Onduleur de chaîne ou micro-onduleurs pour une installation photovoltaïque

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Une centrale photovoltaïque nécessite d’installer un onduleur. Beaucoup s’interrogent sur le choix à faire entre un onduleur de chaîne et des micro-onduleurs.
Certains ont des avis très tranchés et c’est un sujet qui peut « fâcher » dans les discussions et approches.
Nous faisons dans cet article le point en abordant divers critères.
Précisons que le choix peut surtout se poser pour les projets d’installations en résidentiel et s’il s’agit de puissances modestes.

1. L'onduleur photovoltaïque : quelques rappels fondamentaux

Le choix du type d’onduleur constitue une question sensible, et il y a souvent un grand clivage dans les avis. Pourtant il n’y a pas de réponse catégorique, il ne s’agit pas de dire qu’une installation photovoltaïque est plus performante avec un onduleur de chaîne ou des micro-onduleurs. Ce sont deux technologies très fiables qui fonctionnent tout aussi bien, il est toutefois indispensable de choisir l’onduleur adapté selon la configuration.
Qu’il s’agisse d’un onduleur de chaîne ou d’un micro-onduleur, les fonctions sont identiques, l’onduleur permet de convertir le courant continu généré par les panneaux photovoltaïques en courant alternatif aux caractéristiques identiques au courant provenant du réseau de distribution. Il doit également analyser et optimiser la production des panneaux.
L’onduleur de chaîne est relié à l’ensemble des panneaux, eux-mêmes branchés en série et associés en une ou plusieurs chaînes. Un seul et même onduleur gère donc l’ensemble des panneaux (et l’ensemble des chaînes si elles sont multiples).
Le micro-onduleur est une version « miniature » de l’onduleur, toutefois pour ce type d’installation, chaque panneau a son propre micro-onduleur (voire un micro-onduleur pour deux ou quatre panneaux). Chaque panneau photovoltaïque est géré par le micro onduleur qui lui est associé.
Il convient de faire le choix en fonction de la configuration de l’installation, en tenant compte des coûts, des garanties, des conditions d’intervention et de maintenance, et l’éventuelle évolution future du système.

2. Choix du type d'onduleur photovoltaïque : tenir compte de l'ombrage et son impact sur la production

✦ Ombrage et impact sur la production avec micro-onduleurs

Dans le cas d’une installation photovoltaïque impactée par un masque d’ombre connu, l’utilisation de micro-onduleurs est généralement privilégiée.
Avec des micro-onduleurs, les panneaux restent parfaitement indépendants, la production de chaque panneau est « dissociée ». Si un panneau présente une défaillance ou si la production est moindre en raison d’un masque d’ombre, seule la production du panneau concerné est altérée, la production générée par le reste l’installation n’est pas impactée. En résumé, si un panneau produit moins d’énergie que tous les autres panneaux, ces derniers continuent de fonctionner normalement et de manière optimale.

✦ Ombrage et impact sur la production avec un onduleur de chaîne

Lorsqu’une installation comporte un onduleur de chaîne, les panneaux étant montés en série, si la production d’un seul panneau est moindre en raison d’un ombrage ou défectuosité alors tous les panneaux de la même chaîne se verront impactés, la production est alignée sur la production la plus faible. Nous parlons ici de production, en réalité il est question de la puissance P (en Watts) du courant, celle-ci est égale au produit de la tension U (en Volts) par l’intensité I (en Ampères). Dans un branchement en série c’est l’intensité la plus faible qui prime, donc celle du panneau ayant la puissance la plus faible, et de facto, celui qui produit le moins.
Les technologies dans le domaine du photovoltaïque évoluent très vite, il existe maintenant des onduleurs de chaîne qui intègrent une fonction permettant de mieux gérer l’ombrage. Outre le tracker MPP intégré pour trouver le point de puissance maximale et optimiser constamment la production en ajustant le couple tension/intensité, l’ingénierie et l’algorithme intelligent utilisés peuvent aussi permettre de ne pas « tenir compte du panneau ombragé » dans les calculs. L’onduleur avec dispositif de gestion d’ombrage peut repérer la baisse de puissance provoquée par une ombre portée et agir sur les diodes by-pass dont la fonction est de contourner le circuit qui serait impacté par un ombrage. La perte de production est ainsi limitée.
Notons qu’une installation peut comporter plusieurs chaînes de panneaux montés en série, cette solution permet de répartir les panneaux selon leur exposition aux rayons solaires et l’ombrage et de limiter l’impact sur une même chaîne de panneaux photovoltaïques.

