Un système photovoltaïque, également un système photovoltaïque ou un système d’énergie solaire, est un système d’alimentation conçu pour fournir de l’énergie solaire utilisable au moyen de l’énergie photovoltaïque. Il consiste en un agencement de plusieurs composants, dont des panneaux solaires pour absorber et convertir la lumière solaire en électricité, un onduleur solaire pour transformer le courant électrique en courant continu en courant alternatif, ainsi que des accessoires de montage, de câblage et . Il peut également utiliser un système de suivi solaire pour améliorer les performances globales du système et inclure une solution de batterie intégrée, car les prix des périphériques de stockage devraient diminuer. Strictement parlant, un panneau solaire englobe uniquement l’ensemble des panneaux solaires, la partie visible du système PV, et n’inclut pas tous les autres matériels, souvent résumés en tant que balance du système (BOS). De plus, les systèmes photovoltaïques convertissent la lumière directement en électricité et ne doivent pas être confondus avec d’autres technologies, telles que l’énergie solaire concentrée ou le solaire thermique, utilisées pour le chauffage et le refroidissement.

Les systèmes photovoltaïques vont de petits systèmes intégrés ou installés sur le toit, avec des capacités allant de quelques dizaines de kilowatts à de grandes centrales de plusieurs centaines de mégawatts. De nos jours, la plupart des systèmes photovoltaïques sont connectés au réseau, tandis que les systèmes autonomes ou autonomes ne représentent qu’une petite partie du marché.

Fonctionnant de manière silencieuse et sans pièces mobiles ni émissions environnementales, les systèmes photovoltaïques, qui ne sont plus des applications de niche, sont devenus une technologie éprouvée utilisée pour la production d’électricité traditionnelle. Un système de toit récupère l’énergie investie pour sa fabrication et son installation dans un délai de 0,7 à 2 ans et produit environ 95% de l’énergie nette propre et renouvelable sur une durée de vie de 30 ans.

En raison de la croissance exponentielle du photovoltaïque, les prix des systèmes photovoltaïques ont rapidement diminué ces dernières années. Cependant, ils varient selon le marché et la taille du système. En 2014, les prix des systèmes résidentiels de 5 kilowatts aux États-Unis se situaient autour de 3,29 dollars par watt, tandis que sur le marché allemand fortement pénétré, les prix des systèmes de toit allant jusqu’à 100 kW étaient tombés à 1,24 euro par watt. De nos jours, les modules solaires photovoltaïques représentent moins de la moitié du coût global du système, laissant le reste aux composants BOS restants et aux coûts accessoires, notamment l’acquisition de clients, les autorisations, l’inspection et l’interconnexion, la main-d’œuvre d’installation et les coûts de financement.
Système moderne

Échelle du système
Les systèmes photovoltaïques sont généralement classés en trois segments de marché distincts: les systèmes de toits résidentiels, les toits commerciaux et les systèmes d’équipement utilitaire montés au sol. Leurs capacités vont de quelques kilowatts à des centaines de mégawatts. Un système résidentiel typique mesure environ 10 kilowatts et est monté sur un toit en pente, tandis que les systèmes commerciaux peuvent atteindre une échelle de mégawatt et sont généralement installés sur des toits à faible pente ou même plats. Bien que les systèmes montés sur les toits soient petits et affichent un coût par watt plus élevé que les grandes installations d’utilité publique, ils représentent la plus grande part du marché. Il existe cependant une tendance croissante vers de plus grandes centrales électriques à grande échelle, en particulier dans la région de la « ceinture de soleil » de la planète.19]

Échelle d’utilité
Les grands parcs ou fermes solaires à grande échelle sont des centrales électriques capables de fournir de l’énergie à un grand nombre de consommateurs. L’électricité générée alimente le réseau de transport alimenté par des centrales de production (connectées au réseau ou connectées au réseau) ou combinées à un ou plusieurs générateurs d’électricité nationaux pour alimenter un petit réseau électrique (centrale hybride). Dans de rares cas, l’électricité produite est stockée ou utilisée directement par une installation insulaire ou autonome. Les systèmes photovoltaïques sont généralement conçus pour assurer le rendement énergétique le plus élevé pour un investissement donné. Certaines grandes centrales photovoltaïques telles que Solar Star, le parc solaire de Waldpolenz et la ferme solaire de Topaz couvrent des dizaines ou des centaines d’hectares et ont des puissances allant jusqu’à des centaines de mégawatts.
Toit, mobile et portable

