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Mise au point sur les « rendements » d'un système PV

Toutes les notions de base sur le photovoltaïque et l'autoconsommation

Mise au point sur les « rendements » d'un système PV

Message par MICES » 13 Octobre 2016, 11:33

Dans les installations photovoltaïques, qu'elles soient en vente totale, en vente au surplus ou en autoconsommation et quelque soit le type de pose, on entend toujours parler de rendements. Et y en a pour tous les goûts : +10% sur le module par ci, + 20% sur l'onduleur par là ou encore +40% sur la pose avec un tracker ! Bref, on peut dire que c'est la fête du slip ! :D

Avant de détailler tous ces rendements, n'oubliez jamais de vous poser la question : +x% par rapport à quoi ?

Je vais détailler les trois principaux rendements. Pour les pinailleurs, je précise que j'ai simplifié le propos car il est bien évident qu'on peut trouver des pouièmes de pourcentage dans chaque partie de l'installation. Il est d'ailleurs amusant de constater qu'on se bat sur un gain de 1 ou 2% sur le module ou sur l'onduleur et qu'en même temps on fait une pose intégrée en toiture qui fait perdre direct 4-5% !

Commençons par les modules. Le module est constitué de cellules. Ces cellules ont un certain taux de conversion de l'énergie lumineuse. Pour le silicium mono ou poly, on est autour de 18%. Certaines cellules plus performantes comme celles de Sunpower atteignent 22% ou Panasonic (ex Sanyo) 20%. Cela donne des modules avec des rendements autour de 15-16% jusqu'à 20%. Mais vous n'achetez pas des cellules séparées, mais un module complet qui a une certaine puissance, par exemple 250 Wc. Donc peu importe le type de cellule, le module fera toujours 250 Wc ! Il sera juste un peu plus petit avec des cellules à haut rendement, c'est tout ! Par contre, il coûtera beaucoup plus cher. En tout cas, à chaque fois que vous lirez qu'un module produit plus qu'un autre, calculez toujours le prix au Wc avant de vous décider.

Voyons les onduleurs. L'onduleur a pour fonction de convertir le courant continu produit par le(s) module(s) en courant alternatif compatible avec le réseau. Il intègre en plus toute une série de sécurités regroupées sous la norme VDE 0126-1-1/A1 VFR2014. On a deux technologies principales : des onduleurs avec transformateur (dont certain HF) et d'autres sans transformateur. Pour les premiers, on a un rendement de conversion autour de 94-96%, pour les seconds on atteint les 98%. On ne choisi par un onduleur au hasard, pour certains modules on a besoin d'un transfo et dans tous les cas on doit s'assurer que les tensions, courants et puissances des modules branchés en série et/ou en parallèle sont compatibles.
Avec l'autoconsommation et les petites installations, les micro-onduleurs sont devenus incontournables. A la différence des onduleurs « classiques » qui convertissent l'énergie de plusieurs modules connectés entre eux, le micro-onduleur n'est associé qu'à un seul module (parfois deux). La principale raison à l'utilisation des micro-onduleurs est la faible puissance de l'installation : il n'existe pas d'onduleur string pour seulement 3-4 modules. Le micro-onduleur présente d'autres avantages : absence de tension continue élevée, gestion unitaire de la conversion du courant pour chaque module. Ainsi en cas de défaillance d'un module (cas extrêmement rare, les modules ont une durée de vie de plus de 30 ans), on ne perd que l'énergie de ce dernier. L'argument commercial phare des fabricants est la réduction des pertes de production dues aux ombres. Il est vrai de dire que les ombres pénalisent fortement la production mais les explications et les gains attendus avancés par les fabricants sont totalement erronés. Si on compare deux installations, l'une avec des micro-onduleurs, l'autre avec un onduleur string « classique », on s’aperçoit que :
  • s'il n'y a pas d'ombre on ne gagne rien avec les micro-onduleurs
  • si on a une ombre diffuse sur l'ensemble des modules, on a des productions équivalentes
  • si on a une ombre franche sur certains modules, on peut avoir un gain avec les micro-onduleurs
En fait ce serait un peu long à expliquer en détail mais il faut savoir que chaque module possède des diodes (by-pass) permettant aux courants de contourner les parties du module à l'ombre. Ainsi lorsque plusieurs modules sont connectés en série (on dit en string), si un des modules est à l'ombre, les diodes assurent simplement sont contournement. La production de l'ensemble de la string n'est que faiblement impactée et il n'y a que peu de différence entre l'installation avec un seul onduleur et celle avec des micro-onduleurs. Il faut vraiment chercher des configurations très particulières pour que le gain généré par les micro-onduleurs soit important (souvent avec des installations qui ont des strings en parallèle).
Donc le véritable avantage des micro-onduleurs est principalement la simplicité de mise en œuvre, la possibilité d'avoir des modules avec différentes orientations ou de natures différentes, de faire de petites installations et la sécurité électrique. Mais ce n'est certainement pas les soi-disant gains attendus (un micro-onduleur a un rendement d'environ 95,5%).

Reste maintenant à regarder la mise en œuvre de l’installation. Chaque poste peut faire perdre ou gagner quelques pourcents. Sur certain poste comme l'orientation on ne peut rien faire (à moins de faire tourner la maison !) Par contre sur la longueur et la section des câbles, la qualité des branchements, la ventilation des modules on peut facilement gagner quelques pourcents.
Il existe des systèmes mobiles permettant de suivre la course du Soleil. Le module étant toujours bien orienté face au Soleil, il produit plus. On appelle ces systèmes des trackers. Deux versions possibles : un axe (1D) ou deux axes (2D). Dans le premier cas, le système modifie juste l'inclinaison du module (le module est toujours orienté plein Sud), dans le deuxième cas le système modifie en plus l'orientation (le module suit la course du Soleil dans le ciel du matin au soir). Par rapport à un système fixe au sol (plein Sud, incliné à 35°), le premier système fait gagner au mieux 8%, le second fait gagner 35%. Ca n'a bien sûr aucun sens de comparer un tracker avec un système intégré en toiture !

Un mot sur les systèmes hybrides : eau chaude + PV ou air chaud + PV. Les arguments commerciaux sont toujours les mêmes : produit deux en un et bien entendu meilleur rendement. Il est vrai que les modules PV n'aiment pas la chaleur. Ils perdent généralement environ 0,4% de puissance par degré au-delà de 25°C (notez qu'en deçà de 25°C, ils gagnent de la puissance). L'idée de faire circuler de l'eau ou de l'air pour les rafraîchir et de récupérer cette énergie est donc séduisante en tout cas sur le papier. Le truc, c'est qu'il fait chaud en été et que durant cette période les besoins en eau chaude ou air chaud sont assez faibles. Le soi-disant gain de rendement s’effondre alors car entre la théorie et la réalité, y a un fossé. Pour que ces systèmes aient un véritable intérêt, il faut qu'on puise toujours avoir un besoin en eau chaude ou en air chaud.

En conclusion, dès qu'on vous annonce un gain prodigieux ou un rendement mirobolant, soyez très attentif et demandez-vous par rapport à quoi on a un gain ou un meilleur rendement. Calculez le coût de ce soi-disant gain ou rendement par rapport à un système de base. Ensuite si le produit vous plaît ou si vous aimez la marque faites vous plaisir … mais en connaissance de cause !
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