Le guide Otovo sur les installations photovoltaïques: fonctionnement, composants...

Le soleil est la plus grande centrale électrique dont nous disposons sur terre. Depuis des siècles, la technologie photovoltaïque permet d'utiliser la puissance du soleil sous forme d'électricité. Mais comment fonctionnent exactement les panneaux solaires et à quoi faut-il faire attention avant d'installer un système photovoltaïque sur son toit ? Otovo répond aux questions les plus importantes.

Comment fonctionne une installation photovoltaïque?

Une installation photovoltaïque est composée de panneaux solaires qui, dans la plupart des cas, sont installés sur les toits des bâtiments. Les panneaux sont composés de nombreuses cellules solaires plus petites reliées entre elles. Celles-ci sont fabriquées dans un matériau semi-conducteur, par exemple le silicium.

Lorsque les photons des rayons solaires atteignent la cellule solaire, des électrons se détachent des atomes du matériau semi-conducteur et peuvent se déplacer librement, générant ainsi un courant électrique. La lumière du soleil entre par le haut, le courant sort par le bas. Ce qui semble être de la magie est en fait de la physique pure.

À quoi faut-il faire attention lors du choix d'une installation photovoltaïque ?

Une installation photovoltaïque est un système technique complexe proposé par de nombreux fabricants. Mais avec une bonne préparation, vous saurez en un clin d'œil quel système convient à votre habitation. Voici quelques éléments à prendre en compte lors de votre prise de décision.

Autoconsommation vs. revendre l'électricité 

La première question que vous devez vous poser est de savoir ce que vous voulez faire de l'électricité produite par votre installation solaire. Souhaitez-vous surtout l'utiliser vous-même ou la revendre au producteur d'électricité public pour en tirer un bénéfice ? 

Si l'installation photovoltaïque est destinée à votre propre consommation, vous pouvez en général vous baser sur votre consommation d'électricité actuelle et n'installer sur le toit que la puissance dont vous avez réellement besoin. Si l'électricité doit être principalement revendue au réseau public, il est également possible d'acheter plus de panneaux solaires pour produire et revendre plus d’énergie.

Conseil

En principe, il est recommandé de choisir une installation d'une puissance supérieure à celle qui couvre uniquement la consommation. Ainsi, vous êtes sûr de produire suffisamment d'électricité même lorsque les conditions ne sont pas optimales.

Lors de votre décision, pensez également à l'avenir. En effet, dans les années et les décennies à venir, les besoins en électricité par habitant vont probablement continuer à augmenter. Les pompes à chaleur, les véhicules électriques, les climatiseurs, tout cela nécessite de l'électricité. Réfléchissez donc bien aux appareils que vous pourriez acheter à l'avenir, afin que votre consommation personnelle ne soit pas trop faible au final.

Puissance de l'installation photovoltaïque

La puissance des panneaux solaires est indiquée en kilowatts. Au cours de vos recherches, vous tomberez probablement sur le terme kilowatt crête (kWc). Le kWc indique la quantité d'énergie qu'un panneau solaire, ou l'ensemble de l'installation, peut produire dans des conditions optimales. La valeur kWp des panneaux solaires est vérifiée dans des conditions de test dites standard. Ces conditions standard sont toutefois rarement atteintes dans la réalité. 

De nombreux facteurs différents ont une influence sur la production d'énergie. Des températures élevées, un ciel nuageux, l'angle d'inclinaison de votre toit ou une ombre sur un ou plusieurs panneaux solaires n'en sont que quelques-uns. 

Les saisons jouent également un rôle dans la production d'énergie. Le soleil brille plus longtemps en été qu'en hiver, ce qui fait que votre installation photovoltaïque produira globalement plus d'électricité en juillet qu'en janvier. C'est pourquoi vous devez tenir compte d'une certaine perte de puissance lors de la planification d'une installation photovoltaïque. 

