Meilleures Ventes
Toutes les meilleures ventes
Nouveaux produits
Newsletter Civisol : Abonnez-vous !



L'onduleur solaire est un composant très important d’une installation solaire photovoltaïque. Beaucoup s’accordent à dire que c’est le cœur d’une installation solaire. Ils appartiennent à la catégorie des appareils d’électronique de puissance.

Même s’ils ont des points communs avec les onduleurs de sécurité (qui fournissent un courant de secours aux systèmes sensibles en cas de coupure du réseau de fourniture d’électricité), ce sont des appareils aux finalités différentes.

L’objectif principal et commun de ces appareils est de convertir un courant continu provenant des panneaux solaires photovoltaïques ou des batteries en un courant alternatif, soit pour faire fonctionner des appareils domestiques nécessitant du 230V alternatif, soit pour injecter dans le réseau d’électricité national.



Sommaire:

  1. Quelle est la différence entre VA et W ?
  2. Les différentes catégories d’onduleurs
  3. Comment choisir et dimensionner un onduleur ?




1. Quelle est la différence entre VA et W ?


L’unité W (Watt) est utilisée pour la puissance active (P = U x I x cos ρ).

L’unité VA (Voltampère) est utilisée par la puissance apparente (S = U x I).


La valeur de cos ρ est dépendante de la présence d’équipements à comportement capacitif ou inductif comme des moteurs électriques ou des transformateurs de fortes puissances. En l’absence de ce type d’équipements, ce qui est le cas en résidentiel, la valeur de cos ρ est égale à 1.

Par conséquent dans le résidentiel on considère toujours que la puissance active est égale à la puissance réactive.

Dans le cadre des installations solaires photovoltaïques, la puissance maximale d’un onduleur, exprimé en kVA sera directement comparée à la puissance de l’ensemble des panneaux solaires qui lui seront raccordés (kWc).


2. Les différentes catégories d’onduleurs

A. Les onduleurs réseaux :


Ils sont utilisés lorsque l’installation solaire est connectée au réseau, et qu’il n’y a pas de batterie pour le stockage de l’électricité produite (dans ce cas on parlerait d’onduleurs hybrides.


Les principales fonctions d’un onduleur réseau sont :

  • Transformer le courant continu produit par les panneaux solaires en courant alternatif
  • Phaser ce courant alternatif avec celui du réseau (même tension et même phase)
  • Réguler la tension et l’intensité des panneaux solaires photovoltaïques de sorte à les amener au plus proche des Impp et Vmpp, et maximiser la puissance de sortie : c’est plus spécifiquement la fonction du(es) tracker(s) intégrés à l’onduleur, appelés Maximum Power Point Tracker (MPPT) : voir ci-après
  • Superviser le fonctionnement de l’installation
  • Empêcher l’injection de courant dans le réseau lorsque ce dernier ne fournit plus de courant, ou lorsque le courant à injecter n’est pas en phase avec le courant du réseau.


Cette dernière fonction est très importante car elle permet de protéger les techniciens qui interviennent sur le réseau lorsque celui-ci est « coupé ». En effet sans cette fonction, le risque serait important car malgré la coupure réseau, en journée un onduleur pourrait injecter du courant produit par les panneaux solaires photovoltaïques mettant ainsi en danger les techniciens qui interviendraient sur le réseau.

Pour cela l’onduleur utilise le courant du réseau pour fonctionner. Sans courant réseau, l’onduleur ne fonctionne pas et n’exploite donc pas le courant continu produit par les panneaux solaires. 


A Noter :
Cette caractéristique fait partie de celles reprises dans la norme VDE 0126-1-1. Un onduleur qui n’est pas conforme à cette norme ne peut pas « mélanger » le courant du réseau au courant produit, et donc ne peut pas injecter. Nous reparlerons de cette notion de « mélange » pour les onduleurs hybrides

Il est important de noter que cette fonction implique qu’avec ce type d’onduleurs, en cas de coupure de réseau, il n’est pas possible d’utiliser le courant produit par les panneaux photovoltaïques qui lui sont reliés. Dans cette configuration, l’installation solaire photovoltaïque ne peut donc pas servir de secours en cas de coupure du courant du réseau. Pour cela il est nécessaire de prévoir un îlotage, ou un onduleur hybride qui propose un circuit de secours LIEN.




