Onduleurs photovoltaïques : de nouveaux produits et solutions pour un marché qui se développe et évolue rapidement

En 2021, d’après le rapport annuel du SER (Syndicat des énergies renouvelables), le parc solaire français a atteint une capacité installée de 13 GW, en augmentation de plus de 25 % par rapport à 2020. Pour tenir l’objectif de 20 GW de puissance solaire raccordée en 2025, cette progression devrait se maintenir pour tous les types d’installation, du résidentiel de quelques kilowatts aux centrales solaires de plusieurs mégawatts.

Cela entraîne le développement de nouvelles solutions, de l’autoconsommation privée ou collective, avec ou sans stockage, aux micro-réseaux isolés, à la connexion avec les infrastructures de recharge de véhicules électriques ou l’écrêtage des pointes de consommation sur le réseau. Pour répondre à ces nouveaux besoins, l’onduleur s’est diversifié en termes de fonctionnalités, mais aussi de communication et intégration dans les réseaux.

L’onduleur est un élément clé de l’installation photovoltaïque petite ou grande

L’onduleur n’est plus un simple convertisseur transformant la tension continue des panneaux photovoltaïques en tension alternative pour une énergie injectée dans le réseau ou consommée (en tout ou partie) sur place. Comme le mentionne Vincent Mathely, directeur commercial de SMA France, « l’onduleur n’est pas une simple commodité ou un consommable, mais représente une pièce maîtresse d’une installation photovoltaïque. Avec le développement de l’autoconsommation, du stockage et d’autres applications comme l’électromobilité, l’onduleur et son écosystème apportent une solution complète de gestion de l’énergie afin d’optimiser les consommations et les factures ».

Vincent Mathely poursuit : « Ainsi, SMA développe des solutions complètes et évolutives de gestion de l’énergie. Ces solutions s’appuient sur la plateforme SMA Sunny Portal EnnexOS pour analyser et traiter l’ensemble des données du système et optimiser la performance en pilotant l’ensemble. Il y a ensuite toute une partie digitalisation autour de ce portail pour suivre l’installation et visualiser ce qui se passe sur le site. L’onduleur est vraiment au cœur de tout le système de gestion de l’énergie. »

Alors que les onduleurs les plus puissants dépassent plusieurs centaines de kilowatts, les micro-onduleurs se développent également pour des puissances de quelques centaines de watts pour un montage en toiture sous les panneaux avec la connexion de 2 à 4 modules par onduleur. Réservés au départ aux installations de résidentiel individuel de 3 à 6 kW, ces micro-onduleurs sont maintenant utilisés pour du résidentiel collectif, mais aussi le tertiaire.

Pour Olivier Jacques, President Global d’APsystems « les avantages des solutions micro-onduleurs sont de plusieurs ordres. Tout d’abord, la mise en parallèle du circuit assure une production solaire optimale pour chaque module en toute circonstance. Les micro-onduleurs fonctionnent indépendamment : un module ombragé ou sale n’affectera pas le reste du système. Aucun point unique de défaillance, contrairement aux onduleurs de chaîne classiques. Cela résulte donc dans une meilleure productivité de l’installation. D’ailleurs, sur ce point grâce à une plage de tension de fonctionnement étendue, le micro-onduleur fonctionnera même dans des conditions de faible luminosité, de l’aube jusqu’à tard dans la journée. Cela signifie plus de production pour le propriétaire du système. Autre avantage important pour les professionnels, la facilité de dimensionnement et de mise en œuvre.

Des performances techniques qui continuent à s’améliorer

Le rendement de l’onduleur est important pour ne pas perdre aucun kilowatt-heure (kWh) produit par les panneaux. Ce rendement a beaucoup progressé avec l’utilisation de nouveaux composants pour le convertisseur et dépasse 98 % pour les meilleurs, un rendement mesuré suivant la norme européenne qui prend en compte l’efficacité à charge partielle. Cette diminution des pertes thermiques permet aussi de réduire les systèmes de refroidissement, de réduire l’encombrement et le poids. La diminution de cet encombrement est bien visible à l’apparition de chaque nouvelle gamme chez les fabricants et va faciliter leur installation.

