Quelles sont les limites du surdimensionnement des PV?

Le dimensionnement optimal d'une installation de panneaux solaires est une tâche importante pour l'installateur, car il permet à ses clients de tirer le meilleur parti de leur investissement. Dans certains cas, il peut être intéressant de raccorder un nombre encore plus important de panneaux à un même onduleur, mais dans ce cas un certain nombre de conditions techniques doivent être remplies. Tous les fabricants d'onduleurs ne l'autorisent pas non plus.

Forte croissance depuis 2008

Le véritable boom du photovoltaïque a commencé vers 2008, avec une forte croissance qui s'est manifestée dans les années suivantes aussi bien dans les installations commerciales que dans les maisons résidentielles. Dans ce dernier groupe, l'installation était généralement placée en fonction du budget disponible. Dans ces années-là, vous payiez facilement 10 000 euros pour une installation qui couvrait la consommation de votre propre famille. En outre, la puissance de crête d'un panneau était également beaucoup plus limitée dans ces années-là, avec des valeurs standard d'environ 200 Wp. En raison de la combinaison du budget et de l'espace requis, la grande majorité de ces installations familiales se situaient dans une fourchette de puissance comprise entre, approximativement, 3 et 6 kWp, si bien que la consommation annuelle d'une famille était plus ou moins couverte par l'installation photovoltaïque.

On observe des évolutions qui représentaient une plus grande consommation électrique

Aujourd'hui, nous constatons que dans de nombreux cas, c'est de moins en moins le cas. Si certaines évolutions ont entraîné une réduction indéniable de la consommation électrique - songez aux ampoules basse consommation ou à l'augmentation du niveau d'isolation des habitations -, d'autres évolutions ont toutefois entraîné une augmentation de la consommation électrique. Par exemple, une station de recharge standard a déjà une capacité de 3,7 kW à 22 kW. C'est le même constat pour les pompes à chaleur, dont la consommation annuelle est d'environ 5 000 kWh. Il n'est donc pas surprenant que de nombreux ménages disposant d'une installation photovoltaïque cherchent actuellement à étendre leur installation. Il en va de même pour les installations d'entreprise. Naturellement, ils aimeraient le faire sans encourir des coûts importants tels que le remplacement de l'onduleur. La question se pose alors rapidement de savoir si quelques panneaux supplémentaires pourraient être une solution.
Mais dans quelle mesure peut-on ajouter des panneaux à un même onduleur sans aucune restriction?

Sur ou sous-dimensionné?

Peut-être faut-il d'abord revenir à l'essentiel: le dimensionnement de l'onduleur. En principe, pour de nombreux clients, celui-ci semble être quelque peu sous-dimensionné par rapport à la puissance de crête des panneaux. Par exemple, une installation de 3,3 kWc peut être connectée à un onduleur de 3 kW. Les clients pensent souvent qu'ils vont subir une perte sur cette différence, mais cela est injustifié. Ce dimensionnement est utilisé car la situation idéale dans laquelle les panneaux atteignent leur puissance de crête - et fonctionnent donc au point de puissance maximale - est rarement atteinte.

Les fabricants de panneaux solaires indiquent les performances de leur panneau dans des conditions d'essai standard, qui sont basées sur une capacité de 1 000 W par m² de lumière incidente. En principe, cette situation est toutefois rarement atteinte, car dans la pratique, une irradiation trop faible, l'angle auquel la lumière tombe sur la terre et la température jouent un rôle limitatif. Une température trop élevée semble être particulièrement responsable de la différence qui en résulte entre la puissance de crête et la puissance réelle.

Les moments typiques où la puissance de crête des panneaux peut être atteinte se rencontrent lors des journées fraîches mais ensoleillées, plutôt rares. Ce n'est qu'à ces moments que l'onduleur écrêtera l'excédent de production.

Pourquoi installer des panneaux supplémentaires?

Dans la plupart des cas, il y a certainement de la place pour des panneaux supplémentaires. En fait, il y a plusieurs raisons pour lesquelles l'utilisation de cet "espace" supplémentaire est une bonne idée.

Aujourd'hui, le placement d'un ou plusieurs panneaux supplémentaires ne représente qu'un surcoût limité par rapport au rendement supplémentaire que l'on peut obtenir de l'installation. Le prix par Watt-crête a fortement baissé ces dernières années. Par rapport à la période de hausse autour de 2009-2010, il représente moins d'un tiers du prix initial par watt-crête (voir le graphique d'ODE Vlaanderen).

Un autre argument est la meilleure répartition sur la journée, car l'installation démarrera un peu plus tôt le matin (parce que l'onduleur s'enclenche plus tôt) et produira un peu plus longtemps le soir (parce que l'onduleur s'éteint plus tard).
Pour obtenir un meilleur étalement du rendement, il est également possible de travailler avec une double orientation est/ouest des panneaux. La production est alors répartie plus uniformément sur la journée, ce qui permet dans certains cas d'utiliser un onduleur plus petit par rapport à la situation où le même nombre de panneaux serait orienté dans la même direction.

