panneau photovoltaïque
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Démarches administratives

Guide d'installation

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 :
pose en toiture terrasse




2. La pose par dessus la couverture classique :
pose par dessus la couverture classique




3. La pose en couverture intégrée :
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
pose en façade intégrée



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).