Conception de systèmes solaires raccordés au réseau : Un guide complet pour un public mondial

Les systèmes solaires raccordés au réseau, également connus sous le nom de systèmes sur réseau ou interactifs avec le réseau public, sont des systèmes photovoltaïques (PV) directement connectés au réseau électrique public. Ils constituent un choix populaire pour les propriétaires, les entreprises et les collectivités qui cherchent à produire leur propre énergie propre et à réduire leur dépendance aux combustibles fossiles. Ce guide complet offre un aperçu détaillé des considérations de conception des systèmes solaires raccordés au réseau pour un public mondial, en tenant compte des diverses normes internationales et des meilleures pratiques.

Comprendre les systèmes solaires raccordés au réseau

Avant de plonger dans le processus de conception, il est crucial de comprendre les composants fondamentaux et le fonctionnement d'un système solaire raccordé au réseau :

• Panneaux solaires (modules PV) : Convertissent la lumière du soleil en électricité à courant continu (CC).
• Onduleur solaire : Convertit l'électricité CC des panneaux solaires en électricité à courant alternatif (CA), compatible avec le réseau.
• Système de montage : Fixe les panneaux solaires au toit ou au sol.
• Câblage et câbles : Connectent les différents composants du système.
• Sectionneurs : Fournissent un moyen sûr d'isoler le système pour la maintenance ou en cas d'urgence.
• Comptage : Mesure la quantité d'électricité produite par le système solaire et la quantité consommée depuis le réseau.

Fonctionnement d'un système raccordé au réseau : Les panneaux solaires génèrent de l'électricité CC, qui est ensuite convertie en électricité CA par l'onduleur. Cette électricité CA est utilisée pour alimenter les charges électriques du bâtiment. Si le système solaire produit plus d'électricité que le bâtiment n'en consomme, l'excédent d'électricité est réinjecté dans le réseau. Dans de nombreuses régions, les propriétaires et les entreprises reçoivent un crédit pour cet excédent d'électricité grâce à un processus appelé facturation nette (net metering) ou à un tarif de rachat (feed-in tariff).

Principales considérations de conception

La conception d'un système solaire raccordé au réseau implique une prise en compte attentive de plusieurs facteurs pour garantir des performances optimales, la sécurité et la conformité avec les réglementations locales.

1. Évaluation du site

Une évaluation approfondie du site est la première étape du processus de conception. Cela implique d'évaluer les facteurs suivants :

• Irradiation solaire : La quantité de lumière solaire disponible sur le site. Cela varie en fonction de l'emplacement, de la période de l'année et des conditions météorologiques. Des ressources comme le Global Solar Atlas (globalsolaratlas.info) fournissent des données d'irradiation solaire pour des emplacements dans le monde entier.
• Orientation et inclinaison du toit : La direction vers laquelle le toit est orienté (azimut) et l'angle du toit (inclinaison) affectent la quantité de lumière solaire que les panneaux reçoivent. Un toit orienté au sud (dans l'hémisphère nord) avec un angle d'inclinaison égal à la latitude est généralement optimal. Des outils logiciels comme PVsyst peuvent simuler la production d'énergie solaire en fonction de ces paramètres.
• Ombrage : Les obstacles tels que les arbres, les bâtiments et les lignes électriques peuvent projeter des ombres sur les panneaux solaires, réduisant leur production. Une analyse de l'ombrage doit être effectuée pour identifier les problèmes potentiels et déterminer leur impact sur les performances du système.
• État et structure du toit : Le toit doit être capable de supporter le poids des panneaux solaires et du système de montage. Un ingénieur en structure pourrait avoir besoin d'évaluer l'intégrité du toit.
• Panneau de service électrique : Le panneau de service électrique doit avoir une capacité suffisante pour accueillir la production du système solaire.
• Réglementations locales et permis : La conformité avec les codes du bâtiment locaux, les codes de l'électricité et les règlements de zonage est essentielle.