Il n'est donc malheureusement pas possible de répondre de manière générale à la question de savoir quelle devrait être la puissance de l'installation photovoltaïque, car cela dépend fortement de la consommation individuelle d'électricité et des conditions sur votre toit, comme l'orientation et l'angle d'inclinaison.

Nombre de modules solaires

Le nombre de modules solaires est lié à la puissance souhaitée pour l'installation. Dès que vous la connaissez, vous pouvez en déduire le nombre de modules solaires nécessaires. On peut estimer que huit à dix mètres carrés de surface sont nécessaires par kWc.

Le nombre de modules dont vous avez réellement besoin pour obtenir le rendement souhaité dépend toutefois d'autres facteurs, comme l'orientation du toit ou les éléments gênants qui peuvent faire de l'ombre à certaines parties de l'installation.

Orientation du toit

Un autre aspect important pour le rendement d'une installation photovoltaïque est l'orientation et l'angle d'inclinaison de ton toit. L'idéal est que les rayons du soleil atteignent les modules à un angle de 90 degrés. Dans ce cas, les modules produisent le maximum d'énergie possible.

Les différentes orientations du toit ont des influences différentes sur le rendement de l'installation photovoltaïque :

• Sud : L'orientation vers le sud est idéale, c'est là que les rayons de soleil atteignent directement les modules. Ici, l'installation produit un rendement maximal à midi, mais les modules sont frappés par le soleil toute la journée.
• Est/Ouest : En cas d'orientation est/ouest, le rendement des modules est un peu plus faible. Les pics de production d'électricité se répartissent entre le matin et le soir. Cette orientation est idéale pour l'autoconsommation domestique, car la production et la consommation atteignent leurs valeurs maximales à peu près au même moment. Il est éventuellement possible d'installer des modules sur deux surfaces de toit avec cette orientation. 
• Nord : C'est sur le côté nord que les modules solaires produisent le moins d'électricité. C'est pourquoi la plupart des gens renoncent à l'installation avec une orientation vers le nord. Toutefois, si l'inclinaison du toit est faible, il peut être judicieux d'installer des modules du côté nord.

Dans le cas d'un toit en pente, l'inclinaison des modules dépend de l'inclinaison du toit. L'idéal est une inclinaison de toit comprise entre 30 et 40 degrés. Même un écart de 10 degrés vers le haut ou vers le bas ne modifie que très peu le rendement. Plus l'écart d'orientation par rapport au sud est important, plus les toits plats sont efficaces.

Forme du toit de votre maison

Les formes de toit les plus courantes pour les bâtiments sont les toits en pente et les toits plats. Les toits en pente sont probablement la forme la plus courante pour les petits bâtiments, comme les maisons individuelles. 

Les toits plats se trouvent surtout sur les grands immeubles collectifs, mais les maisons individuelles modernes sont parfois aussi construites avec des toits plats. Ici, le toit n'est pas incliné, mais construit à un angle de 90° par rapport aux murs de la maison. Il en résulte une grande surface utile qui peut être utilisée par exemple pour une installation photovoltaïque. 

En principe, les deux formes de toit conviennent aux installations solaires et chacune a ses avantages et ses inconvénients.

Types d'installations photovoltaïques

Un système photovoltaïque peut être installé de différentes manières. Vous pouvez choisir entre différentes options en fonction des besoins en électricité, de l'esthétique ou de la connexion au réseau électrique local. 

Installation photovoltaïque sur toiture

Une installation photovoltaïque sur toiture est probablement la variante la plus connue des installations solaires. Il s'agit de panneaux solaires qui, comme leur nom l'indique, sont montés sur un toit. Pour ce faire, un support spécial est monté sur le toit d'une maison, sur lequel sont ensuite fixés les panneaux solaires. Dans la plupart des cas, une installation sur toiture peut être installée sans grande transformation du toit.

Une installation photovoltaïque sur toiture se compose généralement de quatre éléments de base : 

• une structure de support, 
• les modules solaires, 
• le câblage pour acheminer le courant vers l'onduleur 
• et, si l'installation est optimisée pour une alimentation, un compteur d'alimentation.