Un petit système photovoltaïque est capable de fournir suffisamment d’électricité pour alimenter une seule maison ou même un appareil isolé sous forme de courant alternatif ou continu. Par exemple, les satellites militaires et civils d’observation de la Terre, les lampadaires, les panneaux de construction, les voitures électriques, les tentes solaires et les avions électriques peuvent contenir des systèmes photovoltaïques intégrés pour fournir une source d’énergie primaire ou auxiliaire , en fonction des exigences de conception et de puissance. En 2013, les systèmes de toit représentaient 60% des installations mondiales. Cependant, les systèmes photovoltaïques à l’échelle des toits et des services publics ont tendance à s’éloigner, les nouvelles installations photovoltaïques se concentrant également sur les pays de la région de la ceinture de soleil où l’opposition aux centrales solaires montées au sol est moins accentuée. Les systèmes PV portables et mobiles fournissent une alimentation électrique indépendante des raccordements des services publics, pour un fonctionnement « hors réseau ». De tels systèmes sont si couramment utilisés sur les véhicules de plaisance et les bateaux qu’il existe des détaillants spécialisés dans ces applications et des produits qui leur sont spécifiquement destinés. Étant donné que les véhicules récréatifs transportent normalement des batteries et utilisent l’éclairage et d’autres systèmes sur une alimentation nominale de 12 volts CC, les systèmes PV de RV fonctionnent normalement dans une plage de tension choisie pour charger directement des batteries de 12 volts. , un contrôleur de charge et le câblage.Les systèmes solaires des véhicules récréatifs sont généralement limités en puissance par la taille physique de la toiture du VR. C’est pourquoi une plus grande efficacité des panneaux solaires pour ces applications est importante.

Intégré au bâtiment
Dans les zones urbaines et suburbaines, les panneaux photovoltaïques sont couramment utilisés sur les toits pour compléter la consommation d’énergie; Le bâtiment est souvent relié au réseau électrique, auquel cas l’énergie produite par le générateur photovoltaïque peut être revendue au service public dans le cadre d’un accord de facturation nette. Certains services publics, tels que Solvay Electric à Solvay, New York, utilisent les toits des clients commerciaux et les poteaux téléphoniques pour prendre en charge leur utilisation de panneaux photovoltaïques. Les arbres solaires sont des réseaux qui, comme leur nom l’indique, imitent l’apparence des arbres, fournissent de l’ombre et peuvent fonctionner la nuit comme des lampadaires.

Performance
Les incertitudes dans les revenus au fil du temps sont principalement liées à l’évaluation de la ressource solaire et à la performance du système lui-même. Dans le meilleur des cas, les incertitudes sont généralement de 4% pour la variabilité climatique annuelle, de 5% pour l’estimation des ressources solaires (dans un plan horizontal), de 3% pour l’estimation de l’irradiation dans le plan du réseau, de 3% pour la puissance. évaluation des modules, 2% pour les pertes dues à la saleté et aux salissures, 1,5% pour les pertes dues à la neige et 5% pour les autres sources d’erreur.L’identification et la réaction aux pertes gérables sont essentielles pour les revenus et l’efficacité énergétique. La surveillance des performances de la baie peut faire partie des accords contractuels conclus entre le propriétaire de la baie, le constructeur et l’entreprise qui achète l’énergie produite.Récemment, une méthode permettant de créer des «journées synthétiques» utilisant des données météorologiques facilement disponibles et une vérification à l’aide du champ d’essai Open Solar Outdoors permet de prédire les performances des systèmes photovoltaïques avec des degrés de précision élevés. Cette méthode peut être utilisée pour déterminer les mécanismes de perte à l’échelle locale, tels que ceux dus à la neige ou les effets des revêtements de surface (hydrophobes ou hydrophiles, par exemple) sur les salissures ou les pertes de neige. (Bien que dans les environnements à forte neige avec de graves interférences au sol, cela peut entraîner des pertes annuelles de 30% de neige). L’accès à Internet a permis d’améliorer encore la surveillance de l’énergie et la communication. Des systèmes dédiés sont disponibles auprès d’un certain nombre de fournisseurs. Pour les systèmes photovoltaïques utilisant des micro-onduleurs (conversion DC-AC au niveau du panneau), les données de puissance du module sont automatiquement fournies.Certains systèmes permettent de définir des alertes de performances qui déclenchent des avertissements téléphoniques / email / texte lorsque des limites sont atteintes. Ces solutions fournissent des données pour le propriétaire du système et l’installateur. Les installateurs peuvent surveiller à distance plusieurs installations et voir en un coup d’œil l’état de leur base installée entière.