2. Dimensionnement du système

Le dimensionnement du système consiste à déterminer la taille appropriée du champ solaire pour répondre aux besoins énergétiques du client et maximiser son retour sur investissement. Ce processus comprend généralement les étapes suivantes :

• Déterminer la consommation d'énergie : Analysez les factures d'énergie historiques du client pour déterminer sa consommation d'énergie moyenne quotidienne ou mensuelle.
• Définir l'objectif de compensation énergétique : Déterminez le pourcentage de la consommation d'énergie que le client souhaite compenser avec l'énergie solaire. Une compensation de 100 % signifie que le système solaire générera suffisamment d'électricité pour répondre à tous les besoins énergétiques du client.
• Calculer la taille du système : Utilisez un logiciel de conception solaire ou un calcul manuel pour déterminer la taille du champ solaire nécessaire pour atteindre l'objectif de compensation énergétique souhaité. Ce calcul doit tenir compte de l'irradiation solaire, des pertes du système et de l'efficacité de l'onduleur.

Exemple : Un propriétaire à Madrid, en Espagne, consomme 500 kWh d'électricité par mois. Il souhaite compenser 80 % de sa consommation d'énergie avec l'énergie solaire. En utilisant les données d'irradiation solaire pour Madrid et en tenant compte des pertes du système, un logiciel de conception solaire détermine qu'un système solaire de 5 kW est nécessaire pour atteindre cet objectif.

3. Sélection des composants

Le choix des bons composants est essentiel pour la performance et la fiabilité du système solaire.

• Panneaux solaires : Sélectionnez les panneaux solaires en fonction de leur efficacité, de leur puissance de sortie, de leur tension, de leur courant et de leur garantie. Tenez compte de facteurs tels que le type de panneau (monocristallin, polycristallin, à couches minces), le coefficient de température et les dimensions physiques. Les fabricants réputés offrent des garanties de performance assurant un certain pourcentage de puissance de sortie après une période spécifique (par exemple, 80 % après 25 ans).
• Onduleur solaire : Sélectionnez un onduleur compatible avec les panneaux solaires et le réseau. Tenez compte de facteurs tels que le type d'onduleur (onduleur de chaîne, micro-onduleur, optimiseur de puissance), l'efficacité, la plage de tension et les fonctions de protection. Les onduleurs de chaîne sont généralement plus rentables pour les systèmes résidentiels, tandis que les micro-onduleurs et les optimiseurs de puissance offrent de meilleures performances dans des conditions d'ombrage et un suivi au niveau du module.
• Système de montage : Choisissez un système de montage adapté au type de toit et aux charges de vent et de neige de la région. Assurez-vous que le système de montage est résistant à la corrosion et conçu pour résister à des conditions météorologiques extrêmes.
• Câblage et câbles : Utilisez des câbles de section appropriée, conçus pour une utilisation extérieure et résistants aux UV. Assurez-vous que toutes les connexions de câblage sont correctement réalisées et protégées.

4. Conception électrique

La conception électrique d'un système solaire raccordé au réseau consiste à déterminer la configuration de câblage appropriée, la protection contre les surintensités et la mise à la terre.

• Dimensionnement des chaînes (strings) : Déterminez le nombre de panneaux solaires pouvant être connectés en série (une chaîne) en fonction de la plage de tension de l'onduleur. La tension de la chaîne doit se situer dans la plage de fonctionnement de l'onduleur pour garantir des performances optimales.
• Protection contre les surintensités : Installez des fusibles ou des disjoncteurs pour protéger le système contre les surintensités. Le calibre des dispositifs de protection contre les surintensités doit être basé sur le courant maximal des panneaux solaires et du câblage.
• Mise à la terre : Mettez à la terre les panneaux solaires, l'onduleur et le système de montage pour protéger contre les chocs électriques. Suivez les codes électriques locaux pour les exigences de mise à la terre.
• Sectionneurs : Installez des sectionneurs pour isoler le système solaire du réseau pour la maintenance ou en cas d'urgence. Ces interrupteurs doivent être facilement accessibles et clairement étiquetés.