Mais pour Vincent Mathely, « ce qui est aussi important c’est de réduire le “derating” (déclassement) en cas de température ambiante élevée. Nos gammes gardent leurs performances jusqu’à 50-55 °C. Elles peuvent également fonctionner à des températures très basses jusqu’à – 25 °C. Pour optimiser le refroidissement, nous avons développé le système actif de gestion de la température OptiCool, intégré dans la conception de tous nos produits. En effet, les onduleurs photovoltaïques étant extrêmement compacts, la dissipation de chaleur est importante, même sur les modèles les plus efficients ».

La fiabilité est aussi un point majeur pour des installations dont la durée de vie va dépasser 20 ou 25 ans et pour lesquelles une panne de l’onduleur signifie l’arrêt de l’installation, et donc une perte de production.

Vincent Mathely le confirme : « La fiabilité et la durabilité sont au cœur de notre stratégie. Nous veillons donc à ce que nos produits et solutions, conçus pour une durée de vie de 20 à 30 ans, nécessitent toujours moins de matériaux, soient plus durables et soient plus faciles à entretenir et à recycler : des solutions software remplacent des cartes électroniques pour certaines fonctions, par exemple pour la gestion des ombrages ShadeFix embarquée dans le design de base. »

Pour les micro-onduleurs, Olivier Jacques mentionne la facilité de dimensionnement et de mise en œuvre : « Les solutions micro-onduleurs incluent l’ensemble des accessoires et câbles AC nécessaires à une installation rapide, c’est du Plug n Play. Une installation avec des micro-onduleurs permet une mise en œuvre avec plusieurs orientations (est-ouest pour l’autoconsommation par exemple) et offre des possibilités de faire évoluer l’installation en rajoutant des modules au fur et à mesure que les besoins évoluent pour l’habitat. Ainsi, on s’affranchit des marques de modules, de leur taille. Et le client peut bénéficier des dernières technologies de rendement modules tout en ayant débuté une installation plusieurs années avant. C’est une solution offrant une grande flexibilité. 

Notre nouvelle série DS3 est très compacte, en plus d’avoir été conçue pour durer 25 ans ou plus. Cette génération est le résultat d’un travail d’intégration sans précédent qui nous a permis de réduire le nombre de composants de 20 %, tout en délivrant 50 % de puissance de sortie AC en plus que le YC600, notre génération précédente.

 

Nous avons également opté pour un design innovant, optimisé et compact associant aluminium à l’avant et polymère robuste à l’arrière, permettant d’alléger le produit tout en maximisant sa puissance. Tous les composants sont encapsulés avec du silicone pour réduire les contraintes sur les composants électroniques, faciliter la dissipation thermique, améliorer les propriétés d’étanchéité et assurer une fiabilité maximale du système via des méthodes de test rigoureuses, y compris 20 000 heures de test de durée de vie accélérée et de nombreuses autres procédures qui font partie de notre processus de certification ISO 9001. »

L’onduleur hybride devient l’onduleur le plus demandé avec le développement du stockage

Les solutions de production d’énergie photovoltaïque avec stockage se développent rapidement avec la baisse du coût des batteries et le développement de l’autoconsommation partielle ou totale pour des applications résidentielles, commerciales ou industrielles.

Le stockage de l’énergie solaire en vue d’une utilisation ultérieure va permettre de réduire la consommation d’énergie du réseau hors des périodes de production. Pour des installations industrielles de forte puissance, l’utilisation du stockage va permettre l’écrêtage des pics de charge et de réduire les coûts engendrés par des prix d’énergie élevés à certaines périodes ou dans certaines plages horaires. Le développement de l’électromobilité et de la recharge de véhicules électriques associée à de la production photovoltaïque, comme celle des ombrières de parking, va aussi souvent utiliser un stockage pour la recharge rapide.

Fronius propose son onduleur hybride Primo GEN24 pour des puissances de 3 à 6 kW. Cet onduleur hybride polyvalent est disponible avec différentes options d’alimentation et plusieurs interfaces intégrées pour l’électromobilité, le chauffage, le refroidissement et le stockage. Cela va permettre d’utiliser durant la nuit l’énergie solaire produite pendant la journée, pour augmenter la part d’autoconsommation et être indépendant du réseau électrique. Cet onduleur est équipé d’une fonction, le point PV, une prise alimentée en cas de coupure de courant. Cela permet une alimentation en courant de secours basique, même sans batterie, des appareils électriques indispensables.

