Pour obtenir la meilleure satisfaction d’un toit solaire,
il ne faut pas le considérer comme un simple
équipement posé n’importe où, mais comme la pièce
maîtresse d’une approche globale visant à diminuer
la pression sur l’environnement de la consommation
– et donc de la production – d’électricité, devant
aussi être harmonieusement intégrée dans un
contexte social, financier et culturel.
La démarche pas à pas décrite ci-dessous a pour
vocation d’aider le futur propriétaire à atteindre
ces objectifs.
Analyser ses
besoins en électricité
L’électricité est considérée comme la forme la plus
noble de l’énergie, à la fois parce qu’on peut
l’utiliser de multiples manières et qu’elle est la
plus difficile et la plus chère à produire
(économiquement et énergétiquement). Elle se
transporte très rapidement (300 000 km par
seconde) mais on ne sait que très mal la stocker4.
C’est pourquoi elle doit être réservée aux
applications pour lesquelles il n’y a pas d’autre
solution comme l’éclairage, les appareils
électroniques ou les moteurs (les usages
spécifiques). En revanche, pour le chauffage de
l’eau, de l’espace ou de la nourriture, il est
recommandé d’utiliser une énergie plus “ brute ”
(chaque transformation de l’énergie entraîne des
pertes). Plus généralement, les économies
d’électricité doivent toujours venir en premier, et
ceci est encore plus vrai lorsque l’on projette
l’installation d’un toit photovoltaïque dont
les coûts sont élevés.
Une fois les usages non-rationnels de l’électricité
exclus - ou au moins réduits – il sera temps
d’évaluer les besoins incompressibles. Ceci peut
être fait de manière rigoureuse par un inventaire
détaillé du nombre d’appareils de chaque sorte, leur
puissance nominale et leur durée moyenne
d’utilisation. Mais un moyen beaucoup plus simple –
bien que moins précis – est d’analyser sa facture
d’électricité, et de comparer la consommation
annuelle cumulée (en kWh) avec la consommation
moyenne d’électricité spécifique du pays (pour la
France, 3 000 à 3 500 kWh par an et par foyer).
Dans tous les ménages existe un potentiel
d’économie d’électricité. Pour le mobiliser et réduire
les dépenses, l’attention doit être portée aux
sources de gaspillage les plus fréquentes :
• Les appareils ménagers de mauvais rendement
(par exemple les réfrigérateurs qui fonctionnent en
permanence et produisent de plus en plus de
givre : à remplacer de toute urgence par un nouvel
appareil de classe A ou B) .
• Les ampoules à incandescence, ou pire, les
lampes halogènes : la majeure partie de leur
consommation sert à chauffer la pièce. Elles
doivent être remplacées par des lampes basse
consommation type fluo-compactes, en priorité
celles qui sont allumées souvent et longtemps.
• La veille de nombreux appareils (téléviseurs,
magnétoscopes, ordinateurs...) : on peut facilement
les équiper d’une rallonge avec un interrupteur
intégré, de préférence lumineux.
4 les batteries, seule technologie aujourd’hui disponible, ont une très
mauvaise efficacité et peuvent provoquer des dommages graves à
l’environnement et à la santé à cause des métaux lourds employés
(plomb, cadmium,…).
Concevoir
son installation
Un toit solaire a généralement une taille comprise
entre 10 et 30 m2 – une surface non négligeable : il
faut donc tout d’abord choisir l’emplacement exact
du champ de panneaux.
L‘idéal est une orientation plein Sud avec une
inclinaison par rapport à l’horizontale comprise
entre 15 et 45 ° en Europe du Sud et entre 25 et 60 °
en Europe du Nord. Dans le cas d’un bâtiment
neuf, ces prescriptions doivent être intégrées
dès la phase de conception, mais il faut s’attendre
à ce qu‘elles interfèrent avec d’autres
paramètres plus ou moins contraignants
comme l’orientation du bâtiment, l’inclinaison du
toit, les masques inévitables, le risque de
vandalisme, la réglementation esthétique,
l’accessibilité physique… de telle sorte que
le choix final ne sera probablement pas autre chose
qu’un compromis.
Cinq solutions techniques principales peuvent être envisagées
1 La pose en toiture terrasse :
2. La pose par dessus la couverture classique :
3. La pose en couverture intégrée :
4. La pose en façade intégrée : perte de rendement de plus de 30% par rapport à l'inclinaison idéale, elle peut ouvrir droit à la prime d'intégration
5. La pose sur structure indépendante : à réserver aux cas où il n'y a pas d'autres solutions (esthétique, vandalisme, risque de choc...)
Des structures annexes comme les pergolas, les parkings et garages, la couverture des patios ou les dépendances peuvent aussi recevoir un champs de modules
Les masques
Pour obtenir une production maximale du toit
solaire, il faut éviter tout ombrage des panneaux
pendant la période d’ensoleillement à tout moment
de la journée et aux différentes saisons.
