Énergie Photovoltaïque
On dimensionne généralement les installation panneaux solaires sur sa consommation annuelle. Un ménage moyen consomme environ 3500 kWh/an. En Belgique 1 KWc produit
3500 kWh nécessiterai donc 3,5 kWc, ce qui représente environ 10 panneaux de 400W (3,5/0,4= 8,75). C’est ce qu’on appelle un dimensionnement 1 :1
Un panneau de 400W produit 0,4kWh par heure. La production photovoltaïque annuel est équivalente à 937 heures de production en plein soleil sur les 8760 heures qu'une année comporte. Cela signifie que les panneaux ne fonctionnent à plein rendement que 10% du temps. C’est ce qu’on appelle le facteur de charge du solaire (937/8760 = 0,10). L’Eolien à un facteur de charge de 20% (il y a plus d’heures avec du vent qu’avec du soleil).
Rem : si vous avez un projet de voiture électrique : on estime la consommation moyenne d’une voiture électrique à environ 20kWh/100km, une voiture parcourt en moyenne 15 000km/an. Cela va presque doubler la consommation annuelle (3000kWh/an supplémentaire) d’un ménage type.
Les panneaux solaires devenant de moins en moins cher, il est tentant de couvrir l’ensemble de sa toiture pour profiter de l’arrière-saison. Mais Il faut garder en tête le seuil ≤10 KVA pour profiter d'une procédure administrative simplifiée (simple notification au gestionnaire de réseau). Pour une installation dépassant 10 KVA, une demande d'autorisation préalable est nécessaire. Le gestionnaire de réseau doit vérifier si le réseau local peut gérer la charge supplémentaire engendrée par cette nouvelle installation. En revanche aujourd’hui, seules les installations de > 10KVA peuvent bénéficier encore de Certificat Vert en Wallonie sous le nouveau régime d’octroi CPMA et ce jusqu’en 2028.
Pour amortir au mieux son installation PV, on doit maximiser son autoconsommation (la part de l’énergie produite par les panneaux solaires que l’on consomme). Les premiers panneaux installés sont les plus intéressants parce qu’ils permettent une grande autoconsommation.
L’autosuffisance (part de notre consommation produite par les PV) est aussi un paramètre à prendre en compte. Il symbolise l’indépendance du prosumer par rapport au réseau électrique. Malheureusement, si l’autosuffisance augmente, l’autoconsommation diminue
Le bon
compromis étant le croisement entre les deux courbes qui se situe autour de 30%
d’autosuffisance et d’autoconsommation. 
Pour augmenter votre autoconsommation solaire et devenir plus autonome, deux options :
· Adapter vos habitudes (voir notre article sur le déplacement de charge)
· Installer une batterie (voir notre article sur les batteries)
Effet d’écrêtage : Une installation photovoltaïque de 13 000 W pourrait produire environ 12 000 kWh par an. Si l’on utilise un onduleur limité à 10 000 W ou 10kWc, celui-ci effectuera un écrêtage : une petite partie de la production (en rouge) sera perdue lors des pics, mais on garde l’énergie dans les plages de fonctionnement optimales (en gris), ce qui permet d’atteindre environ 12 000 kWh par an.
À titre de comparaison, une installation de 10 000 W avec un onduleur de puissance équivalente produirait environ 9 300 kWh par an.
Ainsi, l’écrêtage peut permettre de rester par exemple sous la limite des 10 kW
tout en produisant plus que 10 000kWh/an et ce en plaçant plus de panneaux PV,
mais au prix d’une sollicitation accrue de l’onduleur, ce qui peut réduire sa
durée de vie. L’écrêtage a l’avantage aussi de réduire vos pics de production,
et donc aide à la stabilisation du réseau.
Il existe aujourd’hui plusieurs types de panneaux solaires utilisés pour produire de l’électricité à partir du soleil. Les plus courants sont :
Les panneaux monocristallins : Ce sont les plus modernes et les plus performants. Fabriqués à partir d’un seul cristal de silicium, cela permet aux électrons (qui transportent l’électricité) de circuler plus facilement, sans obstacles, ils offrent donc un meilleur rendement, surtout lorsqu’il y a peu de lumière. Ils sont reconnaissables à leur couleur noire uniforme.