5. Raccordement au réseau

Le raccordement du système solaire au réseau nécessite une coordination avec la compagnie d'électricité locale.

• Contrat de facturation nette : Concluez un contrat de facturation nette avec la compagnie d'électricité. Cet accord spécifie les termes et conditions pour réinjecter l'électricité excédentaire dans le réseau et recevoir un crédit en retour.
• Demande de raccordement : Soumettez une demande de raccordement à la compagnie d'électricité. Cette demande fournit des informations sur le système solaire et son impact sur le réseau.
• Inspection et approbation : La compagnie d'électricité inspectera le système solaire pour s'assurer qu'il répond à ses exigences techniques et de sécurité. Une fois approuvé, le système peut être raccordé au réseau.

Normes et réglementations internationales

La conception des systèmes solaires raccordés au réseau doit être conforme aux normes internationales pertinentes et aux réglementations locales. Parmi les principales normes internationales, on trouve :

• IEC 61215 : Modules photovoltaïques (PV) pour applications terrestres – Qualification de la conception et homologation. Cette norme spécifie les exigences pour la qualification de la conception et l'homologation des modules PV terrestres adaptés à un fonctionnement à long terme dans des conditions climatiques générales en plein air.
• IEC 61730 : Qualification pour la sécurité des modules photovoltaïques (PV). Cette norme définit les exigences de sécurité pour les modules PV afin de garantir un fonctionnement sûr pendant leur durée de vie.
• IEC 62109 : Sécurité des convertisseurs de puissance pour systèmes photovoltaïques. Cette norme spécifie les exigences de sécurité pour les convertisseurs de puissance utilisés dans les systèmes PV, y compris les onduleurs et les contrôleurs de charge.
• IEEE 1547 : Norme pour l'interconnexion et l'interopérabilité des ressources énergétiques distribuées avec les interfaces des systèmes d'alimentation électrique associés. Cette norme fournit des exigences pour l'interconnexion des ressources énergétiques distribuées (DER), y compris les systèmes solaires, avec le réseau électrique.

En plus des normes internationales, les réglementations locales et les codes du bâtiment varient considérablement. Par exemple :

• Amérique du Nord : Le National Electrical Code (NEC) aux États-Unis et le Code canadien de l'électricité (CCE) fournissent des exigences complètes pour l'installation et la sécurité des systèmes électriques, y compris les systèmes solaires.
• Europe : Les pays européens suivent souvent les normes IEC mais ont également leurs propres réglementations nationales concernant le raccordement au réseau, la sécurité et les permis.
• Australie : L'Australie a des normes spécifiques pour l'installation des systèmes solaires et le raccordement au réseau, administrées par des organisations comme le Clean Energy Council (CEC).
• Asie : Des pays comme la Chine, l'Inde et le Japon ont leurs propres normes et réglementations en constante évolution pour le développement de l'énergie solaire.

Il est essentiel de consulter les autorités locales et des professionnels qualifiés pour garantir la conformité avec toutes les réglementations applicables.

Meilleures pratiques pour la conception de systèmes raccordés au réseau

Pour garantir une installation réussie d'un système solaire raccordé au réseau, tenez compte des meilleures pratiques suivantes :

• Utiliser des composants de haute qualité : Choisissez des panneaux solaires, des onduleurs et d'autres composants de fabricants réputés ayant fait leurs preuves.
• Optimiser les performances du système : Maximisez la production d'énergie solaire en optimisant l'orientation et l'inclinaison du toit, en minimisant l'ombrage et en sélectionnant des composants efficaces.
• Garantir la sécurité du système : Suivez tous les codes électriques et normes de sécurité applicables pour vous protéger contre les chocs électriques et les risques d'incendie.
• Surveiller les performances du système : Installez un système de surveillance pour suivre la production d'énergie du système solaire et identifier tout problème potentiel.
• Fournir un support client : Offrez un support client continu pour répondre à toutes les questions ou préoccupations qui pourraient survenir.
• Documenter tout : Conservez des registres détaillés de la conception, de l'installation et de la maintenance du système. Cette documentation peut être utile pour le dépannage et les réclamations de garantie.

