De l'amélioration de l'efficacité de son installation solaire sans remplacer ses panneaux

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Lorsqu'on parle aujourd'hui d'améliorer l'efficacité de la production électrique grâce au photovoltaïque, le réflexe fréquent consiste à rester focalisé sur les cellules des panneaux elles-mêmes. Mais il ne s'agit là que d'une moitié du problème puisque l'équipement électronique en aval de la matrice de panneaux joue un rôle tout aussi important. De même qu'il y a débat sur les deux concepts de génération centralisée et génération parcellisée, la bataille s'engage entre les inverseurs centralisés et les micro-inverseurs.

Etat de l'art de l'électronique actuelle

Un panneau photo-voltaïque est un assemblage de cellules photovoltaïques. En raison de la faible quantité d'électricité délivrée par un seul panneau, on les assemble dans ce que l'on appellera une matrice de panneaux. Une installation photo-voltaïque typique est ainsi constituée d'une matrice de panneaux, d'un inverseur, de batteries et d'un système de connection. La tâche qui consiste à optimiser les performances électriques de la matrice revient à ce fameux élément appelé inverseur. La fonction primaire de l'inverseur est de convertir le courant continu (DC) produit par les panneaux en courant alternatif (AC) que nécessite le réseau. La deuxième fonction d'un bon inverseur est d'optimiser la puissance délivrée par la matrice en recherchant le Maximum Power Point (MPP). En effet, pour les générateurs électriques non-linéaires que sont les générateurs photo-voltaïques, il existe un point de fonctionnement (MPP) optimum pour lequel le courant et la tension correspondante donnent lieu à une puissance en sortie maximale. L'inverseur récupère l'intensité moyenne permettant d'atteindre cette puissance maximale.

Dans les systèmes actuels, chaque matrice est associée à un inverseur unique, ce qui occasionne de nombreuses pertes énergétiques, chiffrées à 30% par la California Energy Comission (CEC). Ces pertes sont intrinsèquement liées au caractère centralisé de l'inverseur et au mode d'assemblage des différents panneaux au sein de la matrice pour les deux principales raisons suivantes :

- "Désaccord électrique" entre les panneaux : en effet, au sortir de l'usine tous les panneaux n'ont pas le même MPP, l'inverseur récupère un courant moyen qui est souvent mal adapté à chaque panneau en particulier. Le MPP de chaque panneau est donc souvent rarement atteint et ces derniers ne fonctionnent donc que peu au maximum de leur capacité.

- Ombrage localisé : il n'est pas rare qu'au cours de la vie de la matrice, un ou plusieurs panneaux voient leurs performances altérées par les conditions extérieures (ombre, poussières, branchages...). Du fait du montage en série des panneaux, le courant relatif au panneau le moins performant limite le courant de ses voisins ayant pour effet d'accroître encore la divergence par rapport au MPP.

D'autre part, l'inverseur unique adapté à une matrice entière présente le désavantage majeur de rendre le système complet inopérant en cas de panne ... Signalons enfin de manière anecdotique qu'en cas de problème ou de vol d'un panneau, il n'est pas possible de le remplacer par un panneau du dernier cri au risque d'augmenter le "désaccord électrique" ; une installation de 2010 est et restera liée à la technologie en cours à cette date...

Les micro-inverseurs

Forts de ces constats, de nombreuses start-ups se créent autour d'une technologie similaire à celle de l'inverseur mais décentralisée, c'est-à-dire à l'échelle du panneau et non plus de la matrice. Le fonctionnement logique de ce système est le même que celui de son cousin l'inverseur actuel (conversion DC/AC + optimisation du MPP) à la différence près qu'en étant monté sur chaque panneau il permet une augmentation de l'efficacité totale de la matrice de 5% à 25%. Il est alors facile d'envisager tout le potentiel de cette idée en prenant l'inverse des inconvénients précédemment cités dans le cas de l'inverseur centralisé ! Les sous-performances d'un des panneaux n'affectent alors plus les performances globales du système. De plus, la puissance délivrée par chaque inverseur étant plus faible les coûts de production de ces systèmes sont eux-aussi plus faibles, car ils doivent remplir des critères moins drastiques. La sécurité de l'ensemble est par ailleurs meilleure puisqu'il n'y a plus d'accumulation d'une grande quantité de courant en entrée de l'inverseur comme c'était le cas auparavant.

Ces micro-inverseurs peuvent être vendus soit directement au consommateur soit au producteur de panneaux qui pourrait les intégrer à son processus de fabrication.

Il y a trente ans, le coût de l'électricité photo-voltaïque était de 40 fois celui de l'électricité issue des énergies fossiles. Au rythme auquel se développent les technologies solaires, relatives à la fois aux panneaux directement et à l'électronique associée, le temps n'est plus très loin où cette source d'énergie sera véritablement compétitive.

ORIGINE : BE Etats-Unis numéro 210 (7/06/2010) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/63612.htm