Un système d’alimentation photovoltaïque raccordé au réseau ou un système d’alimentation photovoltaïque raccordé au réseau est un système de production d’énergie photovoltaïque solaire qui est connecté au réseau de distribution. Une installation photovoltaïque connectée au réseau se compose de panneaux solaires, d’un ou plusieurs onduleurs, d’une unité de conditionnement de l’alimentation et d’un équipement de raccordement au réseau. Ils vont des petits systèmes de toit résidentiels et commerciaux aux grandes centrales solaires à grande échelle. Contrairement aux systèmes d’alimentation autonomes, un système connecté au réseau inclut rarement une solution de batterie intégrée, car ils restent très coûteux. Lorsque les conditions le permettent, le système PV raccordé au réseau fournit la puissance excédentaire, au-delà de la consommation de la charge connectée, au réseau de distribution.

Composants d’un système d’énergie solaire
Un système solaire comprend des panneaux solaires, un système de montage, un câblage, un onduleur et une connexion au réseau via un compteur de kilowattheures.

Panneaux solaires
Les panneaux solaires constituent la partie la plus visible d’un système d’énergie solaire connecté au réseau. Celles-ci captent la lumière et la convertissent en courant continu.

Assemblée
Les systèmes d’énergie solaire peuvent être montés de différentes manières. Sur des toits en pente, sur des toits plats, sur le sol, sur le toit ou avec un système de suivi du soleil (et ce qu’on appelle un tracker). Vous devez toujours regarder le vent et la charge de neige. Si ceux-ci ne sont pas correctement calculés, un système d’énergie solaire peut tomber en panne ou même s’effondrer dans des vents forts ou de fortes chutes de neige. La plupart des systèmes de montage sont en aluminium.

Lorsqu’il est monté sur un toit plat, une structure de support séparée est placée sur laquelle les panneaux sont montés, face au soleil. Le montage le plus utilisé aux Pays-Bas et en Belgique est le montage sur un toit en pente. L’installation solaire est installée directement sur ou dans le toit. Avec une soi-disant «installation de toit», les tuiles ne sont plus installées, mais les panneaux solaires eux-mêmes font partie du toit. Une telle construction a une valeur esthétique plus élevée, mais les inconvénients sont que le montage sur un toit existant demande plus de main-d’œuvre, que le flux d’air de refroidissement autour des panneaux est réduit et que le remplacement pose parfois problème les articles ont des dimensions différentes.

Les panneaux solaires peuvent également être montés directement sur le sol dans une construction indépendante. En raison du régime fiscal défavorable et du prix relativement élevé des terrains, cette forme n’est pas souvent utilisée aux Pays-Bas.

Dans un système de suivi du soleil, les panneaux solaires suivent la trajectoire du soleil. Pour cela, les panneaux solaires sont montés sur un appareil qui les maintient orientés de manière optimale vers le soleil. Un tel système a un rendement plus élevé, mais il est plus coûteux à acheter et plus vulnérable aux dysfonctionnements.

Onduleur
L’onduleur convertit la tension continue des panneaux solaires en courant alternatif de 230 ou 110 volts, par exemple, qui peut être alimenté par le secteur.

Opération
Les systèmes de toit résidentiels connectés au réseau et dont la capacité est supérieure à 10 kilowatts peuvent satisfaire la charge de la plupart des consommateurs. Ils peuvent alimenter le réseau en excès lorsque celui-ci est consommé par d’autres utilisateurs. La rétroaction est effectuée par un compteur pour surveiller la puissance transférée. La puissance photovoltaïque peut être inférieure à la consommation moyenne, auquel cas le consommateur continuera à acheter de l’énergie de réseau, mais moins que précédemment. Si la puissance photovoltaïque dépasse sensiblement la consommation moyenne, l’énergie produite par les panneaux dépassera largement la demande. Dans ce cas, l’excès d’énergie peut générer des revenus en le vendant au réseau. En fonction de leur accord avec leur entreprise locale d’électricité, le consommateur doit uniquement payer le coût de l’électricité consommée, moins la valeur de l’électricité produite. Ce sera un nombre négatif si plus d’électricité est produite que consommée. De plus, dans certains cas, les incitations en espèces sont payées par l’opérateur du réseau au consommateur.

La connexion du système photovoltaïque ne peut se faire que par un accord d’interconnexion entre le consommateur et l’entreprise de services publics. L’accord détaille les différentes normes de sécurité à suivre pendant la connexion.

