Conception d’une installation

Rentabilité

La rentabilité dépende de :

• prix de l’installation
• montant de la TVA
  • 6% si rénovation habitation de + 10 ans
  • sinon 21%
• redevance prosumer
• économie d’énergie engendrée par l’installation
• remplacement onduleur (10-15 ans généralement)
• présence ou non d’un système de stockage
• perte annuelle de production (+- 0,8%/an)
• indexation du tarif de l’électricité (production et distribution, – 0,4%/an)
• tarif d’injection (rachat de l’énergie)
• dépannage
• aides publiques
  • fédérale
  • régionale
  • communale
  • montant des CV / an
  • gain en électricité / an

Il existe des tableurs pour calculer la rentabilité.

Exemple de calcul de rentabilité

Si on part avec :

• une redevance annuelle de 69 €
• un coût du kwh à 0,38 €/kwh
• un prix de rachat de l’injection à 0,0171 €/kwh

Année	Production annuelle (kwh/an)	PAC (production auto-consommée)* – 0,38 €/kwh	PR (production réinjectée) – 0,0171 €/kwh	Gain	Investissement initial – Gain annuel
1
2
3

* beaucoup d’installateur se base sur la CWAPe donc 37,76%.

Paramètres influençant le rendement

La température a une grosse influence sur le rendement des panneaux. La température influence la tension.

L’irradiation a aussi une influence. Elle influence l’intensité.

On aura donc un maximum de puissance quand on aura une irradiation élevée et une température basse.

La puissance du panneau c’est le produit de l’intensité et de la tension. Donc si on additionne nos courbes.

Un des rôle de l’onduleur sera d’ajuster tension et intensité pour obtenir le maximum de puissance, le plus grand MPP possible (maximum de puissance que l’on peut atteindre).

Avec les différents paramètres on peut calculer le Fill-Factor ou facteur de forme. Le fill factor (facteur de forme) est le rapport entre la puissance maximale réelle d’une cellule solaire et le produit de sa tension et son courant maximaux théoriques (Voc × Isc).

Il mesure la qualité et l’efficacité de la cellule : plus il est proche de 1 (typiquement 0,75–0,85), meilleure est la cellule, car cela signifie que les pertes internes (résistances, recombinaisons) sont faibles. Un bon panneau aura 80%.

Exercice 33.

Exercice 34.

Tensions et Températures

U_t° = U₂₅ + (coefficient temp U_OC x diff t°)

• U_t° = tension à la température finale en V
• U₂₅ = tension à la température du test STC en V (données dans les fiches techniques)

Le coefficient de température est négatif et s’exprime généralement en V/K, mV/K ou % de U_OC.

Rendement global

Pour calculer le rendement global il faut rendre en compte :

• Modules
• Onduleur
• Compteur d’énergie verte (consommation propre)
• Câble côté DC (pertes en ligne)
• Câble côté AC (pertes en ligne)
• Connecteurs (pertes en ligne)
• Pertes dans les auxiliaires (compteurs énergie verte, disjoncteur,…)

Calcul des pertes

Règles pour être bon dans les pertes :

• Pertes totales (AC + DC) < ou égale à 2% de la puissance crête installée

• Chute de tension totale > ou égale à 1% de la tension nominale réseau

–> Pertes côté DC :

La R_L résistance linéique en Ω (Ohm) du câble peut être donnée directement par le fabricant en Ω/km

R_DC = (L x R_Ω/km) / 100

P_DC = R_DC x I_MPP²

• R_Ω/km : résistance linéique du câble (donnée fabricant, en Ω/km)
• L : longueur totale aller-retour du circuit (m)
• I_MPP : courant du champ PV (A)
• P_DC = Puissance dissipée dans le câble par le passage du courant
• R_DC = Résistance du câble côté DC

• Les câbles fixes intégrés aux panneaux, généralement en 4 mm² (1,0 à 1,2 m par panneau, soit 2 à 2,4m aller-retour).
• Les câbles ajoutés entre les strings et l’onduleur en 4 ou 6 mm²

Formule de calcul combiné :

R_DCtotal = (L_4 mm² x R_4mm² Ω/km + L_6mm2 x R_6mm² Ω/km) / 1000

P_DC = R_DCtotal x I_MPP²

–> Pertes côté AC

Pertes AC :

P_AC_adm = (0,02 x P_crête) – P_DC (>= 0)

Résistance AC max :

R_AC_adm = P_AC_adm / I_AC²

• I_AC : tension de l’onduleur

Section min :

S_min = ($\rho$ x (k x L)) / R_AC_adm

Section choisie :

R_AC = ($\rho$ x (k x L)) / S_choisie

P_AC = R_AC x I_AC² –> vérifier P_AC =< P_AC_adm

Paramètres :

• $\rho$ = 0,0169 Ω.mm²/m
• L = longueur aller simple (m)
• k = facteur selon le réseau (mono ou triphasé, voir suivant)
• I_AC = courant de sortie de l’onduleur (A)

Monophasé : facteur de longueur k = 2 (aller + retour)

S_min = ($\rho$ x (2 x L)) / R_AC_adm

R_AC = ($\rho$ x (2xL)) / S_choisie

P_AC = R_AC x I_AC²

Triphasé (3×230 / 3×400+N) : facteur de longueur k = 3 (3 conducteurs actifs)

S_min = ($\rho$ x (3 x L)) / R_AC_adm

R_AC = ($\rho$ x (3xL)) / S_choisie

P_AC = R_AC x I_AC²

Exercice 36.

