Les onduleurs pour panneaux solaires photovoltaïques

L’onduleur est la pièce maîtresse d’une installation photovoltaïque raccordée au réseau. Il transforme le courant continu issu des panneaux solaires (12 ou 48 V) en courant alternatif utilisable par le réseau (220 V). Il optimise également la puissance des modules, assure l’interface avec l’utilisateur et gère un éventuel parc de batteries. Conseils Thermiques vous explique en détails le rôle de l’onduleur, ses limites et les différentes technologies existantes.

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• Onduleur et lien avec le réseau
• Onduleur et recherche de performances
• Onduleur string ou micro-onduleur ?
• Onduleur et suivi de production
• Onduleur et batteries
• Critères d’achat
• Prix d’un onduleur photovoltaïque

L’onduleur, le lien avec le réseau

La première fonction de l’onduleur est d'établir la connexion entre le réseau électrique et l’installation photovoltaïque en toute sécurité. Avant d’établir la connexion, l’onduleur s’assure que les 2 réseaux fonctionnent correctement. Il transforme ensuite le courant continu issu des panneaux solaires photovoltaïques en courant alternatif, directement utilisable par les appareils domestiques :

Cette première fonction peut sembler anodine mais permet en fait de répondre à des questions très concrètes :

Où va ma production d’électricité ? Dans le cas où la production est supérieure à la consommation, deux cas de figure peuvent se produire. Soit l’onduleur injecte le surplus sur le réseau qui ira directement chez vos voisins. Soit l’onduleur bride la production de façon à ce qu’il n’y ait pas de surplus. Cela requiert un dispositif supplémentaire dit « zéro injection ».

Puis-je produire mon électricité s’il y a une panne sur le réseau ? Non ! En effet, l’onduleur ne se connecte au réseau que si celui-ci est en mesure de recevoir la production électrique. Si l’installation ne possède pas de batteries ni de fonction « secours » comme c’est quasiment toujours le cas, il n’y aura aucune production. C'est en fait une mesure de sécurité. Si le réseau est défaillant, l'onduleur coupe la production pour ne pas blesser un technicien qui interviendrait sur la ligne. De même, si les panneaux sont défaillants, la production est stoppée pour protéger l'utilisateur.

Mes panneaux produisent-ils la nuit ? Les panneaux solaires peuvent capter la lumière du soleil réfléchie par la lune mais comme la production est trop faible, l’onduleur ne se couple pas avec le réseau. Une installation photovoltaïque est donc déconnectée du réseau le soir, jusqu’au lever du soleil.

L’onduleur, à la recherche de la performance

La seconde fonction de l’onduleur est d’exploiter la puissance maximale de l’installation photovoltaïque. En effet, la production des panneaux solaires varie en permanence en fonction des aléas climatiques : éclairement et températures des cellules. L’onduleur calcule donc toujours ce que l’on appelle le « MPP » ou « Maximum Power Point ». Il s’agit simplement de trouver le meilleur couple « tension/intensité » pour délivrer la plus forte puissance :

L’onduleur à la recherche de la meilleure performance (Image : Dekloo)

De ce fait, un onduleur est souvent sous-dimensionné par rapport à la puissance crête des panneaux. Par exemple, une installation de 3 000 Wc sera souvent pilotée par un onduleur de 2 500 W. Cela s’explique car les panneaux solaires ne produisent que très rarement à leur puissance maximale. Il vaut donc mieux optimiser l’onduleur pour qu’il soit le plus performant possible pour la plage de puissance réelle des panneaux (fenêtre de calculs du MPP limitée).

Si jamais la production dépasse la capacité de l’onduleur, celle-ci est bridée, on dit que l’onduleur « écrête ». Mais cela ne se produit que très ponctuellement dans l’année. Un jour où il fait très beau et très froid par exemple. L'onduleur pourra toujours exploiter la plupart de la production car seul le surplus est bridé.