Zoom sur la régulation MPPT


La régulation de la tension et de l’intensité en sortie des panneaux photovoltaïques se fait par le biais d’un « tracker MPPT » contenu dans l’onduleur solaire, MPPT signifiant « Maximum Power Point Tracker ». 

Le tracker ajuste la tension et l’intensité en sortie de l’ensemble des panneaux raccordés de manière à se situer au plus proche du MPP (Maximum Power Point).

Pour un fonctionnement optimal du tracker MPPT,  il est important que tous les modules photovoltaïques qui lui sont reliés soient identiques et donc avec la même courbe courant-tension. En effet l’intensité qui parcoure chacun des panneaux solaires montés en série étant la même, en cas de courbes différentes (donc des Impp différentes) il serait impossible pour le tracker de tirer la puissance maxi de chaque panneau.

Certains onduleurs photovoltaïques disposent de plusieurs trackers MPPT. Cela permet de scinder le champ de panneaux photovoltaïques en sous-ensembles ayant des caractéristiques différentes, soit intrinsèquement (modèles différents) soit dans leur mise en œuvre : dans les 2 cas les courbes courant-tensions sont différentes car elles dépendent du modèle du panneau solaire photovoltaïque et varient en fonction de la puissance reçue (voir le chapitre précédent : puissance d’un panneau solaire).
Cela est particulièrement utile lorsque tous les panneaux photovoltaïques du champ n’ont pas la même orientation, ou que certains panneaux sont susceptibles de subir une ombre. Ainsi la puissance du sous ensemble victime d’un ombrage ou d’une orientation moins favorable ne viendra pas perturber la puissance maximale obtenue par l’autre sous-ensemble.


Attention : lorsqu'un onduleur propose plusieurs MPPT, il est important de vérifier quelles sont les règles de répartitions tolérées. Ceci est indiqué sur la fiche technique de l'onduleur. Par exemple l'asymétrie autorisée dans la répartition de la puissance (Wc) peut être plus ou moins important. A l'inverse une asymétrie peut être imposée. Cela signifie que l'onduleur n'accepte pas que les puissances connectées à chaque MPPT soient identiques.


A noter :
Un sous ensemble de panneaux montés en série est appelé un « string ».



On distingue 2 sortes d’onduleurs réseau : l'onduleur central (ou onduleur "string") et le micro-onduleur




a. L’onduleur central


 il reçoit et traite le courant produit par un nombre important de panneaux solaires dans la limite de ses caractéristiques techniques (voir plus loin). Pour des applications résidentielles, un onduleur peut suffire pour traiter le courant produit par l’ensemble des panneaux solaires photovoltaïques installés (sur la toiture par exemple)

Il doit être installé dans un local technique, de préférence à proximité du compteur électrique.

visuel d'un onduleur réseau





b. Le micro-onduleur 


Généralement il reçoit et traite le courant produit par un seul panneau solaire photovoltaïque auquel il est connecté. Il existe aussi des micro-onduleurs capables d’être connectés à 2, 3 voire 4 panneaux solaires photovoltaïques. Ils sont positionnés au plus près des panneaux solaires (sous le panneau par exemple) et sont donc capables de résister aux intempéries.


visuel d'un micro-onduleur






c. Avantages et inconvénients des micro-onduleurs par rapport aux onduleurs centraux :


Avantages :

- Supervision : l’une des fonctions de l’onduleur est la supervision de l’installation. Avec un micro-onduleur par panneau (ou pour 2, 3, 4), la supervision est plus fine qu’avec un onduleur central. En effet en cas de dysfonctionnement, le système de supervision est capable de voir l’activité de chaque onduleur, et si un panneau est défaillant, de l’isoler plus facilement. Avec un onduleur central l’identification de l’élément défaillant n’est pas possible. Au mieux il est possible d’identifier un groupement de panneaux (String) dans lequel se situe le panneau photovoltaïque défaillant si l’onduleur dispose de plusieurs entrées permettant de scinder le champ de panneaux solaires en plusieurs sous-ensemble. Mais tous les onduleurs n’en sont pas équipés, et toutes les installations ne le nécessitent pas (voir plus loin : dimensionnement et choix de l’onduleur