Les panneaux polycristallins : Cette technologie est plus ancienne. Les cellules sont faites de plusieurs cristaux de silicium, ce qui les rend un peu moins efficaces. Ils sont souvent de couleur plus bleue. Bien qu’ils soient plus abordables, ils sont progressivement remplacés par les monocristallins.
Les panneaux bifaciaux monocristallins : Ces panneaux innovants captent la lumière des deux côtés, à l’avant et à l’arrière. Cela permet de produire plus d’électricité, surtout lorsqu’ils sont installés sur des surfaces réfléchissantes ou en hauteur. C’est une technologie qui maximise la production solaire.
Rem : Si vous envisagez d’investir dans une installation solaire, il peut être judicieux d’opter dès le départ pour un onduleur hybride. Celui-ci vous permettra d’ajouter une batterie ultérieurement, sans avoir à remplacer l’onduleur ou investir dans un équipement supplémentaire pour la batterie. Toutefois, ce type d’onduleur est généralement plus coûteux à l’achat.
Décrochage des onduleurs et amortissement des installations : en construction
Stockage d'énergie
On dimensionne généralement la capacité de la batterie en fonction de sa consommation journalière.
Par exemple, pour un ménage consommant 3 500 kWh/an, cela correspond à environ 9,6 kWh par jour (3 500 ÷ 365). Une batterie de 5 kWh semble donc suffisante pour couvrir la consommation quotidienne en dehors des périodes d’ensoleillement.
Ci-dessous, les charges journalières observées au mois de mai pour une installation équipée de 15 kWh de batteries et présentant un profil de consommation annuel de 4000kWh avec 5,7Wc installé. La charge dépasse rarement les 5 kWh par jour.
Pour rappel, les panneaux photovoltaïques sont dimensionnés selon la consommation annuelle. Ainsi, pour produire environ 3 500 kWh/an, on installe en moyenne 3,5 kWc, soit environ 9 panneaux de 400 Wc (3,5 ÷ 0,4 = 8,75).
Dans notre cas, le meilleur équilibre économique est atteint avec une batterie de 5 kWh. Passer à 10 kWh n’apporte que quelques pourcents supplémentaires d’autoconsommation, ce qui ne justifie pas toujours le coût additionnel.
Une simulation avec une consommation de 6000kWh/an :
Avec une installation de 4 kWc et une batterie de 5kWh, on peut atteindre un taux d’autosuffisance d’environ 63 %. Cela signifie que presque deux tiers des besoins en électricité sont couverts par la production solaire et le stockage et ce sans changement d’habitude.
Le principal avantage d’une batterie plus grande, comme une 10 kWh, réside dans sa durabilité : les cycles de charge et de décharge sont moins profonds, ce qui réduit l’usure et peut prolonger la durée de vie de la batterie.
On conseille d’éviter les décharges profondes (inférieures à 20 %). Il est donc recommandé de surdimensionner sa batterie pour lui assurer une plus longue longévité. Par exemple, une batterie de 10 kWh offrira une capacité effective d’environ 8 kWh utilisables.
Enfin, les systèmes de stockage ont des pertes d’efficacité d’environ 10 %. Pour compenser ces pertes, il est également judicieux d’augmenter légèrement la capacité de la batterie.
Il peut être intéressant dès lors d’augmenter la capacité nominale de la batterie d’un facteur 2 pour optimiser son fonctionnement.
La puissance de la batterie (en kW) détermine la quantité d'énergie qu'elle peut fournir à un instant donné. Elle doit être adaptée à vos besoins en puissance (par exemple, pour faire fonctionner des appareils énergivores comme une pompe à chaleur, borne de rechargement voiture électrique). Exemple : Si vous avez besoin de 3 kW en un temps t, choisissez une batterie avec une puissance nominale d'au moins 3 kW. Votre onduleur doit également être adapté pour ne pas écrêter de trop. Car un onduleur est un appareil qui convertit le courant continu de la batterie et/ou des panneaux solaires en courant alternatif pour alimenter vos appareils domestiques. Lui aussi a une puissance maximale (limitation de la puissance délivrée lorsqu’elle dépasse une certaine valeur maximale). Ce qui pourrait vous contraindre à tirer la différence depuis le réseau électrique. Attention un onduleur a souvent une puissance pour la charge et décharge de la batterie qui est différente de la puissance pour les PV . L'onduleur accepte 6000W des Panneaux mais ne peut envoyer/récupérer que 3000W vers/de la batterie.
