[TU] Panneaux Solaires

---

Après tous les deals sur les panneaux solaires, voici un topic pour vous aidez à vous y retrouver.

---

• Généralité

Un panneau solaire (plus précisément panneau solaire photovoltaïque dont il sera question ici) convertit l'énergie solaire en énergie électrique. Il reçoit donc un rayonnement solaire par le biais de notre beau soleil et fournit en sortie un courant électrique.

Il existe plusieurs autres types de panneaux solaires dont les panneaux solaires thermiques ou encore les panneau solaire aérothermique.

Pour la suite "panneaux solaires" fera référence à nos panneaux solaires photovoltaïque.

Un système complet est composé de quatre (ou cinq) parties :
- Le panneau en lui même
- Le micro onduleur
- Le coffret de raccordement (optionnel)
- Le kit de support (pour fixer le panneau)
- Des câbles
- (un kit de suivi de consommation pour les geeks)

En faisant un magnifique schéma :
Soleil => panneau solaire => micro-onduleur => coffret de raccordement => maison

On va donc s'attaquer à chacune des parties. On ne s'intéresse ici qu'aux panneaux solaires pour une installation en autoconsommation chez un particulier. Une installation pour viser l'une autonomie et/ou production avec batterie est différente notamment au niveau de l'onduleur.

---

• Panneaux solaires

Les panneaux présentent plusieurs caractéristiques que nous allons passer en revue

• Composition du panneau
  La plupart des panneaux à l'heure actuelle est composé de silicium (le sable de nos plages). Il existe en 3 grandes familles : monocristallin, polycristallin et amorphe.
  Le monocristallin est le plus performance (rendement ~20%) suivi par le polycristallin (~15%) et enfin l'amorphe (~5%). Les coûts sont inversés l'amorphe est le moins cher, puis le polycristallin et enfin le monocristallin est le plus cher.
  Vous ne devriez croiser que des monocristallins maintenant (les autres compositions sont soit dépassées soit pour d'autres usages, l'amorphe pour les calculatrices solaires par exemple). Il existe de nombreuses variations qui influent sur le rendement final.

• Nombre de faces
  Il existe deux types de panneaux solaires : monoface et biface. Comme son nom l'indique, cela caractérise simplement le nombre de faces du panneaux qui produisent de l'éléctricité. Un monoface produira uniquement par sa face avant (celle exposée au soleil), un biface (ou double face) produira également avec la face arrière.
  Si votre panneau est posé en toiture, aucun utilité de prendre un double face (la deuxième face sera contre les tuiles donc ne produira rien).
  Si votre panneau est posé sur le sol sur un support, il peut y avoir une utilité. Le panneau produira également par le rayonnement provenant du sol. Le rendement supplémentaire dépendra principalement de l'albédo du sol (sa capacité à réfléchir la lumière). Si votre panneau est posé sur de la neige, il est évident qu'elle reverra beaucoup plus de lumière que du carrelage noir par exemple). La face arrière est également souvent moins performante que la face avant.
  Globalement on peut estimer un rendement supplémentaire d'environ ~5% pour un biface posé au sol (Lien de l'étude)

• Couleur
  En fait la couleur des panneaux, les fameux "Full Black" dépendent de leurs compositions. Les noirs sont monocristallin et les bleus sont polycristallins. Donc si vous avez suivi jusque là, il n'existe quasi que des noirs maintenant. Les dénominations "Full Black" correspondent donc soit à l'arrière du panneau qui est également noir, soit à l'encadrement qui est aussi noir. Il n'y a donc, a priori, pas de raison technique de choisir un panneau "Full Black" hormis l'aspect esthétique.

• Puissance crête
  Il s'agit de la puissance théorique de développera le panneau avec un ensoleillement idéal. Une puissance de 420wc indique que le panneau doit produire 420w avec un soleil parfait.
  Malheureusement, on ne vit pas dans un monde parfait ! En considérant le système complet (avec le micro-onduleur) on peut considérer qu'un rendement de 90% est bon (en général variant de 80 à 95%).