Composants
Un système photovoltaïque destiné à l’approvisionnement en énergie résidentiel, commercial ou industriel comprend le système solaire et un certain nombre de composants souvent résumés en tant que balance du système (BOS). Ce terme est synonyme de « Balance of plant » qv Les composants BOS incluent des équipements de conditionnement d’énergie et des structures pour le montage, généralement un ou plusieurs convertisseurs de courant continu à alternatif, également appelés onduleurs, un dispositif de stockage d’énergie panneau solaire, câblage électrique et interconnexions, et montage pour d’autres composants.

Éventuellement, un autre système peut comprendre tout ou partie des éléments suivants: compteur de crédit de crédit d’énergie renouvelable, traqueur de point de puissance maximale, système de batterie et chargeur, suiveur solaire GPS, logiciel de gestion de l’énergie, capteurs d’irradiation solaire, anémomètre, ou des accessoires spécifiques à une tâche conçus pour répondre aux exigences spécifiques d’un propriétaire de système. De plus, un système CPV nécessite des lentilles optiques ou des miroirs et parfois un système de refroidissement.

Les termes « panneau solaire » et « système photovoltaïque » sont souvent utilisés de manière incorrecte de manière interchangeable, en dépit du fait que le panneau solaire ne comprend pas tout le système. De plus, le « panneau solaire » est souvent utilisé comme synonyme de « module solaire », bien qu’un panneau soit constitué d’une chaîne de plusieurs modules. Le terme « système solaire » est également un terme mal utilisé pour un système PV.

Réseau solaire
Les cellules solaires conventionnelles c-Si, normalement câblées en série, sont encapsulées dans un module solaire pour les protéger des intempéries. Le module se compose d’un verre trempé servant de couvercle, d’un enrobage souple et souple, d’une feuille de fond arrière en matériau résistant aux intempéries et au feu et d’un cadre en aluminium autour du bord extérieur. Connectés électriquement et montés sur une structure porteuse, les modules solaires construisent une série de modules, souvent appelés panneaux solaires. Un générateur solaire consiste en un ou plusieurs de ces panneaux. Un réseau photovoltaïque, ou panneau solaire, est une collection de modules solaires liés. La puissance qu’un module peut produire est rarement suffisante pour répondre aux besoins d’une maison ou d’une entreprise, de sorte que les modules sont reliés entre eux pour former un tableau. La plupart des générateurs photovoltaïques utilisent un onduleur pour convertir le courant continu produit par les modules en courant alternatif capable d’alimenter les lumières, les moteurs et d’autres charges. Les modules d’un générateur photovoltaïque sont généralement connectés en série pour obtenir la tension souhaitée. les chaînes individuelles sont ensuite connectées en parallèle pour permettre au système de produire plus de courant. Les panneaux solaires sont généralement mesurés en STC (conditions de test standard) ou en PTC (conditions de test PVUSA), en watts. Les valeurs nominales des panneaux varient de moins de 100 watts à plus de 400 watts. La cote de la matrice consiste en une somme des valeurs nominales du panneau, en watts, kilowatts ou mégawatts.

Module et efficacité
Un module photovoltaïque type « 150 watts » mesure environ un mètre carré. On peut s’attendre à ce qu’un tel module produise 0,75 kilowattheure (kWh) par jour, en moyenne, après avoir pris en compte les conditions météorologiques et la latitude, pour une insolation de 5 heures / jour. Au cours des 10 dernières années, l’efficacité des modules en silicium cristallin commerciaux à base de plaquettes est passée d’environ 12% à 16% et l’efficacité du module CdTe est passée de 9% à 13% au cours de la même période. Sortie du module et durée de vie dégradée par l’augmentation de la température. Le fait de permettre à l’air ambiant de circuler et, si possible, derrière les modules PV réduit ce problème. La durée de vie effective des modules est généralement de 25 ans ou plus. La période de récupération d’un investissement dans une installation solaire PV varie considérablement et est généralement moins utile que le calcul du retour sur investissement. Bien qu’il soit généralement calculé entre 10 et 20 ans, la période de récupération financière peut être beaucoup plus courte avec les incitations.