Caractéristiques
L’énergie solaire recueillie par les panneaux solaires photovoltaïques, destinée à être acheminée vers un réseau électrique, doit être conditionnée ou traitée pour être utilisée par un onduleur connecté au réseau. Fondamentalement, un onduleur change la tension d’entrée CC de la tension PV à la tension CA pour le réseau. Cet onduleur se situe entre le générateur solaire et le réseau, tire son énergie de chacun et peut être une grande unité autonome ou une collection de petits onduleurs, chacun physiquement attaché à des panneaux solaires individuels. Voir Module CA.L’onduleur doit surveiller la tension du réseau, la forme d’onde et la fréquence. Une des raisons de la surveillance est que si le réseau est mort ou s’éloigne trop de ses spécifications nominales, l’onduleur ne doit pas faire passer d’énergie solaire. Un onduleur connecté à une ligne électrique défaillante se déconnecte automatiquement conformément aux règles de sécurité, par exemple UL1741, qui varient selon les juridictions. Une autre raison pour laquelle l’onduleur surveille le réseau est que, pour un fonctionnement normal, l’onduleur doit se synchroniser avec la forme d’onde du réseau et produire une tension légèrement supérieure à celle du réseau lui-même.

Options de connexion
La production peut être utilisée de différentes manières:

Autoconsommation totale
La production électrique est consommée sur place par les appareils en fonctionnement (autoconsommation). Si la production instantanée dépasse la consommation instantanée, le surplus est injecté dans le réseau sans être compté;

Comptage réversible
La production électrique est consommée sur place par les appareils en fonctionnement (autoconsommation). Si la production instantanée dépasse la consommation instantanée, le surplus est injecté dans le réseau et fait reculer le compteur électrique (tournant à l’envers pour les compteurs électromécaniques). Cette solution n’est plus utilisée car elle est incompatible avec les nouveaux compteurs électroniques;

Injection du surplus
La production électrique consommée sur place par les appareils en fonctionnement (autoconsommation) n’est pas comptabilisée par le compteur de production, mais réduit le nombre de consommations. Seul le surplus de la production par rapport à la consommation instantanée est vendu;

Injection de la totalité
Toute la production est injectée dans le réseau et vendue. Un gestionnaire de réseau crée ensuite un point de branchement spécifique à la production. Toute la consommation est également prise en compte par le compteur de consommation existant, comme dans tous les bâtiments connectés au réseau.

Procédures administratives
Ils sont obligatoires et doivent formaliser la connexion au réseau d’une installation de production photovoltaïque. La lourdeur et le changement incessant de ces approches constituent un obstacle majeur au développement des marchés nationaux de certains pays (Italie, France).

Anti-insulaire
L’îlotage est la condition dans laquelle un générateur distribué continue à alimenter un emplacement même si le réseau électrique public n’est plus alimenté. L’insertion peut être dangereuse pour les travailleurs de services publics, qui peuvent ne pas se rendre compte qu’un circuit est toujours alimenté, même s’il n’y a pas de courant du réseau électrique. Pour cette raison, les générateurs distribués doivent détecter l’îlotage et cesser immédiatement de produire de l’énergie; cela est appelé anti-insulaires.

Dans le cas d’une panne d’électricité dans un système PV connecté au réseau, les panneaux solaires continueront à fournir de l’énergie tant que le soleil brille. Dans ce cas, la conduite d’alimentation devient une « île » avec une puissance entourée d’une « mer » de lignes non alimentées.Pour cette raison, les onduleurs solaires conçus pour alimenter le réseau doivent généralement être équipés d’un circuit anti-insalubre automatique. En cas d’isolation intentionnelle, le générateur se déconnecte de la grille et force le générateur distribué à alimenter le circuit local. Ceci est souvent utilisé comme système de secours pour les bâtiments qui vendent normalement leur énergie au réseau.

Il existe deux types de techniques de contrôle anti-insulaires:

Passif: la tension et / ou le changement de fréquence pendant la défaillance du réseau sont mesurés et une boucle de rétroaction positive est utilisée pour éloigner la tension et / ou la fréquence de sa valeur nominale. La fréquence ou la tension peuvent ne pas changer si la charge correspond très bien à la sortie de l’onduleur ou si la charge a un facteur de qualité très élevé (rapport de la puissance réactive à la puissance réelle). Il existe donc une zone de non-détection (NDZ).

Actif: cette méthode utilise l’injection d’une erreur de fréquence ou de tension. Lorsque la grille échoue, l’erreur s’accumule et pousse la tension et / ou la fréquence au-delà de la plage acceptable.

Aspects techniques
Le propriétaire du système, d’abord le bénéficiaire de l’électricité produite
L’électricité emprunte toujours préférentiellement la voie de moindre résistance électrique. Le propriétaire du système, que les appareils électriques soient en fonctionnement chez eux ou ses voisins les plus proches, reçoivent a priori une part importante (mais non exclusive) de l’énergie produite, sans influence notable de la présence ou de l’absence de compteur électrique sur le façon.Seule la résistance (modeste) du compteur intervient. En revanche, le choix de l’option d’injection sur le réseau n’intervient pas.