---

• Onduleur

Un panneau solaire produit un signal électrique continu avec une tension et un courant variable. Le but de l'onduleur est de transformer le signal produit en courant alternatif avec une tension de 240v pour être utilisé dans notre maison. Sans lui, impossible d'utiliser le courant.

Historiquement, on utilisait un onduleur pour une grosse série de panneaux solaires (encore vrai dans des grosses installations). Le problème est que la production dans ce cas est limitée au panneau produisant le moins. Ainsi si un panneau est à l'ombre, l'ensemble des panneau relié au même onduleur ne produit rien. Assez embêtant !

Heureusement, les micro-onduleurs sont arrivés ! Ils raccordent 1, 2 ou 4 panneaux pour maximiser les performances. Si j'installe 8 panneaux solaires avec 4 micro onduleurs, une ombre sur 1 panneau ne réduira la production que d'1/4 (2 panneaux sur les 8 reliés au même micro onduleur ne produiront rien)

• Puissance sortie (en VA)
  C'est tout simplement la puissance maximale de sortie du micro-onduleur. Elle doit correspondre à la somme des puissances crêtes des panneaux connectés en entrée. Si vous mettez 2 panneaux solaires de 400Wc, il faudra donc un microcontrôleur de 800w (ou VA, pour simplifier on considère les deux égaux ici). En réalité, on peut avoir un micro-onduleur légèrement moins puissant en tenant compte du rendement des panneaux.

• MPPT pour Maximum Power Point Tracking (en V)
  C'est une plage de variation de l'onduleur cherchant le meilleur point de fonctionnement du panneau. Sans entrer dans les détails, l'onduleur cherchera le meilleur compromis entre la charge (tension demandée) et la production du panneau pour limiter les pertes.

• MPPT pour Maximum Power Point Trackers (ils sont forts, une abréviation pour deux notions !)
  C'est tout simplement le nombre de panneaux que l'on peut connecter à l'onduleur. Attention cependant, sur certains onduleurs, 1 MPPT peut correspondre à 2 panneaux ou plus. On aura alors le nombre de groupe de panneaux solaires pouvant être optimisés en même temps. Par exemple un exposé Sud et un autre Sud-Ouest.

• Raccordement
  Tri-phasé ou monophasé. Cela dépend juste du type d'installation. Remarque on peut installer du monophasé sur une installation en tri-phasé en ne se raccordant qu'à une phase.

Je passe volontairement sur les tensions de démarrage, à vide, en charge etc. qui sont intéressantes pour des experts cherchant les optimisations.

---

• Coffret de raccordement

On peut distinguer deux types de kit : les kit "plug and play" équipés d'une prise au bout pour être branché sur une prise de la maison et les kit à raccorder directement au disjoncteur.
Dans le cas d'un raccordement direct, il convient d'utiliser un coffret de raccordement avec notamment un disjoncteur et parafoudre.

---

• Kit de support

Il faut maintenant fixer le panneau quelque part. Plusieurs options s'offrent à vous, au sol avec un support adapté (ou fait maison à base de rail de placo), pour bac acier avec des vis autoperforantes, pour tuile avec un rail à poser et des fixations sur la charpente (à passer entre les tuiles), sur balcon ou mur, etc.

---

• Routeur solaire

Un dernier point afin d'optimiser l'utilisation des panneaux solaires, il est possible de passer par un routeur solaire. Le but du routeur est de rediriger ce qui n'est pas consommé en instantané vers un consommateur dans la maison.
L'exemple le plus utilisé est le ballon d'eau chaude. Le routeur solaire redirigera le surplus de consommation vers le ballon d'eau chaude pour chauffer l'eau gratuitement tout au long de la journée.
Attention, cela ne fonctionne qu'avec un chauffe eau classique (à résistance) et ne fonctionne pas avec un ballon d'eau chaude thermodynamique (ou moyennant un montage complexe).

---

---

Tout ça c'est bien beau, mais comment je choisis mon kit ?