En raison de la faible tension d’une cellule solaire individuelle (généralement environ 0,5 V), plusieurs cellules sont câblées (voir également le cuivre utilisé dans les systèmes PV) en série dans la fabrication d’un « stratifié ». Le stratifié est assemblé dans un boîtier protecteur résistant aux intempéries, formant ainsi un module photovoltaïque ou un panneau solaire. Les modules peuvent ensuite être enfilés dans un ensemble photovoltaïque. En 2012, les panneaux solaires disponibles pour les consommateurs peuvent atteindre une efficacité d’environ 17%, tandis que les panneaux disponibles dans le commerce peuvent atteindre 27%. Un groupe de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire a mis au point une cellule capable d’atteindre une efficacité de 44,7%, ce qui rend les espoirs des scientifiques d’atteindre le seuil d’efficacité de 50%.

Ombrage et saleté
La production électrique des cellules photovoltaïques est extrêmement sensible à l’ombrage. Les effets de cette ombrage sont bien connus. Même si une petite partie d’une cellule, d’un module ou d’un réseau est ombrée, alors que le reste est exposé au soleil, la sortie chute considérablement en raison du court-circuit interne (l’inversion des électrons dans la partie ombrée de la jonction pn). Si le courant tiré de la chaîne de cellules en série n’est pas supérieur au courant pouvant être produit par la cellule ombrée, le courant (et donc la puissance) développé par la chaîne est limité. Si une tension suffisante est disponible dans le reste des cellules d’une chaîne, le courant sera forcé à travers la cellule en brisant la jonction dans la partie ombrée. Cette tension de claquage dans les cellules communes est comprise entre 10 et 30 volts. Au lieu d’augmenter la puissance produite par le panneau, la cellule ombrée absorbe de l’énergie, la transformant en chaleur. Étant donné que la tension inverse d’une cellule ombrée est beaucoup plus grande que la tension directe d’une cellule éclairée, une cellule ombrée peut absorber la puissance de nombreuses autres cellules de la chaîne, affectant de manière disproportionnée la sortie du panneau. Par exemple, une cellule ombrée peut laisser tomber 8 volts au lieu d’ajouter 0,5 volt à un niveau de courant particulier, absorbant ainsi la puissance produite par 16 autres cellules. Il est donc important qu’une installation photovoltaïque ne soit pas masquée par des arbres ou d’autres obstacles.

Plusieurs méthodes ont été développées pour déterminer les pertes par ombrage des arbres aux systèmes PV sur les deux grandes régions en utilisant LiDAR, mais également à un niveau de système individuel à l’aide de croquis. La plupart des modules ont des diodes de dérivation entre chaque cellule ou chaîne de cellules qui minimisent les effets de l’ombrage et ne perdent que la puissance de la partie ombrée du tableau. La tâche principale de la diode de dérivation consiste à éliminer les points chauds qui se forment sur les cellules et qui peuvent endommager davantage la matrice et provoquer des incendies. La lumière du soleil peut être absorbée par la poussière, la neige ou d’autres impuretés à la surface du module. Cela peut réduire la lumière qui frappe les cellules. En général, ces pertes agrégées au cours de l’année sont faibles, même pour les emplacements au Canada. Le maintien d’une surface de module propre augmente les performances de sortie pendant la durée de vie du module. Google a constaté que le nettoyage des panneaux solaires montés à plat après 15 mois augmentait leur rendement de presque 100%, mais que les réseaux inclinés à 5% étaient correctement nettoyés par l’eau de pluie.