➥ Pour plus de détails, voir FAQ la question En cas d’ombrage comment limiter l’impact sur la production de l’installation photovoltaïque ?

3. Choix de la puissance et du modèle d'onduleur photovoltaïque

✦ Une histoire de puissance

La puissance de l’onduleur de chaîne est à déterminer en fonction de la puissance du générateur photovoltaïque (= l’ensemble des panneaux photovoltaïques). Le choix de l’onduleur est un point fondamental, tout technicien doit veiller à ce que l’onduleur soit le plus efficace en performances et production considérant la puissance et les conditions d’exploitation de l’installation. Prenons l’exemple d’une installation d’une puissance de 3 kWc, il convient dans ce cas de choisir un onduleur de puissance similaire en kW pour atteindre une production optimale. La puissance de l’onduleur peut néanmoins être un peu sous-dimensionnée considérant la puissance du générateur. Ainsi, un onduleur de 3 kW peut en général gérer un générateur d’une puissance de 4,5 kWc max, néanmoins la puissance maximale en sortie reste de 3 kVA.
Lorsqu’il s’agit d’une installation photovoltaïque avec micro-onduleurs, dans certaines circonstances et selon les caractéristiques des équipements (panneaux et micro-onduleurs), la production peut quelquefois être bridée en fonction de la puissance en sortie en VA des micro-onduleurs. On parle de l’écrêtage. Ce phénomène ne se produit toutefois que ponctuellement, seulement sur quelques heures et seulement si la puissance en sortie en insuffisante. Il faut donc veiller à choisir judicieusement le modèle de micro-onduleur en fonction de sa puissance maximale en entrée et en sortie (dite aussi puissance apparente) et la puissance du panneau photovoltaïque. Il est impératif de trouver le « bon combo » pour une production optimale et éviter le phénomène d’écrêtage.

Note : attention cependant aux confusions ! La puissance en watts-crête d’un panneau correspond à la puissance maximale pouvant être atteinte dans des conditions idéales, soit celles dans lesquelles le panneau a été testé en laboratoire (conditions STC). Or, en conditions réelles, les rayons lumineux ne frappent pas les cellules à la perpendiculaire (la hauteur du soleil est en outre fluctuante au fil des heures et des saisons), l’orientation idéale plein sud est rarement celle constatée, le ciel peut être couvert, et il ne fait pas 25°C maximum à longueur de temps. Un panneau de 400 Wc ne produira donc que très exceptionnellement 400 Wc et ce dans de très rares configurations se rapprochant des conditions de laboratoire. La puissance réelle maximale, donc celle en entrée du micro-onduleur est généralement inférieure à celle de la puissance crête du panneau (en moyenne il faut compter une diminution de 15% environ).

✦ Une histoire de phases

L’onduleur de chaîne utilisé doit être adapté à la configuration de l’installation électrique selon le nombre de phases, il peut être monophasé ou triphasé.
Pour les micro-onduleurs, certaines marques proposent des équipements qui sont à la fois adaptés à une installation en monophasé ou triphasé, le dispositif de découplage associé pour répondre aux normes de sécurité doit par contre être choisi en fonction du nombre de phases. Pour d’autres marques de micro-onduleurs, il faudra choisir le modèle selon le nombre de phases.