Enfin, nous mentionnons également l'éventuelle perte de puissance des panneaux au fil des ans. Un panneau standard produira - en principe - moins d'énergie après un certain nombre d'années qu'au début de sa vie. La place pour les panneaux supplémentaires augmentera donc au fil des ans.

Combien de panneaux supplémentaires dois-je installer?

Le surdimensionnement est toujours recommandé, mais dans certains cas spécifiques, un surdimensionnement est d'autant plus une bonne idée. C'est le cas par exemple des installations susmentionnées avec une orientation est/ouest, surtout s'il s'agit d'un toit en pente où la lumière du soleil est scindée en deux parties.

Un autre exemple est celui des maisons avec un raccordement au réseau monophasé. Ici, l'onduleur est limité à 5 kW, mais ceux qui ont une consommation interne d'électricité plus élevée auront intérêt à installer plus de panneaux sur leur onduleur. Il en va de même pour les connexions triphasées et la puissance maximale applicable de 10 kW. Il ne faut pas perdre de vue que le fournisseur d'électricité le moins cher reste votre propre installation de panneaux solaires.

Le nombre exact de panneaux qui peuvent être ajoutés dépend de plusieurs facteurs, tels que le dimensionnement d'origine, les conditions de fonctionnement spécifiques, la marque et le type d'onduleur, et la conception de l'installation. En principe, il est toutefois possible d'installer autant de panneaux que vous le souhaitez et que ce qui est techniquement possible, bien que le facteur d'efficacité énergétique diminue avec le surdimensionnement. C'est logique : plus vous ajoutez de panneaux, plus la puissance générée peut être élevée les jours de pointe et plus le risque de plafonnement par l'onduleur est grand.

Limites techniques et points d'attention

Le montage de panneaux supplémentaires sur un onduleur augmente la charge de l'onduleur. Les composants internes sont davantage sollicités, car l'onduleur fonctionne à un autre endroit de la courbe de puissance, avec une tension de fonctionnement plus élevée.

En d'autres termes, un onduleur de haute qualité est une condition sine qua non pour un surdimensionnement plus important, car les composants internes doivent être capables de gérer en toute sécurité cette tension plus élevée sans risque de défaillance ou de réduction de la durée de vie. La rapidité de la commande de l'onduleur est également importante à cet égard, car le courant fluctuera très rapidement si l'irradiation change de manière significative (par exemple, lorsque le ciel est partiellement couvert). L'onduleur doit traiter ces variations de courant le plus rapidement possible en modifiant la tension. Du reste, tous les fabricants n'offrent pas la possibilité d'un surdimensionnement important, même si la situation est diversifiée : certains autorisent jusqu'à 110%, tandis que d'autres ne fixent pas vraiment de limite, mais spécifient le nombre maximum d'heures de pleine charge.

Les installations fortement surdimensionnées fonctionneront logiquement plus fréquemment à pleine charge. Il est donc important de l'estimer à l'avance et de rester en dessous de cette durée maximale. Là encore, le fabricant peut vous aider à le découvrir via le logiciel de planification.

Par ailleurs, il existe des limites techniques à la possibilité de surdimensionnement. Si un trop grand nombre de panneaux sont placés dans une chaîne, la tension photoélectrique en circuit ouvert peut dépasser la tension maximale de l'onduleur. Il en va de même pour le courant de court-circuit maximal. Toutefois, il est possible de remédier à ce problème en installant des fusibles DC ou en modifiant la configuration de la chaîne.

Il faut également tenir compte de l'augmentation de la puissance de crête moyenne des panneaux solaires. En dix ans, elle est passée d'environ 250 Wc à des valeurs dépassant largement les 400 Wc. Raccorder tout simplement des panneaux ayant une puissance de crête double n'est pas une bonne idée,  Il est préférable de les connecter à l'onduleur via un tracker MPP séparé si possible.

Pas pour les installations avec certificats verts

Le gouvernement belge n'impose aucune restriction quant au degré de surdimensionnement. Toutefois, pour les installations qui fonctionnent encore selon le système des certificats verts, il n'est en principe pas permis d'ajouter des panneaux par la suite, tant que des certificats peuvent encore être générés.

L'ajout de panneaux solaires nécessite un contrôle de l'installation et une modification du dossier technique

Enfin, il convient de signaler que l'installation de panneaux solaires nécessite également un contrôle de l'installation, et que le dossier technique doit donc être adapté à cette nouvelle situation.

Cet article a été rédigé sur la base du webinaire "The Power of Oversizing" de SMA, que vous pouvez regarder ici.