L’optimiseur pour vous aider à sortir de l’ombre

Dans cette deuxième partie de notre guide sur les diverses technologies d'ondulation nous abordons la combinaison d'un onduleur centralisé avec des optimiseurs de puissance sous chaque panneau.

D’autres technologies que celle de l’optimiseur sont à retrouver dans notre guide :

Onduleur

Micro-onduleur

Mais revenons donc à l’optimiseur. Il s’agit d’une évolution de l’installation classique, pertinente lorsque on possède un toit à plusieurs pans. Toits souvent exposés à des ombrages ponctuels à certains moments de la journée, affectant la puissance des panneaux. La solution de l’optimiseur est souvent privilégiée par les installateurs en milieu urbain lorsque le toit est entouré de bâtiments entraînant un ombrage excessif.

Mais comme toute solution à vos problèmes, celle-ci entraîne un coût supplémentaire dans votre devis (environ 60€ par panneau) et augmente la complexité d’un système classique (augmentation du risque de panne). Il est donc légitime de se demander si cela vaut vraiment la peine d’investir dans cette option.

Fonctionnement de l’optimiseur

Un optimiseur est un dispositif connecté à la borne (+/-) d’un panneau photovoltaïque, sous ce dernier. Il fonctionne comme un onduleur de chaîne, c’est-à-dire qu’il ajuste la tension et le courant pour trouver le point de puissance maximale (MPP). Le boîtier est généralement en plastique et contient des composants électroniques. Pesant moins de 1 kg, il doit être installé par votre installateur pour des raisons de sécurité (manipulation de courant continu).

Avec ce système, vous devez toujours prévoir un onduleur centralisé qui continuera de convertir le courant continu en courant alternatif (les optimiseurs fonctionnant en CC/CC).

Avant de décrire la fonction d’un optimiseur, soulignons les cas où les optimiseurs pourraient être utiles ou ceux où ils ne le seraient que très peu.

Comme nous l’avons vu précédemment, avec une installation classique composée uniquement d’un onduleur central, il existe deux situations qui peuvent affecter la production d’une ou plusieurs chaînes de panneaux :

• Un module ou un groupe de modules (string) est orienté différemment d’un autre groupe (par exemple, 3 pans de toiture) sur le même tracker (onduleur de chaîne) d’un onduleur qui cherche à obtenir le MPPT du string.

• Un ou plusieurs modules d’une chaîne sont partiellement ombragés, ce qui réduit le courant passant à travers tous les modules de cette même chaîne (mais pas nécessairement la tension).

Système sans optimiseur

Avec un système sans optimiseur, le tracker de l’onduleur qui gère la tension d’une ou deux chaînes de panneaux va travailler sur le niveau de tension de la chaîne pour trouver le MPPT qui procure le maximum de puissance pour tous les panneaux. Généralement, il adaptera la tension/courant à l’entrée du tracker. Cependant, en adaptant la tension de toute la chaîne, il se pourrait que dans certains cas, les modules ne soient pas tous à leur puissance MPPT, mais à une puissance plus faible. Certains onduleurs ont la possibilité de parcourir une plage de tension jusqu’à faire activer les diodes de dérivation du panneau ombragé (le panneau n’est plus dans la chaine de production) pour obtenir un point MPP global appréciable.

Système avec optimiseur

Dans un système avec des optimiseurs, tous les panneaux trouveront un MPPT individuel dans toutes les situations, que ce soit en cas d’ombrage ou avec différents pans de toiture. Pour cela, chaque optimiseur analyse le courant passant dans son panneau et ajuste la tension pour en tirer une puissance maximale. Les optimiseurs sont connectés entre eux et avec l’onduleur central de telle manière que les décisions prises par un optimiseur ne compromettent pas la production globale de la chaîne.

Lorsqu’on souhaite coupler des optimiseurs à son onduleur, il est important de noter que certaines marques ne fonctionnent qu’avec un système fermé, ce qui signifie que l’onduleur central n’acceptera que des optimiseurs de la même marque. De plus, en cas de panne d’un optimiseur, il n’est pas possible de le remplacer individuellement tout en conservant les autres optimiseurs sur les autres modules. Il faudra soit remplacer l’optimiseur défectueux par le même modèle, soit retirer tous les optimiseurs.

Les optimiseurs et l’onduleur, un combo gagnant ?  

Une question légitime à se poser est de savoir si les gains d’énergie résultant de l’utilisation des optimiseurs compensent leurs coûts. Avant de faire ce calcul, il est important de noter que les optimiseurs consomment également de l’énergie de vos panneaux, surtout en présence d’ombrage sur le panneau concerné. Il est donc essentiel de prendre en compte cette surconsommation dans le calcul et c’est précisément ce que l’université du Danemark a analysé en comparant trois systèmes différents (un avec un onduleur central et deux avec un onduleur et des optimiseurs) dans différentes conditions d’ombrage et d’orientation. Dans la plupart des cas analysés par l’étude, l’onduleur central sans optimiseur a démontré de meilleurs résultats énergétiques, même avec des pans de toiture différents.