4. Choix du type d'onduleur photovoltaïque : tenir compte du coût

✦ Le coût lorsqu’il s’agit d’un onduleur de chaîne

D’une manière générale, le coût d’un onduleur de chaîne est moins élevé comparé au coût engendré par le nombre de micro-onduleurs nécessaires pour une installation de puissance équivalente. Toutefois, pour le résidentiel, les puissances installées restent modestes, la différence est généralement peu conséquente (à qualité de produit similaire).
 Le coût d’un onduleur de chaîne varie selon sa technologie, la puissance, le nombre de MPPT, son type (monophasé ou triphasé) et bien entendu selon le fabricant. La garantie de base ou l’extension accordée payante ou non a également une incidence sur le coût.
Par ailleurs, un onduleur de chaîne nécessite de mettre en place un coffret de protection DC pour le courant continu et un coffret de protection AC pour le courant alternatif, c’est un coût à prendre en compte.

✦ Le coût lorsqu’il s’agit de micro-onduleurs 

Une installation photovoltaïque avec micro-onduleurs revient généralement plus cher qu’une installation avec un onduleur de chaîne. Toutefois tout dépend de la marque et des caractéristiques techniques et technologiques.
Le courant délivré en sortie du micro-onduleur est en courant alternatif, le coffret de protection DC (courant continu) est donc inutile, c’est un coût en moins qu’il faut prendre en considération dans la « balance ».
Le coût de l’ensemble des micro-onduleurs nécessaires varie selon leur technologie et les caractéristiques techniques, le fabricant et le nombre de micro-onduleurs à intégrer. Certains fabricants proposent des micro-onduleurs qui permettent d’être chacun connecté à deux voire quatre panneaux. Cela peut être une solution pour faire baisser le coût. Attention, si un micro-onduleur tombe en panne et est associé à plusieurs panneaux (2 à 4), alors ce sont tous ces panneaux qui sont dans l’incapacité de produire. Permettre d’avoir des panneaux « indépendants » les uns des autres en capacité de production est un des atouts de l’utilisation des micro-onduleurs, lorsque ces derniers gèrent plusieurs panneaux, cet intérêt est moindre en cas de panne du micro-onduleur. Lorsqu’il y a un micro-onduleur pour chaque panneau, qu’il y ait une défaillance au niveau du panneau ou du micro-onduleur, tous les autres panneaux restent opérationnels et continuent de produire de manière optimale.
Pour faire le choix des micro-onduleurs selon leur coût, il faut en réalité prendre en considération la durée de garantie proposée avec ou sans extension, la qualité, les technologies, les caractéristiques techniques et puissances. Mais ce n’est pas tout ! En effet, il n’y a pas que le micro-onduleur qui importe, il est indispensable de tenir aussi compte des équipements et dispositifs qui leur sont associés, tel que le dispositif de découplage ou l’équipement de communication (aussi appelé passerelle de communication) et le logiciel ou l’application permettant le monitoring (certains sont mieux conçus, d’autres sont moins clairs en termes de lecture et/ou ne donnent pas autant d’informations). En outre, rappelons que certains sont soit en monophasé soit en triphasé, il peut y avoir une incidence sur le coût.

5. Choix du type d'onduleur photovoltaïque : tenir compte de la garantie

✦ La garantie d’un onduleur de chaîne

Pour les onduleurs de chaîne la garantie peut généralement aller de 5 à 12 ans selon la marque et l’extension accordée (dans certains cas il faut valider l’extension via internet). Certaines marques proposent des extensions jusqu’à 20 ans, mais le surcoût est souvent très dissuasif.
L’onduleur de chaîne est en moyenne à changer après 10 à 12 ans de fonctionnement.

✦ La garantie d’un micro-onduleur

Pour les micro-onduleurs, la garantie peut aller jusqu’à 25 ans selon la marque et l’éventuelle extension.
C’est toutefois une technologie plus récente comparativement aux onduleurs de chaîne, il y a donc moins de recul.
La marque Enphase est la plus réputée et la plus ancienne. C’est en outre la marque qui bénéficie de la plus longue garantie et « d’office » (sans extension payante nécessaire). Leurs premières commercialisations remontent à la fin des années 2000.
Même si aujourd’hui il est impossible de se fier à une expérimentation sur plus de 20 ou 30 ans, ce n’est pas non plus une technologie qui date seulement d’hier, leur fiabilité est reconnue. Leur durée de vie est estimée à au moins 25 ans. Certes, cela ne peut être avéré puisque les premiers micro-onduleurs n’ont pas été installés il y a plus de 25 ans, néanmoins le peu de retours et leur grande fiabilité ont plutôt tendance à confirmer leur grande durabilité (d’autant plus pour la marque la plus ancienne). 
Attention toutefois, pour bénéficier de la garantie longue durée des micro-onduleurs il faut impérativement être équipé d’une passerelle de communication connectée à internet (celle préconisée par le fabricant).