- Sécurité :  le courant continu est transformé en courant alternatif (moins dangereux) au plus près des panneaux solaires. Ainsi en cas d’intervention des pompiers, même en cas de coupure du disjoncteur principal, la longueur des câbles qui restent sous tension en courant continu (dangereux) est faible et se situe sur les toits. Pour les onduleurs centraux il est conseillé de mettre un disjoncteur déporté pour pouvoir couper l’arrivée du courant continu au plus près des panneaux photovoltaïques qui le produisent.

- Optimisation de la production : Nous avons vu précédemment que si une cellule d’un panneau solaire photovoltaïque est défaillante alors c’est toute une partie du panneau solaire qui ne produit plus. Et bien il en est de même avec un champ de panneaux s’ils sont connectés à un onduleur central, car ils sont montés en série avant d’être connectés à cet onduleur. L’onduleur central va chercher le point de puissance maximale de l’ensemble des panneaux solaire et le panneau défaillant va dicter l’intensité de l’ensemble, d’où une perte de puissance pour l’installation. A l’inverse les micro-onduleurs vont chacun trouver le MPP (Maximum Power Point) de leur panneau, indépendamment les uns des autres.

Pour pallier cela, les onduleurs centraux peuvent être complétés avec des optimiseurs, à raison d’un par panneau solaire, de sorte à optimiser la puissance de chaque panneau indépendamment des autres. Nous verrons aussi plus tard que certains onduleurs permettent de gérer plusieurs strings, c’est-à-dire plusieurs sous-ensembles de panneaux indépendants, de sorte à limiter l’impact d’un panneau défaillant.


Inconvénients :

- Coût : équiper une installation avec des micro-onduleurs est globalement plus couteux qu’avec un onduleur central. Il faut compter 120 euros environ pour un micro-onduleur de 300W, donc 1200 euros pour une installation de 3 000 Wc, contre (à partir de) 500 euros pour un onduleur central de 3 kW.

- Accessibilité : En cas de panne d’un micro-onduleurs, il faut intervenir là où sont installés les panneaux solaires, sur le toit par exemple, ce qui rend l’intervention plus délicate que pour un onduleur central.

- Exposition à des températures élevées : comme tout appareil électronique, l’exposition à de fortes températures, comme c’est le cas en plein été sous les panneaux solaires, là où sont installés les micro-onduleurs, peut altérer le fonctionnement des micro-onduleurs, même si des précautions ont été prises par les fabricants.

- Irréparabilité : en cas de panne ou de dysfonctionnement un micro-onduleur peut rarement être réparé car le plus souvent les coques sont collées, et de la résine protectrice recouvre l’ensemble des composants. Il est remplacé, contrairement aux onduleurs de marques européennes dont les composants défectueux peuvent être remplacés.

- Evolutivité : les micro-onduleurs sont moins adaptés que les onduleurs centraux pour l’évolution d'une installation en vue de l'utilisation de batteries solaires. En effet les micro-onduleurs transformant directement le courant continu en courant alternatif, il serait nécessaire de le transformer à nouveau en courant continu pour la charge, ce qui affecterait le rendement de l’ensemble. Donc si vous envisagez dans le futur d’ajouter des batteries solaires à votre installation, il est préférable d’opter pour un onduleur central. 

Cette vidéo faite par « Energie d’ici » en dit plus sur ce point évolutivité : 

- Environnement : en moyenne un onduleur central utilise 30 fois moins de composants électroniques que l’ensemble des micro-onduleurs nécessaires pour la même installation. C’est donc 30 fois moins de métaux rares, silicium, composés chimiques…. utilisés, et donc de ressources puisées puis à recycler en fin de vie.