Attention ! Si un seul panneau dans une série est
ombragé, même partiellement, c’est la production
de la série tout entière qui peut être diminuée. Il faut
donc apporter un soin particulier à cette question. Il
est parfois impossible d’éviter totalement les
masques : montagnes, arbres, cheminée, poteau
électrique… peuvent constituer autant d’obstacles
qui vont provoquer des pertes plus ou moins
importantes. On peut tailler un arbre, mais il est
difficile de déplacer une montagne ! Vos cheminées
et vos antennes satellites peuvent avoir un impact
non négligeable sur la production annuelle s’ils sont
trop proches des modules. Pensez à vérifier que ces
éléments ne porteront aucun ombrage à votre
système. C’est pourquoi il peut être utile de mesurer
ces pertes à l’aide d’un "relevé de masques". Une
méthode simplifiée peut vous être envoyée par
l’association Hespul (adresse en annexe). »
.
Evaluer le potentiel
de son “ toit solaire ”
Une fois qu’un compromis raisonnable a
pu être trouvé, la production attendue
(en kWh par kWc par an) peut être estimée
à partir de la production théorique donnée
pour une orientation idéale au § 2.5. Le facteur de
correction à appliquer peut être déduit
des différents angles par rapport à l’horizontale et
par rapport au Sud (voir tableau en 2.5).
A l’aide de ce facteur, il est possible de déduire la
production moyenne à attendre d’un champ
de panneaux d’une puissance donnée en multipliant
simplement le chiffre par la puissance nominale (des
exemples de calcul du potentiel photovoltaïque sont
donnés en annexe).
Associer
les éléments
Il existe trois manières de concevoir un toit solaire :
• un système centralisé, avec un seul onduleur
dimensionné pour la puissance totale des
panneaux
• un système “ modulaire ”, avec plusieurs petits
onduleurs, chacun relié à une série de panneaux
• un système avec “panneaux alternatifs”,
chaque panneau étant équipé d’un tout
petit onduleur à la place du boîtier de
connexion habituel
Chaque système a ses avantages et ses
inconvénients et le choix peut se faire sur la base de
critères techniques, financiers ou commerciaux. Le
système “ modulaire ” semble le mieux adapté aux
petites installations, car plus souple, plus
performant, plus sûr et en principe moins coûteux,
mais l’évolution des technologies des onduleurs est
si rapide que cela peut changer. En tout état de
cause, le champ de panneaux et le ou les onduleurs
doivent être correctement dimensionnés les uns par
rapport aux autres afin d’optimiser techniquement
et économiquement l’installation. La puissance
nominale de l’onduleur doit être comprise entre
70 % et 100 % de la puissance-crête du champ de
panneaux. Par exemple, un champ de 1 kWc
recevra un onduleur de 700 W (600 W pour
une façade). Dans l’autre sens, un onduleur de 1 kW
doit correspondre à un champ de 1,4 kWc, (1,6 kWc
pour une façade).
La puissance-crête ne doit jamais (sauf cas très
particulier) être inférieure à la puissance de
l’onduleur (1 kW pour 1 kWc), faute de quoi
l’onduleur serait sous-utilisé, ou le champ de
panneaux surdimensionné, conduisant dans les
deux cas à un mauvais équilibre économique.
Le choix du système de pose et l'incidence sur le tarif d'achat
Le paragraphe 3.2 montre les grandes familles
d'équipements photovoltaïques; la pose en toiture
terrasse, en surimposition, en couverture ou en
façade intégrée et sur châssis indépendant.
Le choix du système de pose est primordial, car c’est
ce qui régit le niveau de tarif d'achat auquel
l'installation a droit : en effet les équipements
« intégrés » bénéficient depuis juillet 2006 d’une
prime de 25 c€ par kWh en France métropolitaine qui
s’ajoute au tarif d'achat de base (0,30 €/kWh en 2006
en France métropolitaine)
Des produits spéciaux comme les tuiles ou les
ardoises solaires, les cadres d'intégration façon
« fenêtre de toit », et de nombreuses autres solutions
que votre installateur pourra vous proposer sont
éligibles à cette prime. Un guide détaillant les types de
solutions éligibles est disponible sur le site web de la
Direction Générale de l'Energie et Matières Premières :
http://www.industrie.gouv.fr/energie/electric/pdf/gui
de-integration.pdf
Les éléments de connexion
Un champ de panneaux photovoltaïques doit
résister aux intempéries durant au moins plusieurs
décennies. Par conséquent, la qualité des jonctions
électriques est une question très importante avec
principalement deux paramètres à vérifier :
• les câbles électriques extérieurs (entre les
panneaux et des panneaux vers l’onduleur) doivent
être d’une qualité appropriée. Des câbles à double
isolation et résistants aux UV sont fortement
recommandés (norme U100 R2V ou H07 RNF).
• les connexions proprement dites et la pénétration
des différents éléments (boîtiers de connexion,
onduleurs…) doivent être réalisées avec le plus
grand soin afin d’assurer durablement une circulation
correcte de l’électricité et une bonne étanchéité.