SMA propose des solutions packagées évolutives comprenant un onduleur-chargeur Sunny Tripower Storage, une batterie lithium de 76 kWh en armoire et une interface de communication Data Manager M qui optimise la surveillance et la commande.

Et, explique Vincent Mathely, « ce système est évolutif et modulaire jusqu’à 4 armoires par onduleur et la solution est extensible jusqu’à 6 MWh. Notre solution Storage Package-Business est la solution la plus innovante de sa catégorie pour les applications de stockage commerciales et industrielles. Une première installation vient de se faire à Serris (77) pour un entrepôt à énergie positive et bilan carbone neutre de la foncière Argan : 480 kWc sur toiture et 304 kWh de stockage. Les batteries sont garanties jusqu’à 6 500 cycles et une durée de vie de 25 ans. Des installations photovoltaïques avec stockage couplées à la recharge de véhicules électriques se développent également, le stockage permettant d’optimiser la surface des panneaux ».

Socomec a développé une offre de convertisseurs bidirectionnels pour des applications de bâtiments, parcs solaires ou installations en support réseau.

 

« Notre offre, explique Hubert Hoeltzel, Marketing Manager Energy Storage Solutions de Socomec, se compose du système de conversion et stockage SUNSYS PCS² de 33 kW à 200 kW, qui peut se mettre en parallèle jusqu’à 1 MW. Cette solution a été retenue à Grenoble pour le programme immobilier ABC Grenoble porté par Bouygues Construction pour une autoconsommation collective de 62 appartements. Pour une centrale photovoltaïque de 213 kW, nous avons installé 3 systèmes de conversion-stockage en parallèle de 232 kW/365 kWh assurant 70 % des besoins électriques des occupants.

Nous avons aussi depuis 2021 une nouvelle gamme SUNSYS HES L avec des modules de 50 kW pour atteindre 300 kW ; ces convertisseurs peuvent se mettre en parallèle pour atteindre le mégawatt. C’est un système nativement outdoor pour des questions de sécurité pour remplacer des solutions en conteneur, avec batteries LFP refroidies par liquide EnerOne. Cela permet une installation rapide et sans erreur, une sécurité élevée et une maintenance simplifiée.

Tous ces produits sont destinés à des bâtiments industriels et commerciaux, à des universités, mais aussi pour l’autoconsommation collective. Les services proposés seront donc de l’autoconsommation, de l’écrêtage de pointe pour réduire la demande ou pour stocker de l’énergie pas chère à certaines heures (“Time of Use”). Pour des pays comme les USA, on peut faire du “back-up power” pour des réseaux de mauvaise qualité (fonctionnement 2 à 4 heures déconnecté du réseau).

Une deuxième application sera une installation de stockage en parallèle à une production photovoltaïque pour lisser l’injection d’énergie sur le réseau avec un profil défini avec l’opérateur. Ce seront des projets tels que les ZNI (zones non interconnectées) portées par la CRE pour des producteurs indépendants d’énergie pour produire et stocker pour la pointe du soir.

 

La troisième application est le stockage en parallèle avec les applications de recharge de véhicules électriques pour répondre à la charge lors de pointes sans avoir à augmenter la puissance de raccordement. Ainsi, notre solution a été retenue pour le projet Wattbooster pour l’équipement de 1 000 stations de recharge à l’horizon 2025 dans toute l’Europe, des stations connectées à un cloud hébergeant un algorithme d’écrêtage des pointes pour limiter la puissance appelée depuis le réseau. Nos solutions de stockage peuvent aussi se positionner sur le réseau pour des réseaux isolés, comme celui de l’île de Sein pour remplacer les groupes électrogènes par une solution solaire-éolien-stockage. »

FIMER a renouvelé son offre pour tous les segments du solaire

FIMER couvre tous les segments photovoltaïques grâce à la gamme la plus large du marché : Résidentiel de 1,2 kW à 8,5 kW, Tertiaire de 10 kW à 120 kW, Utility de 185 kW à 7 200 kW, Stockage & Microgrid de 3,6 kW à 2 000 kW. Tous les onduleurs de chaîne sont fabriqués en Italie selon des process très intégrés. Outre le large choix de puissance et de MPPT pour une adaptation maximale à tous les types de projets, FIMER met à disposition gratuitement sa plateforme de monitoring et de supervision Aurora, qui se décline en plusieurs versions selon le profil de l’utilisateur (propriétaire, mainteneur, producteur). Tous les onduleurs de chaîne de la famille PVS sont nativement prêts pour l’autoconsommation partielle ou totale. L’ajout d’un simple compteur MID au point d’injection suffit à réguler dynamiquement la production à la consigne fixée. Côté communication, FIMER fait le choix pour tous ses onduleurs du protocole ouvert et de la technologie TCP/IP pour permettre à l’exploitant un accès total aux onduleurs, sans l’intermédiaire d’un boîtier propriétaire et assurer la pérennité totale de l’installation, cohérente avec les standards ISO et prête pour les évolutions et services futurs.