- Risque de défaillance : Moins de composants signifie aussi moins de risques de défaillance de l’un de ces composants





B. Les onduleurs hybrides


Les onduleurs hybrides sont des onduleurs qui permettent de gérer, en plus des panneaux solaires photovoltaïques et du réseau, d’autres sources d’électricité comme des batteries de stockage, un groupe électrogène, ….

Ils disposent des mêmes fonctionnalités que les onduleurs centraux classiques mais ils renferment plus d’intelligence que ces derniers car ils doivent pouvoir arbitrer entre les différentes sources d’énergie.


En effet ils sont capables d’orienter le courant en prenant en considération :

- La puissance instantanée produite pour les panneaux photovoltaïques

- La consommation instantanée du logement

- L’état de charge et les caractéristiques de la batterie 


Néanmoins tous les onduleurs hybrides n’offrent pas les mêmes performances.


Voici les principaux critères différenciants à prendre en considération pour le choix d’un modèle d’onduleurs hybrides (en plus des capacités de tension, intensité et puissance, et du nombre de trackers MPPT) :


- Mode de raccordement au réseau : certains onduleurs hybrides se branchent en série du tableau principal, d’autres (plus perfectionnés) se branche en parallèle. Pour un branchement en série l’onduleur doit tenir compte de la puissance de l’installation domestique en plus de la puissance du champ de panneaux solaires (et des caractéristiques de la batterie) pour être correctement dimensionné. En effet tout le courant utilisé dans l’habitation transitant par l’onduleur, ce dernier doit être capable d’absorber les pointes de consommation de l’habitation.


- Injection sur le réseau : tous les onduleurs dits hybrides ne sont pas capables d’injecter le surplus sur le réseau car ils ne possèdent pas la norme VDE 126-1-1 exigée par l’exploitant du réseau d’électricité national (Enedis en France). Attention, cela a une autre conséquence à prendre en considération : si l’onduleur n’a pas la norme VDE 126-1-1, alors cela signifie qu’il ne sera pas capable de compléter avec le réseau le courant fournit par les panneaux solaires photovoltaïques car les 2 courants alternatifs ne seront pas phasés. Par conséquent ce sera soit tout est fourni par un mix panneaux/batterie, soit tout par le réseau.

Ces onduleurs qualifiés à tord d'hybrides sont en fait des combinés régulateurs de charge/convertisseurs/chargeurs. Ils ne sont connectés au réseau que pour prendre le relais des panneaux et des batteries lorsqu'ils ne sont pas capable de produire autant que la consommation appelée, ou pour charger la batterie solaire si l’énergie produite par les panneaux solaires n’est pas suffisante à un bon chargement. Pour éviter les confusions, nous les avons référencés sous la dénomination onduleurs hybride sans injection. Ils sont très utiles pour des sites isolés par exemple.

- Couplage AC ou DC :  Pour faciliter la compréhension de cet aspect, nous dirons que :

               Le couplage AC consiste à avoir des panneaux photovoltaïques branchés sur le réseau de courant alternatif (« Bus AC ») via l’onduleur pour pouvoir être utilisé par les appareils domestiques. La batterie sera chargée grâce à la partie onduleur/chargeur de l’onduleur solaire qui transformera le courant AC (provenant du réseau ou des panneaux photovoltaïques après conversion en AC) en courant DC. 

               Le couplage DC consiste à avoir les panneaux solaires photovoltaïques connectés sur le réseau des batteries DC (Bus DC) par l’intermédiaire d’un régulateur de charge. Ensuite, en cas de consommation de courant AC, le courant DC est transformé en courant AC par l’onduleur. Tout le courant transitant sur le Bus DC, la batterie est plus sollicitée.

Le choix du mode de couplage doit être fait en fonction de la part de la production qui sera consommée directement de sorte à minimiser les étages de conversion et ainsi les pertes. Si cette part est importante (plus de 50%) alors le couplage AC est préconisé.