Insolation et énergie
L’insolation solaire est composée de radiations directes, diffuses et réfléchies. Le facteur d’absorption d’une cellule PV est défini comme la fraction d’irradiance solaire incidente absorbée par la cellule. À midi, un jour sans nuages ​​à l’équateur, la puissance du soleil est d’environ 1 kW / m², à la surface de la Terre, sur un plan perpendiculaire aux rayons du soleil. En tant que tel, les panneaux photovoltaïques peuvent suivre le soleil chaque jour pour améliorer considérablement la collecte d’énergie. Cependant, les dispositifs de suivi augmentent les coûts et nécessitent une maintenance. Il est donc plus courant que les panneaux photovoltaïques aient des montages fixes qui inclinent la matrice et font face au midi solaire (approximativement au sud dans l’hémisphère nord ou nord dans l’hémisphère sud). L’angle d’inclinaison, par rapport à l’horizontale, peut varier en fonction de la saison, mais s’il est fixe, il doit être défini pour obtenir une sortie de réseau optimale pendant la période de demande électrique maximale d’une année normale pour un système autonome. Cet angle d’inclinaison optimal du module n’est pas nécessairement identique à l’angle d’inclinaison pour la production d’énergie annuelle maximale du réseau. L’optimisation du système photovoltaïque pour un environnement spécifique peut être compliquée car les problèmes de flux solaire, de salissure et de perte de neige doivent être pris en compte. En outre, des travaux récents ont montré que les effets spectraux peuvent jouer un rôle dans la sélection optimale des matériaux photovoltaïques. Par exemple, l’albédo spectral peut jouer un rôle important dans la production en fonction de la surface autour du système photovoltaïque et du type de matériau des cellules solaires. Pour les conditions météorologiques et les latitudes des États-Unis et de l’Europe, l’insolation typique varie de 4 kWh / m² / jour dans les régions septentrionales à 6,5 kWh / m² / jour dans les régions les plus ensoleillées.Une installation photovoltaïque dans les latitudes méridionales de l’Europe ou des États-Unis peut s’attendre à produire 1 kWh / m² / jour. Une installation photovoltaïque typique de 1 kW en Australie ou dans les latitudes méridionales de l’Europe ou des États-Unis peut produire de 3,5 à 5 kWh par jour, en fonction de l’emplacement, de l’orientation, de l’inclinaison, de l’insolation et d’autres facteurs. Dans le désert du Sahara, avec moins de couverture nuageuse et un meilleur angle solaire, on pourrait idéalement se rapprocher de 8,3 kWh / m² / jour à condition que le vent presque toujours présent ne souffle pas sur les unités. La zone du désert du Sahara s’étend sur plus de 9 millions de km². 90 600 km², soit environ 1%, pourraient générer autant d’électricité que toutes les centrales électriques réunies.

Montage
Les modules sont assemblés en groupes sur un système de montage quelconque, qui peut être classé comme montage au sol, montage sur toit ou montage sur poteau. Pour les parcs solaires, un grand rack est monté sur le sol et les modules sont montés sur le rack. Pour les bâtiments, de nombreux racks différents ont été conçus pour les toits en pente. Pour les toits plats, des racks, des bacs et des solutions intégrées au bâtiment sont utilisés. Les baies de panneaux solaires montées sur des poteaux peuvent être fixes ou mobiles, voir les trackers ci-dessous. Les supports latéraux sont adaptés aux situations dans lesquelles un élément est monté sur un poteau, par exemple un luminaire ou une antenne. Le montage sur poteau soulève ce qui serait autrement un assemblage monté au sol au-dessus des ombres et du bétail, et peut satisfaire aux exigences du code électrique en ce qui concerne l’inaccessibilité du câblage exposé. Les panneaux montés sur poteau sont ouverts à plus d’air de refroidissement sur leur face inférieure, ce qui augmente les performances.Une multiplicité de supports de dessus de poteau peut être formée dans un parking de stationnement ou une autre structure d’ombrage. Un rack qui ne suit pas le soleil de gauche à droite peut permettre un ajustement saisonnier vers le haut ou vers le bas.

Câblage
En raison de leur utilisation en extérieur, les câbles solaires sont spécifiquement conçus pour résister aux rayons UV et aux fluctuations de température extrêmement élevées et ne sont généralement pas affectés par les intempéries. Un certain nombre de normes spécifient l’utilisation du câblage électrique dans les systèmes PV, tels que la CEI 60364 par la Commission électrotechnique internationale, dans la section 712 « Systèmes d’alimentation photovoltaïques solaires », la norme britannique BS 7671, incorporant des réglementations relatives à la microgénération. et systèmes photovoltaïques, et la norme américaine UL4703, en matière 4703 « Fil photovoltaïque ».