D'autres éléments peuvent être ajoutés pour l'optimisation, comme des optimiseurs de puissance et des accumulateurs d'électricité. 

Toiture solaire

En principe, tout toit dont la surface est utilisée pour la production d'électricité peut être qualifié de toit solaire. Toutefois, ce terme désigne souvent une solution entièrement intégrée dans le toit, comme une installation intégrée dans le toit ou des tuiles solaires.

Dans le cas d'une installation photovoltaïque intégrée à la toiture, les modules solaires sont encastrés dans la couverture du toit et remplacent ainsi les tuiles traditionnelles. Ce type de montage donne au toit un aspect plus uniforme et plus esthétique. Toutefois, les installations photovoltaïques intégrées à la toiture sont plus coûteuses à l'achat et à l'installation. De plus, ce type de montage ne permet pas à l'air de circuler aussi bien sous l'installation que dans le cas d'une installation photovoltaïque sur toiture. Cela peut entraîner une perte de puissance due à une surchauffe.

Les tuiles solaires sont une autre possibilité d'intégrer l'installation photovoltaïque directement dans le toit. Dans ce cas, les cellules photovoltaïques sont directement intégrées dans les tuiles. Cette technologie est relativement nouvelle, plus compliquée à mettre en place et nettement plus chère que les autres types d'installations photovoltaïques. Un grand avantage est que les tuiles solaires ont presque le même aspect que les tuiles traditionnelles. De ce fait, le toit solaire se remarque à peine en tant que tel. C'est également un avantage si votre bâtiment est classé monument historique.

Installation en îlot

Les installations en îlot sont des installations photovoltaïques destinées à des bâtiments non raccordés au réseau électrique, par exemple des chalets de montagne, des maisons de jardin ou de vacances, des péniches ou encore des bâtiments sur des îles isolées. Une installation en îlot produit de l'électricité sans émissions et constitue donc une alternative verte aux générateurs d'électricité qui fonctionnent avec des combustibles fossiles. 

L'installation en îlot n'est pas reliée au réseau électrique public et est donc totalement indépendante. Si la production d'électricité de l'installation photovoltaïque ne couvre pas les besoins en électricité, il n'est pas possible d'obtenir de l'électricité supplémentaire du réseau.

Centrale électrique de balcon

Ceux qui n'ont pas de maison ne doivent pas pour autant renoncer à l'électricité solaire. Le petit frère de l'installation photovoltaïque pour le toit est une centrale de balcon. Il s'agit d'une installation solaire composée de quelques modules solaires et qui peut être montée sans grand effort sur un balcon ou une terrasse. 

L'électricité qu'elle génère peut tout simplement être utilisée à travers d’une prise de courant. En raison de sa taille réduite, l'installation ne produit pas autant d'électricité que les panneaux solaires installés sur le toit, ce qui signifie que l'électricité doit continuer à être prélevée sur le réseau public. Néanmoins, une installation photovoltaïque pour le balcon peut être rentable : dans un ménage moyen de deux personnes, elle peut couvrir jusqu'à 20 % des besoins en électricité.

Composants d'une installation photovoltaïque

Lorsque l'on pense à une installation solaire, on pense probablement directement aux panneaux solaires bleu foncé typiques sur un toit. Mais ce n'est qu'une partie d'un système sophistiqué.

Onduleur

Une installation photovoltaïque produit du courant continu. Le courant continu alimente entre autres les téléphones, les téléviseurs ou les petits appareils comme les lampes de poche. Mais la plupart des appareils électroniques de la maison ont besoin de courant alternatif, qui sort normalement de la prise de courant sous cette forme. Pour que le courant continu généré par l'installation solaire puisse être injecté en toute sécurité dans le réseau électrique de la maison, il doit être converti en courant alternatif. 