Nous avons effectué une estimation des gains d’un système avec optimiseurs, apportant une production supplémentaire de 5 % par an (une estimation plus optimiste que celle de l’étude danoise qui affichait 3 %). En prenant en compte les certificats verts (cas bruxellois), le coût des optimiseurs et la valeur de l’énergie gagnée (énergie économisée ou revendue sur le réseau), nous avons calculé un temps de retour sur investissement allant de 7 à plus de 20 ans :

• 7 ans si chaque kWh gagné par l’optimiseur permet d’obtenir plus de certificats verts et d’autoconsommer plus d’électricité (à 35c€/kWh, prix moyen du prélèvement).
• 20 ans si chaque kWh gagné par l’optimiseur permet également d’obtenir des certificats verts, mais le gain n’est valorisé que par une revente sur le réseau (à 4c€/kWh, prix d’achat des fournisseurs en février 2024).
• 10 ans si le système ne bénéficie pas de certificats verts et permet d’autoconsommer plus d’électricité (à 35c€/kWh, prix moyen du prélèvement).

L’étude danoise mettait en évidence que dans certains cas, le gain de kWh journalier était nul, notamment lors de journées globalement nuageuses, et donc proportionnellement au gain attendu par rapport à la production prévue. De même, lorsque l’ombre d’une structure architecturale apparaissait sur l’installation en début ou fin de journée, moments où le pic de puissance était déjà passé depuis longtemps. Ces faibles gains étaient pénalisés par la consommation d’énergie des optimiseurs.

Les avantages et les limites de l’optimiseur

Avantages

• Les nouveaux modèles d’optimiseurs intègrent un système de détection d’arc électrique pour assurer la sécurité en cas d’incident, abaissant la tension continue à 1V pour faciliter l’intervention des pompiers.
• Les optimiseurs améliorent la production dans certaines configurations spécifiques de toiture avec des ombrages variés, mais l’efficacité est généralement inférieure à celle des micro-onduleurs.
• Ils permettent un suivi précis de la production de chaque panneau grâce à un système de monitoring.
• En cas de défaut sur un panneau ou un optimiseur, le propriétaire est averti pour une intervention rapide.
• La garantie des optimiseurs est de 20 à 25 ans, assurant une longue durée de fonctionnement.
• En cas de remplacement ou ajout de nouveaux panneaux, les optimiseurs peuvent gérer la diversité de puissance des panneaux, favorisant même l’utilisation de panneaux de seconde main.
• Les optimiseurs peuvent jouer un rôle crucial sur le long terme si les panneaux se dégradent de manière non uniforme sur le toit.

Limites

• Le taux de recyclabilité des optimiseurs est plus faible en raison de l’intégration de l’électronique de puissance dans un caisson en plastique moulé.
• Les câblages supplémentaires peuvent entraîner des chutes de tension, réduisant ainsi la production de l’onduleur central.
• Les optimiseurs sont sensibles aux fortes variations de température à l’arrière des panneaux, ce qui peut avoir un impact significatif sur leur rendement.
• Une multiplication du nombre d’appareils accroît le risque de panne et entraîne une baisse du rendement pour chaque unité.
• En cas de panne, la garantie couvre le remplacement de l’appareil mais pas l’intervention de l’installateur.
• La consommation résiduelle des optimisateurs peut annuler les gains d’énergie.
• Ils ne résolvent pas les problèmes de points chauds sur les panneaux ; si les panneaux sont placés dans des zones fortement ombragées, tant le panneau que l’optimiseur peuvent se détériorer.
• La rentabilité économique des optimiseurs dépend largement du contexte économique, notamment des tarifs de rachat sur le réseau, des certificats verts et de la possibilité d’autoconsommation pilotable.

Alors quand faut-il utiliser des optimiseurs ?

Il est conseillé de comparer plusieurs devis et de vérifier s’ils incluent des optimiseurs. Si c’est le cas, il est probable que votre toit en ait besoin. Les optimiseurs sont particulièrement efficaces lorsque plusieurs panneaux d’une même chaîne sont susceptibles d’être ombragés par différents obstacles ou si les panneaux sont répartis sur plusieurs surfaces avec des risques d’ombrage. En ville, on peut souvent être confronté à ce type d’environnement, et à Bruxelles les certificats verts apportent un meilleur remboursement de ces technologies.

Les optimiseurs peuvent également être avantageux si vous utilisez des panneaux reconditionnés avec des puissances et tensions différentes.