Cela trouve aussi une justification économique car un onduleur moins puissant est aussi moins cher. Cela n’est pas négligeable puisqu'avec l’effondrement du coût des panneaux photovoltaïques, l’onduleur occupe une place importante dans le budget d’une installation. Aussi, la puissance maximale de l’installation tend à diminuer au fil des ans (autour de 0.5% par an), cela va aussi dans le sens d’un dimensionnement au plus juste de l’onduleur.

Onduleur central ou micro-onduleur ?

On distingue principalement 3 types d’onduleurs :

Les onduleurs de chaîne ou « string » : Comme leur nom l’indique, ils pilotent une « corde » ou une série de panneaux solaires. Ce type d’onduleur est bien adapté pour un champ de panneaux présentant les mêmes contraintes (même inclinaison, même orientation). Ainsi, chaque élément de la série a une production comparable. A noter que l'on trouve aussi des onduleurs de chaîne dotés de deux MPPT. Ils sont alors adaptés pour deux champs photovoltaïques avec des orientations différentes : est/ouest par exemple.

Un onduleur de chaine est facilement accessible pour la maintenance. Réalisation : NR électricité (16)

L’onduleur central doit être installé dans un local ventilé et à proximité des panneaux pour limiter les pertes de charge. L’inconvénient vient du fait que si un panneau de la série est défectueux, toute la production s’arrête. On peut citer les marques SMA ou Fronius par exemple.

Les micro-onduleurs : Ces « petits » onduleurs se fixent derrière chaque panneau. Il peut y en avoir 1 par module ou 1 pour deux panneaux. L’intérêt est de brancher les panneaux en parallèle et de pouvoir s’adapter à des contraintes différentes : 1 micro-onduleur pour 2 panneaux à l’est puis 1 autre pour 2 modules au sud par exemple. La pose est souvent plus facile pour les petites installations en autoconsommation mais cela présente un léger surcoût de l'ordre de 20%. La maintenance est plus délicate car il faut se rendre au niveau des panneaux, et donc potentiellement sur le toit, à la différence d’un onduleur string. On peut citer les marques Enphase ou AP systems par exemple.

Les onduleurs mixtes : On trouve également des « onduleurs avec optimiseurs » qui sont à mi-chemin entre un onduleur central et un micro-onduleur.

Il s’agit en fait d’un onduleur central avec un calculateur de puissance spécifique à chaque panneau (surcoût d’environ 10%). Cela permet un suivi sur-mesure de chaque panneau. Retenons par exemple la marque Solaredge.

L’onduleur au rapport !

L’onduleur assure aussi une fonction de monitoring, c’est-à-dire de contrôle de la production photovoltaïque en temps réel. Pour les onduleurs de chaîne, cette fonction est la plupart du temps proposée de série et incluse dans le prix de l’onduleur. Le fabricant propose souvent gratuitement un espace de stockage sur son serveur qui enregistre les performances des panneaux solaires sur 20 ans. Pour les micro-onduleurs, il faut ajouter une passerelle de communication (entre 70 et 300€). En pratique, une belle parabole traduit un temps ensoleillé tandis qu’une courbe en « dents de scie » témoigne d’une couverture nuageuse. Exemple avec une installation de 3 kWc installée plein sud en décembre puis en mars :

Un suivi régulier permet donc d’évaluer sa production mais surtout de détecter d’éventuels dysfonctionnements pour cibler une maintenance éventuelle : panneau défectueux ou sale, masque solaire à certaines heures, onduleur en fin de vie.

A noter que dans certains cas, l'onduleur est aussi capable de piloter la production en dirigeant le surplus vers un chauffe-eau électrique par exemple. Cela en fait un outil très efficace pour améliorer significativement le taux d'autoconsommation.