Il faut débuter par l'investissement souhaité et le but :

• Effacer son talon (entre 200 et 600w) de consommation qui correspond à la consommation des appareils en veille (box, TV, radio, etc.) et allumé en permanence (frigo, congélateur, VMC, pompe piscine, etc.)
• Devenir quasi autonome en supprimant une grosse partie de sa consommation (3000 - 5000w)
  • Soit avec une solution à base de batterie
  • Soit avec une batterie "virtuelle"
• Être autonome dans un site sans électricité

Si vous êtes ici, c'est surement que vous n'y connaissez rien, et le plus sûr est de démarrer par essayer d'effacer son talon. Pour le déterminer, vous pouvez utiliser le site d'ENEDIS avec vos relevés de consommation. Avec ça, regardez combien vous consommez la nuit quand vous dormez ou la journée en votre absence (et sans chauffage). Normalement vous devriez trouver une consommation entre 150w et 600w (mais très dépendant votre installation).

A partir de là, vous avez votre talon. On va considérer 400w dans la suite et de l'autoconsommation.

En autoconsommation, tout ce que vous produisez en trop est redonné gratuitement à EDF. L'éléctricité va toujours au plus court, donc ce que vous produisez est d'abord consommé chez vous. Ensuite, ça va chez vos voisins gratuitement ! Donc il faut essayer de maximiser son autoconsommation (sauf si vous êtes généreux avec vos voisins).

---

Calcul de sa production

Le site re.jrc.ec.europa.eu/pvg…tml permet de calcul simplement sa production théorique.
Il nous faut 3 valeurs :

• La puissance du kit (en Wc, la somme de la production de tous les panneaux) - Installed peak PV power [kWp]*
• L'orientation (vers où seront orientés vos panneaux, idéalement plein sud) - Slope [°]
• L'inclinaison (en °, quelle sera l'inclinaison du kit, généralement 35° pour une majorité de toiture) - Azimuth [°]

et l'adresse bien sûr !

Le même site mais en version française autoconsommer.com/sim…tml (merci à @Shinji33 pour le lien - dealabs.com/com…826)

Pour la suite, je considère une installation dans le Nord-Est, plein Sud (0) avec une inclinaison de 35° et un kit de 1kwc.
La production donnée par le site est de 1075kwh par an. Ainsi ce kit permettra de produire 1075 kwh par an d'éléctricité.

Il est possible d'affiner son calcul avec un calcul par heure (onglet "Hourly Data") ce qui va être intéressant pour notre amortissement.

---

Calcul de sa consommation et amortissement

Version simple, notre consommation talon est de 400wh, la consommation par an sera de 400 * 24 (heure par jour) * 365 jours = 3505 kwh.
On peut donc en déduire que les panneaux vont permettre de réduire notre consommation talon de 1075kwh, soit un gain de 1075*0,2 = 215€/an.

Version réaliste
Le kit produit en effet 1075 kwh mais avec de grosses variations entre 0w la nuit et quasiment 900w la journée. On peut en déduire que si le kit produit 900w la journée mais que l'on en consomme uniquement 400w, alors on donne 500w gratuitement à EDF.
Un calcul fait avec Excel montre qu'en prenant par exemple 2019 et trois kits : 400wc / 800 wc / 1600wc dans le Nord-Est avec un talon de 400w et en caculant précisement heure par heure la production:

• 400wc / production totale 412 kwh / surproduction 0kwh / économie 412 * 0.2 (€/kwh) = 82.4€/an

• 800wc / production totale 824 kwh / surproduction 61kwh / économie (824-61) * 0.2 = 152.6€/an

• 1600wc / production totale 1649 kwh / surproduction 606kwh / économie (1649-606) * 0.2 = 208€/an

On voit donc ici que le gain est faible en passant d'un kit 800wc à un kit 1600wc (mais vous gagnerez l'amour éternelle d'EDF, c'est déjà ça !). Il faut donc dimensionner son kit au plus juste en fonction de son prix.

Rentabilité en fonction du prix
Merci à @ahh pour le calcul et le tableau.
Pour être plus précis, les prix au kwh sont en chute libre sur les panneaux solaires et les coûts fixes eux restent fixes (support, frais de port, câble, etc.). Donc les kit de forte puissance deviennent plus intéressants.

On peut en tirer le tableau suivant :On voit un point de rentabilité très proche des deux kit (43 mois pour le 800wc et 47 mois pour le 1600wc) avec un gain plus important dès la 5ième année.