6. Choix du type d'onduleur photovoltaïque : tenir compte du SAV

✦ Accès et facilité d’intervention

Certains argumentent l’avantage de l’accessibilité de l’onduleur de chaîne, s’il y a une panne il est plus aisé d’intervenir puisque ce dernier n’est pas sur le toit, c’est incontestable.
S’il faut changer de micro-onduleur, il faut monter sur le toit et démonter le panneau auquel est associé le micro-onduleur défectueux pour y avoir accès.
Un argument à modérer : les installateurs sont habitués à monter sur les toitures et à y évoluer de manière surprenante pour les non-initiés. Concrètement, si la toiture ne présente pas une grande difficulté d’accès, ce qui représente la grande majorité des installations (du point de vue « installateur  » bien entendu), alors le remplacement d’un micro-onduleur ne devrait pas nécessiter plus de 40 minutes, 25 minutes peuvent même suffire…

Panne d’un onduleur et production

Si l’onduleur de chaîne est en panne, c’est alors toute la production photovoltaïque qui est stoppée.
Concernant une installation photovoltaïque avec des micro-onduleurs, il est peu probable qu’une panne concerne plusieurs micro-onduleurs en même temps, seul le ou les panneaux associés au micro-onduleur défectueux ne produisent plus.
Le monitoring lié à une installation photovoltaïque avec micro-onduleurs permet d’identifier à distance quel micro-onduleur est défectueux, la pièce peut alors être commandée et l’installateur pourra dès réception venir procéder au remplacement. Pendant le temps écoulé, le reste de l’installation continue de fonctionner et produire.
Dans le cas d’une panne d’onduleur de chaîne, l’installateur devra logiquement se déplacer pour identifier la cause de la panne, s’il s’agit d’une défectuosité du matériel, il faudra généralement patienter pour procéder à l’échange, tout dépendra du temps nécessaire à la livraison du matériel à échanger (si la durée de garantie est toujours valide). Si la garantie n’est plus valide, le temps d’attente dépendra du stock de l’installateur, il pourra remplacer avec l’onduleur de son choix. Pendant toute la durée nécessaire pour procéder au remplacement, l’installation ne produit plus d’énergie…

Micro-onduleurs : risque de surchauffe ?

Contrairement à ce qui peut être souvent dit, les micro-onduleurs supportent très bien la chaleur, même dans le sud de la France ! La plage de température de l’air ambiant tolérée pour des performances optimales est généralement de -40°C à 60°C (généralement -25°C à 60°C pour un onduleur de chaîne). Or les micro-onduleurs sont positionnés à l’arrière des panneaux, contrairement aux cellules photovoltaïques, ils ne subissent pas le rayonnement « direct », il y a la chaleur de l’air ambiant et la chaleur produite par les panneaux (par dissipation de l’énergie) mais de là à atteindre 60° C…

7. Entretien, lieu de pose et surveillance selon le type d'onduleur photovoltaïque

✦ Entretien pour un onduleur de chaîne

Si l’installation comporte un onduleur de chaîne ou hybride, il convient de veiller à ce qu’il y ait une bonne ventilation. Il est nécessaire de dépoussiérer les entrées et sorties d’air régulièrement, les aérations ne doivent pas être obstruées.
 Le local lui-même doit aussi permettre une bonne aération de l’onduleur. Rien ne doit faire « obstacle » à la ventilation et il faut limiter autant que possible la présence de poussières qui pourraient s’infiltrer dans l’onduleur.
L’état de l’onduleur doit également être vérifié, la présence d’humidité peut par exemple corroder certaines pièces.