Outils logiciels pour la conception solaire

Plusieurs outils logiciels sont disponibles pour aider à la conception de systèmes solaires raccordés au réseau. Ces outils peuvent aider à l'évaluation du site, au dimensionnement du système, à la sélection des composants et à la simulation des performances.

• PVsyst : Un progiciel complet pour simuler les performances des systèmes PV.
• Aurora Solar : Une plateforme logicielle basée sur le cloud pour la conception et la vente de systèmes solaires.
• HelioScope : Un outil web pour la conception et l'analyse de systèmes solaires.
• SolarEdge Designer : Un outil en ligne gratuit pour la conception de systèmes solaires avec les onduleurs et optimiseurs de puissance SolarEdge.
• SMA Sunny Design : Un outil en ligne gratuit pour la conception de systèmes solaires avec les onduleurs SMA.

Considérations économiques

La viabilité économique d'un système solaire raccordé au réseau dépend de plusieurs facteurs, notamment le coût du système, le prix de l'électricité et la disponibilité d'incitations telles que la facturation nette et les tarifs de rachat.

• Coût du système : Le coût d'un système solaire varie en fonction de sa taille, du type de composants utilisés et des coûts d'installation.
• Prix de l'électricité : Plus le prix de l'électricité est élevé, plus l'énergie solaire devient attractive.
• Facturation nette : La facturation nette permet aux propriétaires et aux entreprises de recevoir un crédit pour l'électricité excédentaire qu'ils renvoient au réseau. Ce crédit peut compenser leurs factures d'électricité et réduire leurs coûts énergétiques globaux.
• Tarifs de rachat : Certains pays offrent des tarifs de rachat (feed-in tariffs), qui sont des paiements versés aux propriétaires de systèmes solaires pour l'électricité qu'ils produisent. Les tarifs de rachat peuvent fournir une source de revenus significative et améliorer la viabilité économique de l'énergie solaire.
• Crédits d'impôt et subventions : De nombreux gouvernements offrent des crédits d'impôt et des subventions pour encourager l'adoption de l'énergie solaire. Ces incitations peuvent réduire considérablement le coût initial d'un système solaire.

Exemple : En Allemagne, un propriétaire installe un système solaire de 5 kW pour un coût de 10 000 €. Le prix de l'électricité est de 0,30 € par kWh. Avec la facturation nette, le propriétaire reçoit un crédit pour l'électricité excédentaire qu'il renvoie au réseau. Sur la durée de vie du système, le propriétaire économise 15 000 € sur ses factures d'électricité et reçoit 5 000 € en paiements de tarif de rachat. Cela fait du système solaire un investissement financièrement attractif.

Conclusion

La conception d'un système solaire raccordé au réseau nécessite une prise en compte attentive de plusieurs facteurs, notamment l'évaluation du site, le dimensionnement du système, la sélection des composants, la conception électrique et le raccordement au réseau. En suivant les meilleures pratiques et en respectant les normes internationales pertinentes et les réglementations locales, vous pouvez concevoir un système solaire sûr, fiable et rentable qui fournira de l'énergie propre pour les années à venir. Alors que la technologie solaire continue de progresser et de devenir plus abordable, les systèmes solaires raccordés au réseau joueront un rôle de plus en plus important pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux.

N'oubliez pas de toujours consulter des professionnels qualifiés du solaire pour vous assurer que le système est conçu et installé correctement. Avec une planification et une exécution appropriées, un système solaire raccordé au réseau peut être un investissement précieux pour votre maison ou votre entreprise, contribuant à un avenir plus propre et plus durable.