Il est donc nécessaire d'analyser au cas par cas avec vos informations pour faire le meilleur choix.

---

Détail sur la notion de puissance vs consommation

Une puissance s'exprime en W (la fameuse formule P = U * I) et une consommation en Wh. La consommation est donc la puissance sur une durée d'une heure.
Si ma lampe est allumée pendant 1h et a une puissance de 10w, elle consommera 10Wh. Si elle est allumée pendant 6 min, elle consommera 1Wh.

Cela impact la prise en compte des gros consommateurs ponctuels (four, lave-vaisselle, lave-linge, etc) et le fait d'essayer de les effacer avec nos panneaux. On trouve souvent leur consommation dans les manuels (par exemple 1kWh pour 1 cycle éco pour un lave-vaisselle).
Un raccourci pourrait être de dire : mon panneau de 1kWc couvre entièrement mon lave vaisselle qui consomme 1kWh sur son cycle car celui-ci produira 1kWh (en considérant un rendement de 100% pour l'exemple). Mais c'est faux.
Un lave-vaiselle (conclusion identique pour les autres appareils) ne consomme pas linéairement. Ils utilisent une grande puissance au début (pour chauffer l'eau) puis une faible puissance pour faire tourner la pompe.

Il y a cette thèse qui montre les courbes de charge (theses.hal.science/tel…ent p53 pour le lave linge par exemple).

Durant environ 10min, le lave linge consomme 2500w (donc 0.416kwh) mais seulement 1000w seront couvert en plein été par les panneaux (donc 0.166kwh). Donc sur la totalité de consommation (disons 2500w durant 10min + 100w durant 60min = 0.516kwh) seul 0.266kwh seront utilisés par les panneaux et 0.25kwh proviendra du réseau.

---

Autoproduction vs revente

On peut distinguer trois grands cas pour l'utilisation de la production :

• Autoproduction
• Revente surplus ou totale
• Batterie virtuelle

Détaillons les trois

• Autoproduction
  Cas le plus simple. Tout ce qui est produit par les panneaux solaires est consommé par la maison/appartement. L'électricité va toujours au plus, donc ce qui est produit par le panneau est d'abord consommé par le consommateur le plus proche (la maison en premier puis les voisins, puis le quartier, etc.). Les panneaux solaires peuvent être installés par un particulier sans contrainte particulière.
  Seul désavantage, ce qui n'est pas consommé en local est réinjecté gratuitement sur le réseau. Donc si vous avez produit 500Wh mais que vous n'en avez consommé que 400Wh, 100Wh seront injectés gratuitement sur le réseau. Des grosses capacités de production ne sont donc pas utiles ici.

• Revente
  Pour des installations inférieurs à 500kWc (sauf à vivre dans un château, impossible de dépasser le seuil pour un particulier), on passe par l'offre OA (obligation d'achat) d'EDF (Lien détail EDF)
  Il existe plusieurs tarifications de l'offre d'achat notamment en fonction de l'offre de la puissance crête (Wc) de l'installation.
  Par exemple, en revente totale pour une installation entre 3-9kWc, EDF rachète l'électricité 0.19€/kWh.
  Pour une revente du surplus on passe sur une prix de 0.1339€/kWh pour une installation < 9kWc avec une prime à l'investissement variable entre 510€ et 210€ par kWc (Details offre EDF)
  Les tarifs évoluent tous les 3 mois et sont ensuite fixes durant 20 ans à la signature du contrat.
  La possibilité de revente nécessite une installation en toiture et surtout une installation par un professionnel !