Traqueur
Un système de suivi solaire fait basculer un panneau solaire tout au long de la journée. Selon le type de système de suivi, le panneau est directement orienté vers le soleil ou la zone la plus lumineuse d’un ciel partiellement nuageux. Les trackers améliorent considérablement les performances tôt le matin et en fin d’après-midi, augmentant d’environ 20 à 25% la puissance totale produite par un système pour un tracker à un axe et d’environ 30% pour un tracker à deux axes, selon la latitude.Les trackers sont efficaces dans les régions qui reçoivent directement une grande partie de la lumière du soleil. En lumière diffuse (par exemple sous un nuage ou un brouillard), le suivi a peu ou pas de valeur. Étant donné que la plupart des systèmes photovoltaïques concentrés sont très sensibles à l’angle de la lumière solaire, les systèmes de suivi leur permettent de produire de l’énergie utile pendant plus d’une brève période chaque jour. Les systèmes de suivi améliorent les performances pour deux raisons principales. Premièrement, lorsqu’un panneau solaire est perpendiculaire à la lumière solaire, il reçoit plus de lumière à sa surface que s’il était incliné.Deuxièmement, la lumière directe est utilisée plus efficacement que la lumière en angle. Des revêtements antireflet spéciaux peuvent améliorer l’efficacité du panneau solaire pour la lumière directe et angulaire, réduisant quelque peu les avantages du suivi.

Les trackers et les capteurs pour optimiser les performances sont souvent considérés comme facultatifs, mais les systèmes de suivi peuvent augmenter la sortie viable de 45%. Les générateurs photovoltaïques qui approchent ou dépassent un mégawatt utilisent souvent des suiveurs solaires.Compte tenu des nuages ​​et du fait que la majeure partie du monde n’est pas sur l’équateur et que le soleil se couche le soir, la mesure correcte de l’énergie solaire est l’insolation – le nombre moyen de kilowattheures par mètre carré par jour. Pour les conditions météorologiques et les latitudes des États-Unis et de l’Europe, l’ensoleillement typique varie de 2,26 kWh / m² / jour dans le nord du pays à 5,61 kWh / m² / jour dans les régions les plus ensoleillées.

Pour les systèmes de grande taille, l’énergie obtenue en utilisant des systèmes de suivi peut dépasser la complexité supplémentaire (les trackers peuvent augmenter l’efficacité d’au moins 30%).Pour les très gros systèmes, la maintenance supplémentaire du suivi constitue un inconvénient majeur. Le suivi n’est pas requis pour les systèmes photovoltaïques à écran plat et à faible concentration. Pour les systèmes photovoltaïques à forte concentration, le suivi à deux axes est une nécessité. Les tendances en matière de prix influent sur l’équilibre entre l’ajout de panneaux solaires fixes et l’absence de panneaux qui suivent. Lorsque les prix des panneaux solaires baissent, les trackers deviennent une option moins attrayante.

Onduleur
Les systèmes conçus pour fournir un courant alternatif (CA), tels que les applications connectées au réseau, ont besoin d’un onduleur pour convertir le courant continu (CC) des modules solaires en courant alternatif. Les onduleurs connectés au réseau doivent fournir du courant alternatif sous forme sinusoïdale, synchronisé sur la fréquence du réseau, limiter la tension d’alimentation au maximum à la tension du réseau et se déconnecter du réseau si la tension du réseau est désactivée.Les onduleurs insulaires n’ont besoin que de produire des tensions et des fréquences régulées dans une forme d’onde sinusoïdale, car aucune synchronisation ou coordination avec les alimentations réseau n’est requise.

Un onduleur solaire peut se connecter à une chaîne de panneaux solaires. Dans certaines installations, un micro-onduleur solaire est connecté à chaque panneau solaire. Pour des raisons de sécurité, un disjoncteur est fourni du côté AC et DC pour permettre la maintenance. La sortie CA peut être connectée via un compteur électrique au réseau public. Le nombre de modules dans le système détermine le total des watts DC pouvant être générés par le générateur solaire; Cependant, l’onduleur détermine la quantité de courant alternatif pouvant être distribuée pour la consommation.Par exemple, une installation photovoltaïque de 11 kilowatts CC (kWDC) de modules PV, associée à un onduleur de 10 kilowatts CA (kWAC), sera limitée à la puissance de l’onduleur de 10 kW. En 2014, le taux de conversion des convertisseurs de pointe atteignait plus de 98%. Alors que les onduleurs à cordes sont utilisés dans les systèmes photovoltaïques résidentiels et commerciaux de taille moyenne, les onduleurs centraux couvrent le grand marché commercial et industriel. La part de marché des onduleurs centraux et des onduleurs à cordes est respectivement de 50% et 48%, ce qui laisse moins de 2% aux micro-onduleurs.