 Entretien pour un micro-onduleur

Si l’installation comprend des micro-onduleurs, aucune maintenance n’est nécessaire. Positionnés à l’arrière des panneaux photovoltaïques, ils ne subissent généralement pas l’accumulation de poussières (qui auraient de toute façon peu d’incidence sur le petit boîtier protecteur). Le vent et le brassage d’air en extérieur permet leur entretien et ils sont protégés par les panneaux. C’est une bonne chose puisqu’il ne sont pas accessibles ! Et n’oublions pas qu’ils sont conçus pour être installés en extérieur.

Surveillance et monitoring

La plupart des installations photovoltaïques sont dotées d’un système de monitoring, donc de surveillance de la production en temps réel, il peut également permettre de visualiser la consommation (selon le modèle utilisé et la marque).
Avec un onduleur de chaîne, le monitoring permet de voir la production globale, avec des micro-onduleurs il est possible de voir la production par panneau et il est ainsi très aisé d’identifier quel onduleur ne fonctionne pas en cas de panne.

Où installer l’onduleur de chaîne ?

Il est recommandé d’installer l’onduleur dans un endroit sec et convenablement ventilé, idéalement dans un milieu frais et à l’abris de la lumière directe du soleil. Il est bien entendu préconisé de choisir un milieu exempt de poussière excessive.
Installer l’onduleur au plus proche du tableau électrique est bien entendu la solution idéale, tout en limitant au mieux la distance de câblage jusqu’au générateur photovoltaïque (courant continu).
L’onduleur doit, bien évidemment, être fixé contre une paroi verticale solide et robuste, capable de supporter le poids de l’appareil mais aussi la chaleur dégagée.
L’emplacement doit garantir une protection mécanique de l’onduleur (il faut éviter les possibilités de chocs et d’accès à des animaux qui pourraient endommager l’appareil). L’onduleur doit être installé à une distance de sécurité de tout matériau inflammable, d’équipements générant une très forte température ou d’une zone présentant un risque d’explosion…
L’onduleur de chaîne génère un très léger bruit, il est préférable de l’installer dans un endroit peu fréquenté et d’éviter les espaces de vie.
Il n’y a pas ces problématiques avec les micro-onduleurs puisqu’ils sont en extérieur sous les panneaux.

8. Evolution de la puissance selon le type d'onduleur photovoltaïque

Comme mentionné plus haut, la puissance de l’onduleur de chaîne doit être adaptée en fonction de la puissance du générateur photovoltaïque (l’ensemble des panneaux). Si l’installation doit par la suite être augmentée en puissance, et donc en nombre de panneaux, il faudra la plupart du temps changer l’onduleur initial qui ne serait plus alors assez « puissant », soit installer un second onduleur. Avec des micro-onduleurs, il n’y a pas cette contrainte puisque les panneaux sont tous indépendants et gérés par le micro-onduleur auquel il est associé, il est donc plus aisé d’augmenter le nombre de panneaux et d’ajouter le nombre de micro-onduleurs nécessaires.
Certains onduleurs de chaînes et les micros-onduleurs de dernière génération permettent d’évoluer vers une installation avec stockage, il faudra veiller à avoir tous les équipements associés appropriés. Néanmoins, les onduleurs hybrides sont les plus adaptés et les plus performants par leurs technologies et possibilités de gestion de l’énergie produite.

Pour plus d’informations sur les onduleurs, voir l’article  Installation solaire photovoltaïque :  l’onduleur, fonctions, rôles et types