Le fond continu de consommation d’un ménage moyen est autour de 500 W, plus ponctuellement des pics peuvent monter à 6000W, potentiellement les installations électriques classiques supportent 10 000 W max.
Ce graphique ci-dessous présente cinq profils de consommation citoyen sur une journée de décembre, mesurés en kW tous les quarts d’heure. Il montre uniquement la consommation réellement prélevée sur le réseau (consommation nette), après prise en compte de la production solaire.
On observe ici des pointes de consommation atteignant 12 kW par quart d’heure, vraisemblablement liées à la recharge d’un véhicule électrique via une installation en triphasé.
Un second graphique, portant cette fois sur une journée de mai, présente des profils de consommation similaires. On y remarque que le consommateur n°16 ne dépasse plus les 3 000 W par quart d’heure, sa production photovoltaïque couvrant une partie de ses besoins énergétiques.
De son côté, le consommateur n°9, également équipé d’un véhicule électrique, présente une puissance de recharge plus modérée.
Cela ouvre la voie à une réflexion sur l’intérêt économique d’investir dans une borne de recharge intelligente. En adaptant la recharge à la production solaire disponible, ce type d’équipement permettrait d’optimiser l’autoconsommation tout en réduisant la sollicitation du réseau domestique.
Les onduleurs : Voici une configuration batterie domestique
avec un simple onduleur.
Une configuration d’installation domestique avec un onduleur hybride (souvent 10% plus cher à l’achat), qui peut gérer à la fois l’énergie solaire (via panneaux photovoltaïques), des batteries de stockage, et le réseau électrique. Il présente en revanche l’avantage de compacité.
Un onduleur permet de :
Convertir le courant continu des panneaux solaires en courant alternatif utilisable par votre maison et se synchroniser avec le réseau électrique pour injecter de l’électricité excédentaire. (Fonction classique d’un onduleur).
Un onduleur hybride permet en plus de :
Gérer une batterie, il alimente votre maison en priorité avec le solaire. S’il y a un surplus, il le stocke dans une batterie. Le soir ou par mauvais temps, il utilise la batterie pour continuer à alimenter votre maison. Si la batterie est vide, il bascule automatiquement sur le réseau électrique.
Système backup en cas de décrochage :
Tous les onduleur hybride intègre aujourd’hui une fonction back up qui permet à l’utilisateur d’enclencher une ligne électrique d’urgence limitée en générale à 3 000 W, permettant de rester alimenter en cas de défaillance du réseau électrique via ses panneaux photovoltaïques ou sa batterie. Cela est utilisé par certains vendeurs de batterie comme solution au décrochage des onduleurs avec notamment un module mesurant la tension pour basculer d’un mode à l’autre.
Batterie dite « intelligente »
Une batterie intelligente se compose généralement d’un onduleur, d’un module de stockage (souvent des batteries de type Pylontech, Byd,...), de relais, d’un module de communication et d’un microcontrôleur. Ce dernier assure la mesure des tensions, le contrôle de la charge et la transmission des données.
L’« intelligence » ne réside pas directement dans la batterie elle-même, mais dans les modules périphériques qui assurent la gestion et la communication.
Ainsi, si vous possédez déjà un
onduleur hybride, il n’est pas forcément nécessaire d’investir dans une
solution en kit. Veillez toutefois à vérifier la compatibilité de votre
onduleur avec les différents modules EMS (Energy Management System). Enfin, certains onduleurs hybrides intègrent déjà une intelligence (EMS), discutez en avec votre installateur. 
Batterie HT ou BT : Les batteries BT sont
moins chères à l'achat, mais nécessite des câbles plus épais. Elles sont plus modulaires,
permettant d'ajouter des batteries supplémentaires plus facilement. Elles sont
également moins dangereuses en raison de la tension de travail plus faible(+-50V).