MPPT (Maximum Power Point Tracking) est une technique que les onduleurs connectés au réseau utilisent pour obtenir le maximum de puissance du réseau photovoltaïque. Pour ce faire, le système MPPT de l’onduleur échantillonne numériquement la puissance toujours changeante du générateur solaire et applique la résistance appropriée pour trouver le point de puissance maximum optimal.

L’anti-îlotage est un mécanisme de protection qui arrête immédiatement l’onduleur pour l’empêcher de générer du courant alternatif lorsque la connexion à la charge n’existe plus. Cela se produit, par exemple, dans le cas d’une panne de courant. Sans cette protection, la ligne d’alimentation deviendrait une «île» avec une puissance entourée par une «mer» de lignes non alimentées, car le générateur solaire continue à fournir de l’énergie CC pendant la panne de courant. L’îlotage présente un danger pour les travailleurs des services publics, qui ne réalisent peut-être pas qu’un circuit de courant alternatif est toujours sous tension, et cela pourrait empêcher la reconnexion automatique des appareils.

Type	Puissance	Efficacité(a)	Marché  Partager(b)	Remarques
Onduleur	jusqu’à 100 kW p (c)	98%	50%	Coût (b) 0,15 € par watt-crête. Facile à remplacer
Onduleur central	au dessus de 100 kW p	98,5%	48%	0,10 € par watt-crête. Grande fiabilité. Souvent vendu avec un contrat de service.
Micro-onduleur	gamme de puissance du module	90% à 95%	1,5%	0,40 € par watt-crête. Facilité de remplacement des préoccupations.
Convertisseur DC / DC Optimiseur de puissance	gamme de puissance du module	98,8%	n / a	0,40 € par watt-crête. Facilité de remplacement des préoccupations. L’onduleur est toujours nécessaire. Environ 0,75 GW P installé en 2013.
Source: données IHS 2014, remarques de Fraunhofer ISE 2014, tirées du rapport Photovoltaics, mis à jour au 8 septembre 2014, p. 35, PDF Notes : a) les meilleurs rendements sont estimés, b) la part de marché et le coût par watt sont estimés, c) kW p = kilowatt-crête

Batterie
Bien que toujours chers, les systèmes PV utilisent de plus en plus des piles rechargeables pour stocker un surplus qui sera ensuite utilisé la nuit. Les batteries utilisées pour le stockage en réseau stabilisent également le réseau électrique en nivelant les charges maximales et jouent un rôle important dans les réseaux intelligents, car elles peuvent facturer pendant les périodes de faible demande et alimenter leur énergie stockée lorsque la demande est élevée.

Parmi les technologies de batteries courantes utilisées dans les systèmes PV actuels, citons la batterie au plomb-acide à régulation par soupape – une version modifiée de la batterie au plomb-acide conventionnelle, des batteries nickel-cadmium et lithium-ion. Par rapport aux autres types, les batteries au plomb ont une durée de vie plus courte et une densité énergétique inférieure.Cependant, en raison de leur grande fiabilité, de leur faible autodécharge et de leurs faibles coûts d’investissement et de maintenance, ils sont actuellement la technologie prédominante utilisée dans les petits systèmes photovoltaïques résidentiels, les batteries lithium-ion étant encore en développement et environ 3,5 fois plus cher comme les batteries au plomb. De plus, comme les dispositifs de stockage pour les systèmes photovoltaïques sont stationnaires, la densité d’énergie et de puissance inférieure, et donc le poids plus élevé des batteries plomb-acide, ne sont pas aussi importants que dans les transports électriques. En 2015, les moteurs Tesla ont lancé le Powerwall, une batterie lithium-ion rechargeable dans le but de révolutionner la consommation d’énergie.