L’utilisation de panneaux pré-câblés et de rallonges
spéciales équipées de connecteurs rapides étanches
et détrompés est une bonne solution. Le surcoût
éventuel est largement contre-balancé par une
meilleure sécurité et un moindre coût de la pose.
Les panneaux photovoltaïques produisent
généralement un courant basse tension élevé,
de sorte que les pertes dans les câbles peuvent être
importantes. Afin d’éviter des pertes trop importantes,
il convient de faire attention aux points suivants :
• les sections de câbles doivent être correctement
calculées pour que les pertes ne dépassent pas 3%
(idéalement 1%).
• une disposition des panneaux en série sera
préférée à une disposition en parallèle, de façon à
augmenter la tension nominale du champ (en
Volts). Cela permet de générer moins de pertes,
mais attention : si un seul panneau est occulté,
la puissance de toute la série diminue.
Il peut être utile de vérifier que le fournisseur
ou l’installateur a pris garde à ces questions
avant que le travail ne soit terminé.
L’onduleur
L'onduleur assume une fonction de liaison directe
avec le réseau électrique et il est susceptible de
causer de graves dommages : il doit donc répondre
à des impératifs concernant la qualité du courant
(tension, fréquence, phasage), la sécurité (risque de
production sur le réseau lorsque ce dernier est
coupé) et de fiabilité (les performances ne doivent
pas diminuer dans le temps).
Il n'existe pas actuellement de norme européenne
unifiée pour les onduleurs de connexion, mais en
France la norme allemande DIN VDE 0126 1.1 (ou
antérieure) et la norme CEI NF 61000 3-2 servent de
référence et sont reconnues ; il vaut toutefois mieux
s'assurer auprès de son fournisseur de la
compatibilité de l'onduleur.
D'autres éléments, à vérifier sur la fiche technique
des onduleurs, doivent permettre de s'assurer de la
qualité de l'offre :
• rendement de l'onduleur supérieur à 90% pour une
charge égale à 10% de sa charge nominale (par
exemple, un onduleur de 1 000 Watts chargé à 10%,
c'est à dire lorsque les modules PV produisent 100
Watts, doit avoir un rendement au moins égal à 90%)
• rendement maximum de l'onduleur proche de 95%
(les meilleurs onduleurs du marché ont un
rendement maximum égal à 96%)
• les paramètres internes doivent être réglables pour
s'adapter au réseau électrique local (en général
meilleur en zone urbaine et lorsque les câbles sont
enterrés) et pouvoir être réajustés après quelques
mois de fonctionnement.
• une protection contre les surtensions venant par le
réseau (foudre) doit être prévue dans l'onduleur. Si ce
n'est pas le cas, un électricien local pourra installer
une protection externe, mais le fournisseur devra en
tout cas donner une information claire à ce sujet, car
il s'agit de loin de la principale cause de pannes.
Localiser
les éléments
Cette localisation résultera la plupart du temps d’un
compromis entre plusieurs contraintes parfois
contradictoires. Quelques règles de base doivent
cependant rester à l’esprit :
• en plus des contraintes techniques, le choix de
l’emplacement du champ de capteurs doit prendre
en compte les aspects visuels et esthétiques,
tout en diminuant au maximum la distance
panneaux-onduleur pour éviter des pertes en
ligne trop importantes.
• Les onduleurs doivent être situés à un endroit
aéré et accessible, et protégés de la pluie et des
rayons directs du soleil.
• Bien qu’il soit censé ne jamais fonctionner la nuit,
un onduleur peut réveiller un dormeur lorsqu’il
se met en route dans un environnement silencieux.
Il vaut donc mieux éviter de l’installer dans une
chambre à coucher.
• Où que l’onduleur soit situé, un dispositif
spécifique de coupure côté réseau (fusible,
interrupteur, coupe-circuit) doit être facilement
accessible à l’extérieur de la maison de façon
à être en mesure à tout moment de l’arrêter
rapidement.
ASPECTS NON-TECHNIQUES
Un certain nombre de démarches sont à
entreprendre avant de faire installer un "toit solaire".
Ces démarches concernent essentiellement :
• le financement de l’investissement : subventions,
crédit d’impôt, emprunts…,
• l’urbanisme : permis de construire, déclaration de
travaux,
• l’obtention du statut de producteur bénéficiant
d’une obligation d’achat,
• les relations avec la compagnie d’électricité :
contrat de raccordement au réseau et contrat
d’achat de l’électricité
Ces démarches, décrites dans les paragraphes
suivants, peuvent être longues et il y a donc tout
intérêt à les faire dans le bon ordre en prévoyant des
délais assez importants.
L’ensemble des documents types permettant
d’effectuer les différentes démarches peuvent être
téléchargés à l’adresse Internet suivante :
http://www.hespul.org ou demandés au
04.37.47.80.90 (Hespul).