Les différentes architectures du solaire photovoltaïque

L'injection réseau

La production solaire est injectée dans le réseau public en revente ou dans le réseau local en autoconsommation.

shéma kit solaire injection avec revente

shéma kit solaire photovoltaique en autoconsommation directe

shéma solaire photovoltaique autoconsommation avec revente

shéma solaire autoconsommation avec batterie

Le site isolé

La production solaire est stockée dans des batteries pour une utilisation dans un site offgrid où il n’y a pas de réseau public.

shéma kit solaire site isolé

shéma installation solaire photovoltaqiue hybride

En secours au réseau

Pour les

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Le site isolé

La production solaire est stockée dans des batteries pour une utilisation dans un site offgrid où il n’y a pas de réseau public.

shéma kit solaire site isolé

shéma installation solaire photovoltaqiue hybride

L’énergie solaire photovoltaïque est toujours produite à partir de panneaux solaire, mais suivant l’utilisation que l’on veut en faire il existe plusieurs architectures matérielles qui sont au final très différentes les unes des autres. Voyons ici les différentes architectures et leur cas d’emploi.

Le solaire en injection réseau

La première série d’architectures concerne la famille de l’injection réseau. Toutes ces architectures ont pour commun la nécessité d’être raccordé à un réseau public fiable et permanent. On ne parle pas là d’autonomie, de sites isolés ou de backup. C’est ce type de famille qui est le plus répandus dans les pays développés comme la France. C’est par contre beaucoup plus rare, voir techniquement incompatible pour la plupart des pays d’Afrique.

Solaire photovoltaïque en injection réseau pour la revente d'électricité

Les panneaux solaire produisent une énergie qui est revendue au fournisseur d’électricité public. La production est comptabilisé séparément de la consommation au travers d’un compteur dédié. Le prix de rachat est fixa par contrat entre le producteur (le propriétaire) et le fournisseur d’énergie.

shéma kit solaire injection avec revente

Largement promu par les pouvoir publics des pays développés par le biais d’incitations fiscales et de tarifications de rachat très élevées dans les années 2000, c’est aujourd’hui moins intéressant.

Solaire photovoltaïque en autoconsommation directe

La baisse des prix des panneaux solaire photovoltaïques et la hausse continu du prix de l’électricité ouvre la voie à un nouveau mode d’utilisation. La production d’énergie en provenance des panneaux solaire n’est plus injectée dans le réseau public pour en tirer un revenu, mais est injectée dans le réseau de l’utilisateur pour diminuer sa consommation chez le fournisseur public.

shéma kit solaire photovoltaique en autoconsommation directe

L’énergie produite sera consommée par l’utilisateur, sous réserve qu’au moment de la production il y ai des consommateurs  connectés. Si à l’instant T les consommateur tirent une puissance supérieure à la production solaire, alors l’intégralité de la puissance solaire est consommée et le seul le complément provient du réseau public. Par contre si la puissance consommée par les consommateurs est inférieure à la puissance solaire, alors le surplus de production repartira vers le réseau public gratuitement.

Solaire photovoltaïque en autoconsommation avec revente du surplus

En autoconsommation directe tout la production solaire qui n’est pas consommé à l’instant T par l’utilisateur repart gratuitement vers le réseau public. Cet état de fait oblige à limiter le nombre de panneaux solaire pour éviter de produire en permanence pour pas grand chose et du coup seule une petite partie de la consommation globale de l’utilisateur peut être couverte par l’énergie solaire. Afin de remédier à çà, certains pays, dont la France en 2017, ont mis en place la possibilité à l’utilisateur de revendre à EDF le surplus de production solaire.

shéma solaire photovoltaique autoconsommation avec revente

Le tarif de rachat reste toutefois assez faible. Il est de 0,10€/kWh pour le particulier. C’est mieux que rien, mais les quelques dizaines d’euros annuels que çà génèrera ne suffiront pas à rembourser un système surdimensionné. La revente à EDF est assujettit à une pose faite par une société agréée et d’avoir mis en place le très controversé compteur Linky.

Solaire photovoltaïque en autoconsommation avec stockage du surplus

C’est une autre façon de limiter la réinjection gratuite du surplus dans le réseau. Cette fois la production solaire qui n’est pas consommée en directe sera stockée dans une batterie pour une utilisation en soirée.

shéma solaire autoconsommation avec batterie

L’architecture devient plus complexe, faisant intervenir des équipements additionnels pour la gestion et la conversion des énergies et des batteries pour le stockage. Les coûts d’investissements deviennent important d’une part et les frais d’entretien tout autant car les batteries de quelque type elles soient sont des consommables. Ce type d’architecture est très loin d’avoir un intérêt économique par rapport au prix de l’électricité public.

Le solaire en site isolé / offgrid

Cette série d’architecture concerne l’électrification autonome de sites isolés, non reliés au réseau public. La source d’énergie principale est le solaire qui peut être complétée par une source tierce. Dans tout les cas il y aura des batteries de stockage et des dispositifs de gestion et conversion de l’énergie.