Cependant pour des grosses installations, elles peuvent générer des pertes plus
importantes. Plus la tension est importante, plus les pertes seront faibles
pour une même puissance circulante (P = U x I). Les batteries BT ayant un U
(Volt) plus faible, elles devront avoir un I (ampère) ou un courant plus
élevé pour fournir la même puissance, ce qui augmente les pertes par effet
Joule (Perte joules =échauffement dans les fils :
Si les câbles doivent parcourir de longues distances, les pertes en BT augmentent considérablement et d’autre part les appareils énergivores (pompes à chaleur, voiture électrique, etc.) génèrent des courants élevés, ce qui aggrave les pertes en BT.
On peut limiter les pertes en utilisant des câbles de plus grande section (cela réduit la résistance et donc les pertes) et en limitant la longueur des câbles, plus les câbles sont courts, plus les pertes sont faibles.
En série : - de la première batterie au + de la deuxième batterie, et ainsi de suite. La tension totale est la somme des tensions de chaque batterie donc ici 150V et la capacité totale de la batterie est la somme des capacités de ces éléments.
En parallèle : toutes les bornes + entre elles et toutes les bornes - entre elles. La capacité totale est la somme des capacités, mais la tension reste la même que celle d'une batterie seule. En revanche, l’intensité du courant dans les câbles peut monter jusque 4x100A, nécessitant des câbles de plus grosse section.
Pour les Batterie HT : obligation de rajouter un nombre minimum de module 48V permettant d’atteindre la tension de travail de l’onduleur ici 150V. Dans notre exemple, deux piles de 3 modules en HT, alors qu’en BT on peut rajouter les modules sans contrainte d’empilement. En revanche l’onduleur dans une configuration BT, est souvent plus costaud et donc plus onéreux car il voit passer plus d’ampères.
Les systèmes en HT sont donc préférables dans certains cas, car ils réduisent les courants et minimisent les pertes.
Attention : Il est important de veiller à avoir un onduleur hybride spécifique pour chaque configuration (soit compatible avec une batterie HT ou soit avec votre batterie BT).
REM :
Les maisons de plus de 10 ans peuvent bénéficier du taux de TVA réduit de 6 % pour la rénovation de leur logement (y compris investissement batterie).
REM :
Il est important de noter que l’installation de batteries domestiques devra obligatoirement être signalée au gestionnaire de réseau de distribution. Celui-ci exigera une attestation de contrôle de conformité de l’installation, délivrée par un organisme agréé.
REM :
La durée de vie des batteries classiques (LiFePO4) est estimée à 10 ans ou environ 6000 cycles, avec une perte de la capacité de la batterie estimée de 1 à 2,5 % par an, mais nous avons encore peu de retour sur les batteries domestiques.
REM : Ne pas laisser les batteries (LiFePO4) en dessous de 15°C sous risque d'une baisse de courant de charge.
REM : Attention aux systèmes fermés (aussi appelés systèmes propriétaires) qui obligent de rester chez le même fabriquant, souvent moins cher mais limitant car peu de compatibilité avec des équipements tiers (ex: Huawei, Tesla, Sonnen, ...) .
Batteries domestiques : technologies dominantes
Les Lithium-ion (ancienne génération), les Lithium Fer Phosphate (génération actuelle) et les Sodium Fer Phosphate (nouvelle génération).
Les plus commercialisés aujourd’hui sont les batterie LiFePO4 (plus lourdes et volumineuses, sensibles au froid mais réputée pour leur fiabilité) par rapport au Lithium-ion (que l’on continue de retrouve plutôt dans nos GSM, ordinateurs,… pour leur compacité). Les batteries LiFePO4 ont une tension nominale de 3,2V par cellule, contre 3,6V pour les Lithium-ion. Cela signifie qu’à volume équivalent, elles délivrent légèrement moins de puissance.
Batterie solution au décrochage des onduleurs ? en construction
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Hydroélectricité
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Biométhanisation
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Bois-énergie
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Géothermie
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Éolien
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