Normes d’installation et de connexion Divers
Des normes plus ou moins strictes selon les pays existent. La plupart des onduleurs vendus en Europe sont conçus pour répondre aux normes et exigences de raccordement allemandes, en raison du développement du photovoltaïque connecté en Allemagne. Ces normes et exigences ont souvent été adoptées par les exploitants de réseaux d’autres pays européens. Pour les installations photovoltaïques raccordées au réseau, les onduleurs doivent être conformes à la norme DIN VDE 0126 1.1 (Allemagne, France …) ou être certifiés par un laboratoire agréé (Royaume-Uni, G77).Quant aux modules photovoltaïques, les normes à respecter en France sont les suivantes: IEC 61215 (type cristallin) et IEC 61646 (type à couche mince). Pour le dimensionnement des composants, il est nécessaire de distinguer la partie continue CC (en amont de l’onduleur) et la variante alternative (en aval de l’onduleur). Les textes en vigueur sont le guide de l’UTE C15-712-1 pour la partie CC et la norme française NF C 15-100 pour la partie CA 2.

Maintenance d’un système connecté au réseau
Le système photovoltaïque raccordé au réseau est le système d’énergie renouvelable le plus facile à utiliser car aucune maintenance préventive n’est nécessaire. L’injection de l’électricité produite sur le réseau ainsi que la fourniture de la consommation du site se font automatiquement. À l’exception d’un site industriel enfumé ou poussiéreux, le nettoyage des capteurs se fait naturellement par le vent et la pluie. Une surveillance simple peut détecter d’éventuelles défaillances du système.Cependant, il est nécessaire de prévoir le remplacement de l’onduleur qui a en moyenne une durée de vie de 8 à 12 ans.

Avantages
Des systèmes tels que le comptage net et le tarif de rachat, proposés par certains opérateurs de système, peuvent compenser les coûts de consommation d’un client. Cependant, dans certains endroits, les technologies de réseau ne peuvent pas supporter la production distribuée alimentant le réseau, de sorte que l’exportation de surplus d’électricité n’est pas possible et que le surplus est mis à la terre.

Les systèmes PV connectés au réseau sont relativement faciles à installer car ils ne nécessitent pas de système de batterie.

L’interconnexion de réseaux de systèmes de production d’énergie photovoltaïque (PV) présente l’avantage d’une utilisation efficace de l’énergie générée car il n’y a pas de pertes de stockage impliquées.

Un système photovoltaïque a un bilan carbone négatif sur toute sa durée de vie, dans la mesure où toute énergie produite en sus de la construction du panneau compense initialement le besoin de brûler des combustibles fossiles. Même si le soleil ne brille pas toujours, toute installation donne une réduction moyenne raisonnablement prévisible de la consommation de carbone.

Désavantages
Le PV connecté au réseau peut causer des problèmes de régulation de la tension. La grille traditionnelle fonctionne sous l’hypothèse d’un écoulement unidirectionnel ou radial. Mais l’électricité injectée dans le réseau augmente la tension et peut entraîner des niveaux en dehors de la bande passante acceptable de ± 5%.

Le PV connecté au réseau peut compromettre la qualité de l’alimentation. La nature intermittente du PV signifie des changements rapides de tension. Cela non seulement élimine les régulateurs de tension en raison des ajustements fréquents, mais peut également entraîner un scintillement de la tension.

La connexion à la grille pose de nombreux problèmes liés à la protection. En plus de l’îlotage, comme mentionné ci-dessus, des niveaux trop élevés de PV connectés au réseau entraînent des problèmes tels que la désensibilisation du relais, le déclenchement intempestif, l’interférence avec les réenclencheurs automatiques et la ferrorésonance.

Aspects économiques

Coût des systèmes
Le prix global d’un système photovoltaïque dépend de:

d’une éventuelle étude préliminaire (assemblage légal atypique, systèmes moyens ou grands)
le type d’équipement et les conditions d’installation;
connexion réseau;
intérêts d’emprunt, le cas échéant.
Le prix de l’équipement dépend principalement de la taille du système et de la manière dont il est intégré dans le bâtiment.

Le prix du matériel et l’installation inclus:

Puissance	Installation au sol ou au toit	Intégration au toit, simple	intégration de verre, tuiles PV …
1 à 3 kWp	5 à 7 € / Wc	5 à 7 € / Wc	> 7 € / Wc
3 à 10 kWp	3,5 à 5 € / Wc	3,5 à 5 € / Wc	> 5 € / Wc
de 10 kWp à 36 kWp	3 à 5 € / Wc	3,5 à 5 € / Wc	<10 € / Wc
de 36 kWp à plusieurs MW	2 à 4 € / Wc	3 à 4,5 € / Wc	<7 € / Wc

l’heure du remboursement
Le coût total des panneaux solaires comprend l’achat, l’amortissement, les intérêts sur les prêts, le placement, l’entretien, l’assurance et éventuellement la licence et la subvention. Le délai de récupération dépend de l’emplacement des panneaux solaires, de la méthode d’assemblage et de l’évolution du prix de l’électricité. La période de récupération des panneaux solaires photovoltaïques diminue progressivement. Lorsqu’il est monté directement au sud sur un toit de tuiles, cette année 2015 sera d’environ 7 ans au même prix de l’électricité.