- Mode de gestion de la batterie : Beaucoup d’onduleurs solaires hybrides se contentent d’utiliser la tension de la batterie pour en déduire son niveau de charge et gérer ainsi son chargement. Cela est tout à fait appropriée pour les batteries à base de plomb (AGM ou Gel par exemple) car la tension de la batterie augmente linéairement en fonction de son état de charge. Mais les batteries Lithium ont une courbe de tension vs état de charge particulière. Entre 20 et 80% de charge, la tension est stable. Par conséquent ces onduleurs ne peuvent gérer correctement l’état de charge des batteries Lithium. Et une batterie mal gérée s’use prématurément. 

Pour l’utilisation avec une batterie solaire Lithium, l’onduleur doit être capable de communiquer avec le BMS (Batterie Management System) de la batterie en utilisant un protocole CAN et gérer toutes les spécificités liées à la technologie lithium.

En savoir plus sur les différents types de batteries.




3. Comment choisir et dimensionner un onduleur ?


Le choix et le dimensionnement d’un onduleur conditionne le bon fonctionnement et les performances d’une installation solaire photovoltaïque. Nous évoquerons principalement les onduleurs centraux (hybrides ou non) mais le raisonnement est quasiment le même mais en plus simple pour les micro-onduleurs.


A. Onduleur hybride ou non ? (micro-onduleurs pas concernés)


Le choix est très simple : bénéficiez-vous, en plus des panneaux solaires et du réseau, d'une autre source d’énergie (batterie, groupe électrogène,...) ?

Si la réponse est oui, vous devez opter pour un onduleur hybride. Si non, alors vous pouvez choisir l’un ou l’autre selon que vous envisagiez de faire évoluer ultérieurement votre installation avec des batteries par exemple.

B. Quel nombre d’entrées MPPT pour mon onduleur ?


Si votre champ de panneaux solaires est divisé en sous-ensembles ayant performances différentes du fait de :

- Conditions d’ensoleillements différentes comme par exemple :

o Une différence d’orientation ; exemple : toiture 4 pans dont 2 sont concernés par la pose de panneaux

o Une différence d’inclinaison ; exemple : des panneaux posés en façade et des panneaux sur une toiture plate

o Un ombrage inévitable qui ne concernerait qu’une partie des panneaux

o 2 sous-ensembles avec des conditions d’ensoleillement différentes

- Caractéristiques de panneaux différentes comme par exemple : 

o un champ complété par de nouveaux panneaux solaires de même modèle mais neufs (les panneaux neufs auront des performances meilleures que les anciens), ou de panneaux ayant des caractéristiques différentes.

o un champ constitué de 2 sous-ensembles composés de panneaux différents

o un champ dont certains panneaux sont intégrés au bâti, et d’autres en surimposition (influence de la température sur le rendement)


Alors il est fortement recommandé d’opter pour un nombre d’entrées MPPT équivalent au nombre de sous-ensembles, car les tensions et intensités permettant de tirer le maximum de puissance ne sera pas les mêmes. Il faut donc des trackers dissociés (MPPT = Maximum Power Point Tracker)  


C. Les caractéristiques électriques à vérifier pour le choix de mon onduleur ?

a. La puissance 

La puissance électrique d'un onduleur doit être ajustée en fonction de la puissance de l’ensemble des panneaux solaires (Wc). Il s’agit de la puissance nominale de sortie AC en W ou en VA.


A Noter : au-delà de 6kVA de puissance de votre onduleurs, Enedis vous impose d’être en triphasé (Enedis-PRO-RAC_03E  point 8.1.2).


Il convient d’être néanmoins vigilant sur la puissance Max des panneaux solaires qui peut être supérieure à la puissance Wc préconisée par le fabricant de l'onduleur dans les cas suivants :

- Les températures auxquelles seront soumis les panneaux solaires seront très en dessous des 25°C (influence de la température sur le rendement des panneaux)

- Les panneaux sont des panneaux bi-faciaux : dans ce cas, la puissance en Wc annoncée par le fabricant ne tient pas compte de la puissance additionnelle qui peut être obtenue par la face « back » du panneau solaire. Certains fabricants annoncent jusque 30% de puissance supplémentaire. Il convient donc d’estimer l’apport supplémentaire selon les conditions.