Pour le résidentiel, les produits phares sont actuellement les gammes UNO-DM et REACT2 (hybride avec stockage) avec la disponibilité prochaine de la toute nouvelle plateforme FIMER « Power », comprenant les onduleurs FIMER PowerUNO et PowerTRIO offrant une large gamme de choix de puissance, de 2 à 8,5 kW, et le système de stockage PowerX affichant l’une des capacités de stockage résidentiel les plus élevées du marché, de 9,6 kWh à 48 kWh.

Pour le tertiaire, le PVS-100 est idéal pour les projets 100 kWc et plus, offrant une topologie double étages et à haute densité de puissance. Le nouveau panel PVS-10/33 (10 kW à 33 kW), garantit une intégration maximale avec les dernières technologies PV, y compris les modules bifaciaux. Complété par le PVS-50 (50 kW), il s’agit de l’assortiment le plus large du marché pour s’adapter à toutes les configurations de sites et profiter sans contrainte du nouveau décret du 6 octobre 2021 portant le seuil à 500 kWc pour le tarif d’achat à guichet ouvert. On ne compte plus les hangars agricoles et les toitures tertiaires et industrielles équipées en onduleurs FIMER en injection totale ou en autoconsommation.

Le segment des grandes centrales bénéficie d’onduleurs centralisés comme le PVS-980 en version 2 MVA ou 5 MVA, seul ou intégré sur skid, et d’onduleurs de chaînes comme le PVS-175 (185 kW) et tout prochainement le PVS-260/350 conçu pour répondre à la fois aux applications décentralisées et centralisées et couvrir ainsi 100 % des applications Utility. Le nouveau PVS-350 de FIMER est l’onduleur string multi-MPPT le plus puissant et le plus dense en énergie de l’industrie solaire, optimisé pour les architectures de systèmes photovoltaïques décentralisés. Le PVS-260/PVS-300 est une solution entièrement modulaire conçue avec une plateforme de chaîne à un seul MPPT. L’onduleur chargeur PVS-980-BC de 2 MVA trouve son application dans les projets de stockage ou de PV+Stockage.

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AVIS D’EXPERT
Olivier Jacques, Président Global d’APsystems
« La demande pour des micro-onduleurs photovoltaïques est en croissance constante »

La demande des micro-onduleurs est en croissance constante depuis leur apparition sur le marché du solaire il y a une dizaine d’années. Étant, à juste titre, considérée comme la solution high-tech sur le segment des onduleurs, elle a d’abord trouvé sa place sur le segment PV résidentiel, permettant de réaliser des capteurs PV sur des toitures complexes, dotées d’obstacles (type chien-assis, cheminées…) ou d’ombrage, pour très vite s’imposer comme la solution plébiscitée en résidentiel sur le marché français, notamment. Poussé par l’autoconsommation, le micro-onduleur offre une grande liberté aux clients dans la mise en œuvre et l’évolution de leur installation. On considère que près de 70 % du segment résidentiel en France fait désormais appel aux micro-onduleurs. Au-delà du segment résidentiel, il présente des avantages indéniables sur des projets tertiaires, notamment sur les bâtiments classés ERP (établissement recevant du public), en termes de sécurité, de mise en œuvre et de maintenance. L’arrivée progressive de micro-onduleurs multi-modules natifs triphasés depuis 2016 avec l’YC1000 d’APsystems, une première mondiale, a permis d’offrir des économies d’échelle (1 micro-onduleur pour 4 modules) sur ces solutions pour des projets sur bâtiments tertiaires ou industriels, écoles, bureaux, etc., tout en réduisant drastiquement les coûts d’opération et de maintenance des équipes après la mise en service de l’installation. C’est devenu une solution compétitive. APsystems lancera au printemps de cette année la 2^e génération de micro-onduleur natif triphasé avec le QT2 (2 000 W pour 4 modules haute puissance) et nous sommes très confiants sur les perspectives d’une telle innovation pour démocratiser encore davantage l’utilisation du micro-onduleur sur les toitures commerciales.