• Batterie virtuelle
  Au lieu d'installer des batteries physiques chez soit pour récupérer le surplus produit, on peut utiliser des batteries virtuelles. Le principe est de signer un contrat chez un fournisseur de batterie virtuelle. Celui-ci stockera votre production dans une batterie virtuelle. Ensuite lorsque vous aurez besoin de consommer de l'énergie sur le réseau, elle sera consommée en priorité via votre batterie virtuelle (stockage dans le cloud, comme vos documents !). En réalité, elle n'est pas stockée mais utilisée dans le réseau en temps réel. (Description ENEDIS)
  Pour donner une idée du prix (il dépendra du fournisseur de batterie), chez JPME il est nécessaire de payer un droit d'accès à la batterie (entre 650€ et 1200€ selon le contrat et les services associés). Ensuite JPME s'engage à racheter les kWh 0.17€/kWh ou à les déduire de la consommation si on choisit JPME en tant que fournisseur. Le principal avantage est qu'il n'est pas nécessaire de faire intervenir un profesisonnel pour l'installation.
  Attention, je n'ai aucun lien avec JPME et je ne garantis en rien le sérieux de l'entreprise. Il convient de bien comparer les différents fournisseurs !

---

Point législation

Un petit point sur la notion de panneau Plug & Play et d'autoconsommation. Il est obligatoire de déclarer son installation à ENEDIS via le formulaire suivant : enedis.fr/sit…xhk ou encore "Modèle de Convention d’AutoConsommation Sans Injection pour une Installation de Production de puissance inférieure ou égale à 36 kVA raccordée au Réseau Public de Distribution géré par Enedis" ou encore son petit nom CASI. Cette déclaration est obligatoire dans tous les cas !

Cette déclaration détaille 2 différents cas :

• Kit "Plug & Play". Ce sont des kits montés et testés en usine qui se raccorde directement via une prise électrique.
• Kit classique où il est nécessaire de faire passer le CONSUEL. C'est un organisme en charge de certifier que votre installation est aux normes. Dans le cas d'une installation photovoltaïque, il faudra en particulier le CONSUEL Bleu qui coûte environ 190€.

• l'Installation de Production est raccordée sur un Site consommateur faisant l'objet d'un Contrat Unique pour les besoins en soutirage. Dans les autres cas, la présente Convention n'est pas le bon document à utiliser et le Producteur contacte l'interlocuteur Enedis désigné dans son contrat d'accès au Réseau pour établir un avenant à son dispositif contractuel ;

• la Puissance installée de production est inférieure ou égale à la Puissance Souscrite de l’Installation de Consommation à laquelle elle est raccordée ;
• l'énergie électrique produite par l’Installation de Production est entièrement consommée par l'Installation de Consommation à laquelle l'Installation de Production est raccordée ;
• l’Installation de Production doit à tout instant, absorber une Puissance réactive égale à 0,35 fois la puissance active produite (consigne équivalente à cos ϕ = 0,944 sous-excité) ;
• l’Installation de Production est soumise au contrôle de performance des Installations de Production raccordées au Réseau Public de Distribution décrit dans la note Enedis-PRO-RES_64E (un résumé est disponible dans la documentation d’Enedis-Connect).

Ensuite si vous disposez de ce dispositif, il y a encore quelques subtilités sur la définition pour éviter le CONSUEL :
Appareil de Production : appareil générateur d'énergie fabriqué, assemblé et essayé en usine. S'il peut être
raccordé sur un circuit existant, sans réalisation ou modification d'une installation fixe sur site, il ne nécessite pas d'AC CONSUEL. Dans tout autre cas (pose ou modification d’une canalisation électrique et/ou d’un dispositif de protection contre les surintensités et/ou d’un dispositif différentiel), il en faut une.
Ainsi il faut par exemple une AC CONSUEL :

• s'il y a pose d'une batterie, qui impose un dispositif de protection contre les surintensités ;

• si la puissance installée de l'appareil dépasse 3 kVA, puisqu'il faut créer un nouveau circuit à partir du tableau BT ;

• en cas de panneaux montés sur toit car il ne s'agit pas alors d'un appareil de production (il y a assemblage sur site)...

Un kit "Plug & Play" monté sur un toit nécessite donc le passage du CONSUEL

En résumé, un kit est réellement "Plug & Play" si < 3kwc, n'est pas monté sur un toit, ne dispose pas de batterie et n'injecte rien sur le réseau. Autant dire aucun kit ! Donc dans tous les cas, le CONSUEL doit passer.
Je précise que c'est d'un point de vue légal, vous êtes chez vous

Merci d'avoir lu. Le sujet évoluera sûrement, donc n'hésitez pas à poser vos questions