Permis
Il est parfois nécessaire de demander un permis pour l’installation de panneaux solaires. C’est le cas, par exemple, des vues et / ou des monuments protégés du village ou de la ville.

Prix ​​de l’énergie
En moyenne, un watt crête (Wp) d’un panneau solaire cristallin coûte environ 1 euro (hors assemblage). 100 Wp produit environ 70 à 90 kWh par an d’énergie aux Pays-Bas, en fonction de l’emplacement, de l’angle du toit, de la quantité d’ombre et du type de panneau solaire. Le calcul repose sur le fait que les panneaux solaires fournissent l’énergie qu’ils n’ont pas à acheter de la compagnie d’électricité. La compagnie d’électricité coûte environ 0,20 à 0,23 euros par kWh (en 2013). Si, au total, vous générez plus d’électricité que vous n’en avez besoin, cela peut être vendu à la compagnie d’électricité pour les frais de rachat d’environ 0,05 à 0,09 euros par kWh, ce qui est beaucoup moins lucratif.

Incitations fiscales
De nombreux gouvernements européens ont choisi d’encourager l’énergie solaire à des fins fiscales.

TVA sur les panneaux solaires
En raison de l’arrêt Fuchs, il est possible depuis le 20 juin 2013 de demander aux autorités fiscales la TVA payée sur les panneaux solaires.

Bilan énergétique
La production de panneaux solaires nécessite également de l’énergie. La mesure est exprimée dans le temps pendant lequel cette énergie est générée. Cela s’appelle le bilan énergétique et en Belgique et aux Pays-Bas, il se situe entre 1 et 2 ans.

Rémunération pour la production d’électricité injectée dans les réseaux
Différents types de rémunération existent selon les choix politiques des différents pays.

Les quotas
« Certificats verts » et « garanties d’origine ». Les kilowattheures produits sont payés en vendant des « certificats verts » ou des « garanties d’origine » aux organisations qui en ont besoin.

Prix ​​d’achat
(en anglais Feed in Tariff, ou FIT), les kilowattheures sont payés par un tarif d’achat, dont le niveau est fixé par l’État ou l’acheteur, conformément à la législation du pays ou de l’État. En France, le décret de mars 2011 prévoit une revue trimestrielle des prix d’achat de l’énergie photovoltaïque. Ces tarifs sont rendus publics par la Commission de régulation de l’énergie (CRE), chargée par le gouvernement de délibérer sur les coefficients S et V qui déterminent le tarif de rachat. Depuis mars 2011, le prix d’achat peut changer chaque trimestre en fonction notamment du nombre de demandes de connexion au réseau. Ces taux étant supérieurs aux prix du marché, les opérateurs soumis à l’obligation d’achat sont compensés pour le coût supplémentaire par une surtaxe appliquée à tous les kWh facturés: la CSPE.

Rentabilité des systèmes
Ces systèmes ne sont pas en eux-mêmes «rentables» au niveau de la communauté si l’on ne prend en compte que les coûts financiers, l’électricité produite étant plus chère que celle produite par d’autres systèmes de production d’électricité (énergie renouvelable: vent, la thermodynamique solaire, etc.), en raison du coût élevé des investissements dû au prix toujours élevé des modules photovoltaïques, mais la politique actuelle de soutien permet de réduire les coûts pour que cette énergie propre devienne rentable (ce qui sera facilité par le coût des combustibles fossiles).

Cependant, en 2010, grâce à des subventions directes ou indirectes, une installation peut être très rentable pour son propriétaire. Une installation installée en 2008 et 2009 dans le sud de la France a généré des rendements de plus de 12%; Par exemple, une usine dans le sud de la France coûtant 7 euros par watt-pointe lors de la pose de 1,4 kWh, payée 0,601 76 euro / kWh (0,58 euro / kWh en 2010), presque le double du prix d’achat allemand , sans risques (l’ensoleillement varie peu, le matériel est très fiable et le prix d’achat garanti).

Perpignan est, en 2011, la ville qui héberge la plus grande installation photovoltaïque au monde intégrée aux bâtiments (hors centrales solaires photovoltaïques); Le site de Saint-Charles International comprend 97 000 tuiles photovoltaïques sur 68 000 m2 de toiture. Il produit plus de 9800 MWh par an (assez pour alimenter une ville de plus de 8 000 habitants en électricité).