en 24h, donc environ 9 glaçons toutes les 8 min, ou encore un climatiseur mobile de 3500W … on devrait être honnête de se poser les bonnes questions!
Par contre, il faudrait aussi se demander si un sèche linge est vraiment nécessaire, ou si un déshumidificateur intelligent peu gourmant en kWh, dans une maison trop humide et à la limite de l’insalubre, pourrait faire l’affaire.
Cas d’école
Les deux photos présentées ci-dessous montrent une situation qui pourrait se produire. J’aimerais essayer d’en faire un cas d’étude ou au moins donner de bonnes pistes!
Il y a deux orientations majeures et le soleil s’y projette différemment suivant l’heure de la journée et la saison! On se doutera que le câblage et le type d’onduleur aura son mot à dire!
Celle de gauche, c’est tôt le matin, fin mai. Il y a de l’ombrage sur la partie gauche qui sera pratiquement inexistant en hiver avec le soleil moins à l’est.
Celle de droite, c’est en fin de journée. Quelques minutes plus tôt il n’y avait pas d’ombrage du tout sur ces 8 panneaux, et c’est vraiment la partie la mieux située. Ce sera intéressant d’identifier en hiver (on est à 600m), si la neige glissera moins bien sur cette partie.
A lire et à étudier absolument: Une ombre au panneau. Dans cet article, on parle d’une simple feuille qui s’est posée sur un des panneaux. J’ai eu le cas de neige solidifiée coincée entre 2 panneaux. C’est resté plusieurs jours et nettement identifiable en perte de puissance (câblage en chaîne).
A suivre, en travail ….
Conclusion
Bref, quand on aura choisi et installé nos panneaux solaires et notre onduleur, il nous faudra retourner à nos moutons: utiliser correctement notre production photovoltaïque en fonction de nos appareils domestiques, de leur puissance individuelle, de leurs utilisations lors de périodes à des heures, saisons et tarifs différents.
Tous les appareils à hautes valeurs en kW, ou moyenne et irrégulière sur plusieurs heures dans la journée, devront être monitorés afin d’en régler justement leurs utilisations. Personnellement, j’aime bien mes statistiques bi-mensuelles que j’ai reportées dans un petit cahier et sur PC dans des feuilles Excel avec graphiques … depuis des dizaines d’années.
Et encore une fois: c’est la facture d’électricité annuelle qui compte et comment la réduire. Il faudra aussi l’examiner hors panneaux solaires et rechercher les potentiels de diminution de la consommation. Il faudra aussi éduquer son entourage et expliquer à ces enfants ou petits enfants qu’il faut absolument éteindre les lumières (une lampe LED c’est très peu en Watt, mais sera conséquent avec le temps (kWh)).