Cela fait maintenant une décennie que nous nous sommes progressivement imposés comme la référence mondiale des micro-onduleurs multi-modules pour l’industrie solaire. La série DS3, qui signifie Dual Monophasé (Single-phase) de 3^e génération, représente l’aboutissement d’années d’expertise en conversion de puissance et d’innovation dans les solutions d’électronique de puissance au niveau du module (MLPE) à haut rendement.

L’intégration des technologies de communication est également une partie cruciale de notre processus de conception de l’innovation. APsystems a été un pionnier dans la migration de l’ensemble de son portefeuille de produits vers les communications Zigbee sans fil à haut débit. Les communications Zigbee sont jusqu’à trois fois plus rapides que la communication par courant porteur (PLC) conventionnelle, créant un réseau maillé local bidirectionnel de 2,4 GHz pour une communication de données rapide et fiable entre les micro-onduleurs et la passerelle. La série DS3 intègre un module Zigbee crypté de Texas Instruments assurant une sécurité maximale de toutes les données de production traitées par nos installateurs et utilisateurs finaux.

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Des produits communicants pour une gestion intelligente de l’énergie et des utilisations

Les onduleurs ne sont plus de simples convertisseurs DC/AC connectés aux panneaux et au réseau mais ils sont de plus en plus un système complet pour gérer, surveiller et optimiser la production des panneaux, la consommation des appareils et applications connectés, la connexion au réseau du distributeur d’énergie.

Pour Olivier Jacques, « au-delà des performances des produits micro-onduleurs physiques, notre différenciation repose également sur les systèmes de surveillance et la suite d’applications que nous mettons gratuitement à la disposition de tous nos clients. Notre plateforme et nos applications EMA permettent aux installateurs de gérer l’ensemble de leur parc d’installations, d’effectuer des diagnostics en temps réel, des rapports sur les performances des bâtiments ou même de dépanner les installations à distance. Dans ce domaine, nous avons récemment lancé l’application EMA manager, une application tout-en-un permettant aux professionnels du solaire de mettre en service, surveiller et dépanner leurs installations. Elle les aide à améliorer leurs propres capacités de service client à tout moment, n’importe où via leur smartphone ou leur tablette. »

SolarEdge a annoncé l’expansion de son portefeuille d’offres pour le résidentiel avec SolarEdge Home, un système complet de gestion intelligente de l’énergie. SolarEdge Home maximise la consommation d’énergie photovoltaïque en surveillant et en synchronisant les besoins énergétiques de tous les appareils connectés. Cette offre inclut le nouveau système d’exploitation énergétique SolarEdge, conçu pour gérer de façon dynamique les besoins énergétiques des propriétaires en fonction de leurs préférences, d’algorithmes avancés d’intelligence artificielle et de facteurs externes tels que les données météo.

La formation de tous les acteurs de la filière est importante

Avec le développement des installations photovoltaïques raccordées au réseau ou en autoconsommation pour des applications très diversifiées, la formation des intervenants (bureaux d’études, installateurs, équipes de maintenance…) est aujourd’hui primordiale. Cette formation est très diversifiée pour couvrir tous les volets (administratifs, réglementaires, techniques et financiers) et peut être assurée par des organismes comme Afnor Compétences, INES (Plateforme Formation et évaluation), Apave, Tecsol, mais aussi par des constructeurs d’équipements comme DualSun, APsystems, Enphase, Fronius, FIMER, Systovi ou SMA. Certaines de ces formations peuvent délivrer la qualification QualiPV Elec.

Comme le confirme David Lawson, directeur marketing de SMA France, « SMA accompagne le développement de la filière afin d’augmenter le nombre d’installateurs encore réduit, notamment en proposant des formations, et en mettant à disposition des outils facilitant la mise en service et le SAV des installations. Cela permet aux installateurs d’aborder un marché riche en opportunités, de monter en compétences à la fois dans le dimensionnement, la mise en œuvre et la maintenance des solutions, et ainsi d’offrir un haut niveau de service à leurs clients ».

 Jean-Paul Beaudet