9. Les optimiseurs de puissance

Il est également possible d’opter pour des optimiseurs de puissance, tout comme les micro-onduleurs, ils sont placés sous les panneaux photovoltaïques. Comme leur nom l’indique leur fonction est d’optimiser et d’améliorer la production en fonction des contraintes d’exposition. 
Le terme « optimiseur » est néanmoins à modérer car en réalité tous les onduleurs de chaîne et les micro-onduleurs ont cette fonction d’optimisation grâce au dispositif MPPT précédemment évoqué. Dans de nombreux descriptifs, il est expliqué qu’ils sont plus performants grâce à la technologie MPPT, c’est un argument quelque peu biaisé et trompeur puisqu’il est présenté comme avantage supplémentaire, or cette technologie est aussi utilisée pour les micro-onduleurs et onduleurs de chaînes modernes. L’atout majeur serait leur capacité à mieux gérer et améliorer la production même par faible luminosité.
Attention, contrairement aux micro-onduleurs, les optimiseurs ne convertissent pas le courant généré par les panneaux en courant alternatif, il est donc nécessaire d’ajouter un onduleur de chaîne pour assurer cette fonction. En fait, il y a alors double optimisation, celle de la production d’un panneau avec son optimiseur et celle de l’ensemble du générateur grâce à l’onduleur de chaîne.
Tout comme pour les micro-onduleurs, les optimiseurs permettent un monitoring de la production de chaque panneau.
La garantie d’un optimiseur est généralement de 20 ans, c’est un argument favorable. Oui mais… L’onduleur de chaîne qui est, malgré tout indispensable, bénéficie quant à lui d’une garantie n’excédant pas 10 ou 12 ans dans la plupart des cas, et sa durabilité est de 10 à 12 ans en moyenne, c’est un critère qu’il ne faut pas négliger.
Avec des optimiseurs+onduleur, on multiplie les équipements et les branchements, ce qui augmente, de facto, les risques de défaillances et pannes. On le sait, plus une installation est complexe en équipements, composants et connexions, plus le potentiel de défaillances et de dysfonctionnements est accru.
Enfin, les optimiseurs consomment eux aussi de l’énergie, cette consommation est additionnelle à celle de l’onduleur (même en veille), les quelques gains en capacité de production sont donc à pondérer avec l’énergie consommée pour leur fonctionnement.
Les optimiseurs ne convertissent pas le courant en courant alternatif, ils sont donc compatibles si l’installation évolue finalement avec intégration d’un système de stockage adapté. En effet, il est préférable et plus performant de « rester » sur du courant continu. Mais c’est pareil, les avancées sont considérables, le fabricant de micro-onduleurs Enphase a mis au point une solution permettant le stockage sur batterie. Leurs micro-onduleurs dernière génération sont compatibles à l’utilisation de batteries, en outre, ils peuvent aussi être associés à un ensemble de dispositifs permettant de continuer à produire malgré une coupure de courant (les coûts sont encore à l’heure actuelle prohibitifs, gare à la rentabilité).

Note : concernant les installations avec stockage, à l’heure actuelle les onduleurs hybrides sont vraiment les plus adaptés, ce sont des perles de technologies avec une gestion intelligente artificielle très aboutie de la production qui est soit autoconsommée en instantanée, stockée si non consommée pour une utilisation ultérieure, ou injectée sur le réseau. Les différents modes permettent une grande modularité d’utilisation de l’énergie produite, et sont en outre très adaptés pour garantir une certaine autonomie en cas de coupure de réseau.

Pour plus d’informations sur les onduleurs hybrides, voir l’article  Installation solaire photovoltaïque :  l’onduleur, fonctions, rôles et types

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L’onduleur de chaîne et le micro-onduleur ont chacun leurs avantages et inconvénients. Le choix du type d’onduleur ne doit pas être négligé, l’onduleur doit correspondre aux attentes et être approprié à la configuration du projet. Tous les critères évoqués sont à prendre en considérations, c’est à chacun d’évaluer où sont les priorités. Chacune de ces technologies fonctionne très bien !
Pour les projets de puissances conséquentes nécessitant de nombreux panneaux, notamment pour les projets professionnels, le choix de l’onduleur de chaîne est indéniablement le plus pertinent.
Acsolue Energie
 et son partenaire installateur proposent des systèmes photovoltaïques avec onduleurs de chaîne, onduleurs hybrides ou micro-onduleurs. C’est en tenant compte de toutes les informations dont nous avons fait mention que chaque futur producteur est à même de faire son choix.

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