–> Chute de tension côté AC

La chute de tension totale (DC + AC) doit reste =< 1% de la tension nominale du réseau

• En 230V (mono ou 3×230 V) : % = 2,3 V
• En 3 x 400 V + N : 1% = 4V

Cette valeur correspond à la chute maximale autorisée entre l’onduleur et le compteur GRD.

Monophasé :

u = R x I

R = $\rho$ x (2 x L) / S

avec :

• $\rho$ = 0,0169 Ω.mm²/m
• L = longueur aller simple (m)
• S = section du câble (mm²)
• I = courant de sortie de l’onduleur (A)
• Critère : u =< 2,3 V (soit 1% de 230 V)

Triphasé :

u = R x I

R = $\rho$ x (3 x L) / S

avec :

• $\rho$ = 0,0169 Ω.mm²/m
• L = longueur aller simple (m)
• S = section du câble (mm²)
• I = courant de sortie de l’onduleur (A)
• Critère :
  • u =< 2,3 V pour réseau 3×230 V
  • u =< 4V pour réseau 3×400 V + N

Rendement global

• rendement module cristallin : 21%
• rendement onduleur : 97%
• Pertes dans les câbles et connecteurs : environ 2% -> 98%
• Auxiliaires (compteurs Energie verte, disjoncteur,…) soit 98%
• rendement global = 0,21 x 0,97 x 0,98 x 0,98 = 0,195 soit 19,5%

Normes et réglementation

Il faut suivre :

• règlement général des installations électriques : imposé pour toutes installations ou extensions d’installations électriques
• Synergrid C10/11 : imposé par le Gestionnaire de Réseau de Distribution pour toute réinjertion sur le réseau
  • raccordement monophasé pour P_AC max onduleur =< 5 kVA
  • raccordement multiphases
    • P_ac Mac onduleur =< 10 kVA
    • max 5 kVA / phase
    • recommandation : répartir la puissance de production de manière uniforme par phase
    • limite de tension : 80% =< U_{ac (230V)} =< 110%
    • limite de fréquences : 47,5 =< f_{(50 Hz)} =< 50,2
    • dispositif de sectionnement automatique

Calcul du nombre de modules

Règles :

• pas de panneaux dans les 30cm du bas et 10cm du haut (pour des questions de prises au vent)
• pour la longueur il faut laisser 10cm de chaque côté

Ici

• nombre max de colonnes : 5,50 / 1,7 =3,235 3,24 soit 3
• nombre max de rangées : 3,10 / 1,01 =3,0693 soit 3
• Donc 9 modules

Evaluation du coût

Pour évaluer le coût il faut prendre en compte :

• Technologie (rendement des modules)
• Raccordement mono ou triphasé
• Choix de l’installation (fixe superposé, intégré ou suiveur)
• Couverture (tuiles, ardoises ou plate,…)
• Choix de la conversion DC/AC
• Main d’oeuvre pour la pose
• Main d’oeuvre pour la partie électrique
• Sous-traitance
• Réception
• Mise en conformité de l’installation existante
• Options (rails de couleurs,…)

Rédaction d’un devis

Le devis doit comprendre :

• Prix
• Conditions générales de vente et garantie
• Le cas échéant, se référer au contrat type éditer par le SPW

Garantie

En général :

• 10 ans sur les travaux de toiture
• 5 à 20 ans sur les modules
• 5 à 10 ans sur l’onduleur(s)
• Eventuellement sur la production en comparaison avec les relevés de l’IRM et des statistiques régionales

Impact environnemental

On estime à 3,2 ans le temps de retour CO₂ (modules placés au sud avec une pente de 35°).

Soit 1kWc –> 1000 kWh/an –> 456 kg CO₂/an (TGV)

Soit 3,2 x 456 =1 459,2 kg/kWc de CO₂ équivalent TGV

Etude du bâtiment

Avant d’installer des panneaux il faut regarder :

• l’état de la toiture
• l’orientation de la toiture (Azimuth par rapport au sud)
• l’inclinaison de la toiture
• l’ombrage (cheminée, lucarne, poteaux, végétation,…). On peut mesurer ça via des logiciels en ligne ou avec un ombroscope
• la place disponible (on peut utiliser des logiciels de dimensionnement : PV Sol de chez Valentin, PV syst, PV gis,…)
  • dimension (Lxl)
  • cheminée
  • fenêtre de toit

Localisation des constituants

Les modules :

• surimposition
• Intégration
• Toiture plate
• Suiveur solaire
• Lestage (+/- 100kg/m²)
• Raccordement :
  • éviter les surtensions induites dans les câbles DC

L’onduleur :

• intérieur (local technique, t°, visibilité,…)
• extérieur (à l’ombre, agressions atmosphériques,…)

Exercice 37.