Solaire photovoltaïque autonome en site isolé

C’est l’architecture de base pour l’électrification de tout site isolé. Les panneaux solaire produisent la journée une quantité suffisante d’énergie pour couvrir les besoins de la journée et de la nuit. L’énergie est stockée dans des batteries pour être restituée à tout moment. Le régulateur de charge gère la recharge des batteries et le convertisseur transforme le courant continu des batteries en courant alternatif 230V.

shéma kit solaire site isolé

Le dimensionnement des différents éléments doit être fait avec précision car il n’y a pas de filet, le solaire étant la seule source d’énergie. De multiples paramètres sont à prendre en compte pour faire ce dimensionnement, il est préférable de se faire accompagner par un technicien dont on aura au préalable vérifier qu’il a une réelle expérience en énergie autonome.

Solaire photovoltaïque hybride en site isolé

Pour les applications plus importantes, ou d’une manière générale lorsqu’il y a des saisons à faible ensoleillement, il est préférable de conserver un groupe électrogène en appui du solaire. On parle alors d’installation solaire hybride. Le concepteur dimensionnera de telle façon que la plupart du temps le groupe électrogène ne soit pas sollicité, mais s’appuiera sur celui-ci, une ou deux heures par jour au creux des mauvaises saisons (hiver en Europe, saison des pluies en zone tropicale, …). Ceci permet d’éviter de surdimensionner une installation pour quelques semaines difficiles. La présence d’un groupe électrogène permettra également d’alimenter certains consommateurs de forte puissance mais rarement utilisés sans avoir investir dans un convertisseur puissant.

shéma installation solaire photovoltaqiue hybride

La gestion du groupe électrogène peut être manuelle ou automatisée. Le système lancera alors le groupe électrogène lors ce sera nécessaire, par exemple lorsque le niveau de la batterie atteindra un seuil prédéfini.

Les kits backup ou secours pour les coupures de réseau

Dans certains pays le réseau public est très instable. Les coupures sont fréquente lié à l’insuffisance de capacité de production ou la vétusté du réseau de distribution. C’est vrai pour beaucoup de zones urbaines d’Afrique sub-saharienne. Ces coupures fréquentes sont problématiques pour les usagers tant professionnels qu’individuels. L’emploi de groupes électrogènes est une solution couteuse et inconfortable. Les kits solaire de badgrid sont une solution beaucoup plus confortable.

Lorsque les coupures du réseau public sont courtes, il n’est pas nécessaire de mettre des panneaux solaire. Un simple système sur batteries est suffisant. On utilise alors un convertisseur-chargeur qui gère de manière intelligente et réactive les différentes situations. Quand le réseau est présent, il connecte sa sortie sur le réseau et recharge les batteries. Une fois les batteries pleine il les maintien en charge. Dès l’apparition d’une coupure sur le réseau, il bascule automatiquement sur la batterie et continu d’alimenter la sortie. Les bons convertisseur-chargeur permutent suffisamment rapidement pour qu’aucun équipements ne se coupe.

Dans cette configuration c’est la taille de la batterie qui fait l’autonomie. En règle générale ce type de système convient pour des coupures fréquente ou occasionnel de quelques minutes à quelques heures. Si on doit faire face à des coupures réseau de 24h ou plus, il devient intéressant de rajouter des panneaux solaire pour 

shéma kit energy en backup

S’il y a parfois des coupures longues, s’il faut rester en autonomie plusieurs jours, la taille du parc batterie deviendrait trop important. Dans ce cas le rajout de panneaux solaire devient intéressant. La production d’énergie quotidienne ralentira la décharge des batteries et augmentera l’autonomie jusqu’au prochain retour du réseau public.
Il s’agit de fait d’un système solaire hybride, non pas couplé avec un groupe électrogène comme sur un site isolé, mais couplé avec le réseau public. Si le système doit couvrir des coupures très longues, de l’ordre d’une semaine et plus, on se retrouve dans une configuration similaire à un site isolé.

shéma kit solaire badgrid

Lorsque les coupures sont peu fréquentes, les batteries et les panneaux solaire sont peu sollicités. Il est alors intelligent d’utiliser l’énergie produites par les panneaux solaire pour sa propre consommation afin de faire quelques économie d’énergie. Certains convertisseurs-chargeurs savent gérer par programmation ce genre de situation selon des algorithmes qui sont propre à chaque marque. En règle général seule une petite partie de la capacité batterie est affectée aux cycles de charge/décharge pour l’autoconsommation ceci afin de toujours maintenir une capacité importante en cas de coupure. C’est également nécessaire pour éviter de vieillir prématurément les batteries.

Toutefois il ne faut pas se faire d’illusions, l’économie d’énergie qui pourra être faite ne permettra jamais de rentabiliser un kit backup solaire.  La fonction première d’un kit solaire badgrid est de suppléer le réseau en cas de coupure.