Onduleur et parc de batteries

L'onduleur a enfin un rôle dans la gestion d'un parc de batteries. Ces installations ne sont pas forcément rentables pour le moment mais l'offre se développe rapidement et on peut supposer qu'à termes, elles deviennent un standard pour l'autoconsommation. Aussi, vous trouverez peut-être les appellations « onduleur hybride » ou « onduleur intelligent » lors de vos recherches. Ces onduleurs photovoltaïques fonctionnent avec un parc de batteries. Ils ont pour but de synchroniser la production solaire (plutôt en journée) avec la consommation d'électricité (qui survient plutôt le soir et le matin). Par exemple, si l'installation produit de l'électricité et qu'il y a des consommations, l'onduleur va en priorité alimenter les appareils consommateurs plutôt que de charger les batteries afin d'éviter des pertes de rendement. A l'inverse, s'il y a du surplus, il servira à recharger les batteries plutôt que d'être envoyé sur le réseau public.

Attention cependant, une installation « avec stockage » n'est pas obligatoirement une installation « indépendante du réseau ». Si vous souhaitez que vos panneaux continuent de produire alors qu'il y a une défaillance sur le réseau électrique, il faut opter pour un onduleur avec une fonction « alimentation de secours » ou « back-up ». Elle permet de conserver un secours sur des usages préalablement sélectionnés. On peut penser à des fonctions pratiques comme l'éclairage, les volets roulants ou le réfrigérateur.

Critères d’achat d’un onduleur pour panneaux solaires

Outre la technologie, voici les critères à prendre en compte dans le choix de votre onduleur.

Durée de vie et garantie : La durée de vie statistique d’un onduleur est donnée pour 10 ans. La garantie des produits varie de 5 ans pour un onduleur string à 20 ans pour un micro-onduleur, à condition toutefois d'investir dans la supervision du fabricant. Dans le premier cas, une extension de garantie est possible moyennant finance. Pour un petit onduleur résidentiel (2500 W), on se situe autour de 200€ (10 ans), 350€ (15 ans) et 500€ (20 ans). Cela signifie concrètement que l’on vous change votre onduleur s’il tombe en panne avant ce délai. Dans tous les cas, cette extension fait l’objet d’un contrat avec le fabricant et ne peut se résumer à une ligne sur le devis.

Rendement : Il faut se fier au rendement « européen » qui prend en compte le fonctionnement réel de l’onduleur et pas uniquement au rendement « maximal ». Les rendements atteignent aujourd’hui autour de 96-98%.

Dimensionnement : Il appartient à votre installateur de choisir et de dimensionner l’onduleur. Il pourra vous expliciter son choix à travers les caractéristiques suivantes :

Prix d’un onduleur pour panneaux solaires photovoltaïques

Le prix d’un onduleur string se situe autour de 0,4€ par Wc. Un onduleur de 2 500 W coûtera donc autour de 1 000€. Pour un micro-onduleur, on peut tabler sur 130€ par panneau.

Pour une installation entière par un professionnel, il faut compter entre 2 et 3€ du Wc soit entre 6 000 et 9 000€ pour une installation de 3 kWc. Pour obtenir le meilleur prix, il convient de mettre en concurrence différents installateurs et d’étudier plusieurs solutions techniques.

En réalisant soi-même l’installation, on se situe plus entre 0.8 et 1.5€ du Wc :

Kit à brancher
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Conclusion : A quoi sert un onduleur pour panneaux photovoltaïques ?

L’onduleur est donc la pièce maîtresse d’une installation photovoltaïque raccordée au réseau. Il permet à la fois de sécuriser l’installation, d’optimiser la production, de déceler d’éventuels dysfonctionnements et de gérer un parc de batteries. C’est aussi le maillon faible de la chaîne avec une durée de vie statistique de 10 ans. Il faudra étudier la rentabilité d’une extension de garantie à 20 ans.

Pour en savoir plus, consultez notre article dédié plus spécifiquement à la technologie des panneaux photovoltaïques et à l’autoconsommation qui utilise le monitoring pour faire correspondre au mieux la production d’électricité avec la consommation. Notre guide général sur le solaire photovoltaïque pourrait aussi vous intéresser.