Par ailleurs, les onduleurs solaires photovoltaïques ont une courbe de rendement dont le profil est celui-ci :

courbe de rendement d'un onduleur solaire photovoltaïque

Il est donc important de ne pas trop sur dimensionner un onduleur, au risque de perdre une partie de la puissance.

Néanmoins l'écart de rendement devient vraiment pénalisant en dessous de 30%. Par exemple pour un onduleur dont la puissance max. préconisée est de 4.5 kWc, la puissance minimale à respecter pour le champ de panneaux solaires est de 1 500 Wc.



b. Umax et Imax en entrée 


Pour chaque panneau solaire le fabricant indique les valeurs de Umax et Imax aussi appelés Uoc et Icc.

Les Imax et Umax résultants du branchement des panneaux photovoltaïques doivent être inférieurs aux tensions et intensités maximales admises en entrée de l’onduleur photovoltaïque, en tenant compte de l’influence de la température sur la tension en cas de température négatives (LIEN).

L’usage veut que, sauf conditions extrême sur le site d’installation, la tension soit prise à -10°C.


Attention : Ne pas confondre Impp avec Icc/Imax ou Umpp avec Uoc/Umax


Le plus souvent les panneaux sont branchés en série. Par conséquent il faut additionner les Umax (à-10°C) des panneaux pour obtenir le Umax (à-10°C) de l’ensemble.


Parfois il peut être utile de diviser le champ de panneaux solaires en 2 sous-ensembles (appelés « strings ») branchés en parallèles, chacun étant composé de panneaux branchés en série. Il convient alors de combiner convenablement les Imax et Umax.


A Noter : Les fabricant d'onduleurs indiquent les Imax et Umax par entrée MPPT


Exemple : 

20 panneaux de 325Wc avec Isc= 10,05 A et Voc (à -10°C) =41.11 V, disposés en 2 strings branchés en parallèle et composés chacun de 10 panneaux branchés en série.

- Pour 1 string, on obtient Isc = 10.05 A et Voc (à -10°C) = 10 x 41.11 V = 411.1 V

- Pour l’ensemble, on obtient Isc = 2 x 10.05 A = 20.1 A et Voc (à-10°C)= 411.1 V


c. Plage de tension MPP


Pour qu’un tracker mpp (MPPT) fonctionne efficacement, il y a une plage de tension à respecter.

Il faut donc s’assurer que la tension mpp min et max du champ de modules photovoltaïques sont bien compris dans cette plage.

Etant donné la forte influence de la température sur la tension mpp il est d’usage de vérifier que :

o Umpp à +70°C > Umpp min de l’onduleur

o Umpp à -10°C < Umpp max de l’onduleur


d. Compatibilité batteries (pour onduleurs hybrides)


Les onduleurs hybrides sont prévus pour pouvoir être connectés à une batterie, et ainsi gérer la charge de la batterie et sa décharge selon les besoins de consommation et la production des panneaux solaires.

Il est donc important de vérifier la compatibilité du dimensionnement de votre parc de batterie avec l’onduleur solaire.

Les données à vérifier sont :

  • Tension nominale DC 
  • Plage de tension DC
  • Courant maximal de décharge
  • Courant maximal de charge batterie 
  • Type de batteries acceptées

e. Récapitulatif pour le dimensionnement d’un onduleur solaire


En plus des fonctionnalités propres à chaque modèle/marque d’onduleurs solaires (supervision, facilités de branchement, prise en compte d’une source annexe d’électricité, …) voici un récapitulatif des critères techniques qui doivent être pris en compte pour le choix de l’onduleur :

  • Nb d’entrées MPPT compatible avec le nombre de sous-ensembles de panneaux solaires ayant des caractéristiques de performance différentes (lié aux panneaux ou à leur exposition)
  • P nominale AC onduleur (W ou VA) /  P modules DC (Wc) compris  entre 0,8 et 1   
  • Uoc panneaux à -10°C <  U  onduleur max
  • Umpp panneaux à + 70°C >  U onduleur MPPT mini
  • Umpp panneaux à - 10°C <  U onduleur MPPT maxi 
  • Somme des Icc de chaque string < I max onduleur solaire


Retour au menu : Tout comprendre sur le photovoltaïque