C'est l'onduleur qui se charge de cette tâche. Mais outre la conversion du courant continu en courant alternatif, l'onduleur a encore quelques fonctions importantes sans lesquelles une installation photovoltaïque ne peut pas fonctionner correctement :

• Optimisation des performances : le courant et la tension sont ajustés en temps réel afin que l'installation photovoltaïque puisse atteindre les meilleures performances.
• Surveillance : l'onduleur surveille à la fois le bon fonctionnement de l'installation et celui du réseau électrique.
• Revente : le surplus d'électricité est revendu par l'onduleur dans le réseau électrique public, à condition que l'installation soit configurée pour cela.

Batterie solaire

Comme son nom l'indique, une batterie solaire est destinée à stocker l'électricité générée. Une installation photovoltaïque fonctionne également sans batterie solaire, mais celle-ci peut être utile si, par exemple, vous êtes peu présent à la maison pendant la journée, lorsque le soleil brille et que la majeure partie de l'électricité est produite. 

Si, au moment de la consommation, l'installation photovoltaïque ne produit pas d'électricité, par exemple parce que le soleil est déjà couché, celle-ci est prélevée sur le réseau électrique public. Il en résulte des coûts supplémentaires qui pourraient être évités avec une batterie solaire.

Compteur intelligent

Un compteur intelligent est un compteur électrique intelligent qui enregistre les données relatives à la consommation d'électricité et les transmet au fournisseur d'électricité et à l'exploitant du réseau.

Pour les ménages disposant d'une installation photovoltaïque, un compteur intelligent joue un autre rôle important. L'installation intelligente ne mesure pas seulement la consommation actuelle d'électricité, mais aussi la quantité d'électricité produite par les cellules photovoltaïques. L'onduleur de l'installation photovoltaïque utilise ces données, par exemple pour charger ou décharger la batterie. En outre, grâce à un compteur intelligent, vous gardez toujours une vue d'ensemble sur la quantité d'électricité injectée dans le réseau par votre installation.

Optimiseurs de puissance

Lorsqu'il y a de grandes différences de production d'électricité entre les différents modules d'une installation photovoltaïque, les optimiseurs de puissance sont un complément utile. En effet, une baisse de la puissance d'un module entraîne une baisse de la puissance de toute l'installation. Un scénario fréquent est une ombre projetée sur un module photovoltaïque par exemple par une cheminée ou des arbres situés autour de la maison.

En règle générale, les différents modules solaires sont reliés entre eux dans un "string" (en français "fil"). Si un module de la chaîne est ombragé et ne produit par exemple que 80% de l'électricité possible, les autres modules de cette chaîne ne produisent également que 80% de la sortie possible. L'efficacité de l'ensemble de l'installation diminue, bien que seule une partie soit touchée par l'ombre.

Pour remédier à ce problème, les modules sur lesquels l'ombre tombe régulièrement en raison d'un obstacle sont équipés d'optimiseurs de puissance. Ceux-ci veillent à ce que les modules non ombragés puissent continuer à fournir leur pleine puissance.

Mais les optimiseurs de puissance ne sont pas seulement un complément utile en cas d'ombrage. Pour les installations composées de différents types de modules, dont les chaînes n'ont pas toutes la même longueur ou dont les modules ne sont pas orientés dans la même direction, les optimiseurs permettent également d'obtenir le meilleur rendement possible pour l'ensemble de l'installation.

L’optimiseur de puissance est-il utile ?

L'avis sur les optimiseurs de puissance diffère d'un installateur à l'autre. Alors que certains estiment qu'ils doivent être installés en cas de besoin, et uniquement sur les modules concernés par l'ombrage, d'autres installent les optimiseurs soit sur tous les panneaux, soit pas du tout. Il y a aussi des voix qui considèrent les optimiseurs comme inutiles.

Une chose est sûre : si tous les modules de votre installation photovoltaïque sont orientés de la même manière, si les chaînes sont de même longueur et si tous les modules ne sont pas ombragés, vous pouvez dans tous les cas vous passer de l'optimiseur.