Les systèmes photovoltaïques avec une solution de batterie intégrée ont également besoin d’un contrôleur de charge, car la tension et le courant variables du générateur solaire nécessitent un ajustement constant pour éviter les dommages dus à une surcharge. Les contrôleurs de charge de base peuvent simplement allumer et éteindre les panneaux photovoltaïques, ou mesurer des impulsions d’énergie au besoin, une stratégie appelée modulation de largeur d’impulsion ou PWM.Des contrôleurs de charge plus avancés incorporeront la logique MPPT dans leurs algorithmes de charge de batterie. Les contrôleurs de charge peuvent également détourner l’énergie à des fins autres que le chargement de la batterie. Plutôt que de simplement couper l’énergie PV gratuite lorsque cela n’est pas nécessaire, un utilisateur peut choisir de chauffer de l’air ou de l’eau une fois la batterie pleine.

Surveillance et mesure
Le comptage doit pouvoir accumuler des unités d’énergie dans les deux sens ou deux mètres doivent être utilisés. Beaucoup de compteurs s’accumulent de manière bidirectionnelle, certains systèmes utilisent deux mètres, mais un compteur unidirectionnel (avec cran) n’accumulera pas d’énergie provenant d’une alimentation résultante dans le réseau. Dans certains pays, pour les installations de plus de 30 kWc, une fréquence et un moniteur de tension avec déconnexion de toutes les phases sont nécessaires. Ceci est fait là où plus d’énergie solaire est générée que ce qui peut être accepté par le service public, et le surplus ne peut pas être exporté ou stocké.Historiquement, les exploitants de réseaux devaient fournir des lignes de transmission et des capacités de production. Maintenant, ils doivent également fournir du stockage. Il s’agit normalement d’un stockage hydraulique, mais d’autres moyens de stockage sont utilisés. Initialement, le stockage était utilisé pour que les générateurs de base puissent fonctionner à plein débit. Avec l’énergie renouvelable variable, le stockage est nécessaire pour permettre la production d’électricité dès qu’il est disponible et la consommation chaque fois que cela est nécessaire.

Les deux variables que possède un gestionnaire de réseau sont le stockage de l’électricité au moment où il est nécessaire ou sa transmission là où il est nécessaire. Si les deux échouent, les installations de plus de 30 kWc peuvent s’arrêter automatiquement, bien qu’en pratique, tous les onduleurs maintiennent la régulation de la tension et cessent de fournir de l’énergie si la charge est insuffisante. Les opérateurs de réseaux ont la possibilité de réduire la production excédentaire des grands systèmes, même si cela se produit plus souvent avec l’énergie éolienne que l’énergie solaire, ce qui entraîne une perte de revenus substantielle. Les onduleurs triphasés ont la possibilité unique de fournir une puissance réactive qui peut être avantageuse pour faire correspondre les exigences de charge.

Les systèmes photovoltaïques doivent être surveillés pour détecter les pannes et optimiser leur fonctionnement. Il existe plusieurs stratégies de surveillance photovoltaïque en fonction du rendement de l’installation et de sa nature. La surveillance peut être effectuée sur site ou à distance.Il ne peut mesurer que la production, récupérer toutes les données de l’onduleur ou récupérer toutes les données de l’équipement communiquant (sondes, compteurs, etc.). Les outils de surveillance peuvent être dédiés à la supervision uniquement ou offrir des fonctions supplémentaires. Les onduleurs individuels et les contrôleurs de charge de batterie peuvent inclure la surveillance à l’aide de protocoles et de logiciels spécifiques au fabricant. Le comptage d’énergie d’un onduleur peut être d’une précision limitée et ne pas convenir à des fins de facturation. Un système d’acquisition de données tiers peut surveiller plusieurs onduleurs, en utilisant les protocoles du fabricant de l’onduleur, et également acquérir des informations météorologiques. Les compteurs intelligents indépendants peuvent mesurer la production totale d’énergie d’un système PV. Des mesures séparées, telles que l’analyse d’images satellite ou un appareil de mesure du rayonnement solaire (pyranomètre), peuvent être utilisées pour estimer l’insolation totale à des fins de comparaison. Les données collectées à partir d’un système de surveillance peuvent être affichées à distance sur le Web, tel que OSOTF.