Dimensionnement panneaux P-V et onduleur + Mono ou Triphasé

Bonjour.

J'ai pourtant lu un bon nombre de discussions sur le sujet, surtout sur BricoZone ... Mais un résumé s'impose, je pense.

Je prévois d'installer 10 panneaux solaires de 425 Wc sur un pan de toiture et, un an plus tard s'il se révèle que ce n'est pas suffisant, 5 autres sur un autre pan de toiture. SunPower Maxeon 3 - 425 .
Le câblage de raccordement des panneaux F-V (en toiture, évidemment) jusqu'à l'onduleur (en cave) se ferait par les câbles 'Suncab Solar 6 mm² 1,8 kVdc Cca' qui conviennent au raccordement de chaînes de panneaux et que j'ai récemment installés. (Pas de micro-onduleur, pour lesquels du XVB conviendrait).

Dans ma maison bientôt centenaire,
⦁ le raccordement au réseau public de distribution (GRD FLuvius) est en 3 x 230 V (triangle; sans neutre) et le disjoncteur du compteur est de 50 A triphasé !
⦁ l'installation électrique comporte beaucoup de boîtiers de dérivation, pas de séparation des lignes de prises et d'éclairage, des départs en triphasé et d'autres en monophasé, des départs sans fil de mise à la terre, ... J'espère que la nouvelle version de l'AREI de mars 2023 permet une mise à jour du 'tableau électrique de répartition' sans contraindre aussitôt à une mise à jour des câbles dans les murs.
⦁ dans un nouveau et spacieux 'tableau électrique de distribution' et de disjoncteurs, j'achève ces jours-ci la migration des circuits électriques (mono- et triphasés). De la place est prévue en réserve, notament pour le disjoncteur triphasé pour un onduleur.
⦁ nous consommons annuellement en moyenne 2.200 kWh/an d'électricité en heures de jour et 1.800 kWh/an en heures de nuit = 4.000 kWh/an au total.

Dimensionnement du disjoncteur de l'onduleur
Le disjoncteur d'entrée (40 A triphasé) dans le tableau de répartition est de calibre suffisant pour alimenter simultanément ± 80 % de l'ensemble des circuits, lorsque l'onduleur ne produit rien.
Supposons que le rendement de l'onduleur vaille 94 %. 10 panneaux de 425 Wc = 4.250 Wc,
soit 94 % x 4.250 Wc = 4.000 W max
⦁ En monophasé 230 V : 17,4 A. Un double disjoncteur M-Th de 16 A ne suffit pas.
⦁ En triphasé 3 x 230 V : 10 A . Un triple disjoncteur M-Th de 10 A suffirait.
Mais qu'à cause d'une grande différence de prix et de la rare disponibilité en commerce d'onduleurs en 3 x 230 V (triangle), un tel onduleur ne se vend que très rarement chez les particuliers. Vous confirmez ? (= question #1).

Inversément (pour un rendement de l'onduleur de 94 %),
⦁ En monophasé, un double disjoncteur M-Th de 20 A permettrait le raccordement à un onduleur qui est à même de produire jusqu'à 4.890 W max, soit de panneaux P-V pour un total de 5.200 Wc.
⦁ En triphasé 3 x 230 V, un triple disjoncteur M-Th de 16 A permettrait le raccordement à un onduleur qui est à même de produire jusqu'à 6.370 W max, soit de panneaux P-V pour un total de 7.500 Wc (10 + 5 panneaux solaires de 425 Wc = 6.375 Wc).

Question #2 : Y aurait-il une autre raison pour laquelle un onduleur triphasé (3 x 230 V = triangle) s'avèrerait plus intéressant à installer qu'un monophasé. Comme le compteur digital fait quand même la somme des énergies des trois phases directement à l'injection, un onduleur monophasé devrait suffire (Coût moindre mais disjoncteur à ampérage sensiblement plus élevé).

Question #3 : Le disjoncteur de l'onduleur doit-il obligatoirement être précédé par un disjoncteur différentiel ? De 300 mA ou de 30 mA ?

En supposant qu'il pourrait arriver des moments de consommation nulle par tous les circuits de la maison, simultanément à une production d'électricité maximale de puissance de l'onduleur, celui-ci injecterait cette production vers le GRD. Pas de problème avec un calibre de 20 A pour le disjoncteur de l'onduleur monophasé et de 40 A pour celui du GRD.

Mais ce qui précède ne dit toujours pas
⦁ quel est le rapport applicable en Belgique entre la puissance de crête de la totalité des panneaux P-V installés et la production annuelle d'électricité (kWh) d'une puissance donnée ? Cela dépend de tellement de paramètres : la latitude, l'orientation de la normale des panneaux, les conditions météorologiques (variables d'une année à l'autre), des panneaux plus performants pour des cieux couverts ou ouverts, ...
⦁ pour une auto-consommation annuelle de 4.000 kWh, quel devrait être le temps de production d'un onduleur d'une certaine puissance ? À priori seulement 4.000 kWh demanderaient 1.000 heures de fonctionnement pour un onduleur sachant produire 4.000 W (17,4 A en monophasé) et de 628 jeures pour un onduleur sachant produire 6.370 W (10 A en triphasé triangle).
Question #4 : Quelle est cette puissance totale de panneaux qu'il faudrait installer pour une auto-consommation de 4.000 kWh ? 4.500 Wc ou bien de 6.750 Wc ?
Et quel serait le temps de fonctionnement (production) de l'onduleur ?

Et je ne tiens pas compte ici
⦁ du fait qu'en Frlandre, l'utilisation du GRD comme zone de stockage de l'énergie que le prosumer rappelle pendant les heures où l'onduleur ne peut pas/plus produire en suffisance, il doit racheter cette énergie au tarif normal, réduit de seulement ± 25 % (en moyenne). Sauf erreur de ma part.
⦁ de l'emploi d'une batterie électrique.
⦁ du fait qu'il me faut une installation (dans batteries) amortissable en 5 ans au maximum.

Question #5 : S'il s'avère intéressant d'installer un onduleur hybride triphasé (3 x 230 V !), quels sont les marques et leurs détaillants ? Quelles sont les tensions DC minimales à l'entrée pour que l'onduleur se mette à produire ?

Merci d'avance pour vos réponses.

Question #1: de nombreux onduleurs triphasés sont compatibles avec le réseau sans neutre. Mais ils doivent alors être choisis en conséquence (en tenant compte du facteur 1.7). Comme vous etes en Flandre, le tarif prosumer ne s'applique pas. Vous pourriez très bien installer un onduleur de 7kVA en triphasé, qui donnerait aux aelntours de 4.2 kVA réels.
Question #2 : dans votre cas un monophasé est tout à fait ok aussi.
Question #3: présence obligatoire d'un différentiel de 300mA en tête oui.
Question #4: on prend souvent le taux d'auto consommation de 36% comme exemple plus ou moins réaliste. Ce qui veut dire que vous ne consommez en direct que 36% de votre production. Vous pouvez l'améliorer en insytallant une batterie, jusque 60 à 70%. Mais les 30% qui restent devront transiter par le réseau.
Question #5: c'est trop général comme question désolé..

Bonjour.

Merci JeanPhi500 pour votre réponse à la plupart de mes questions.

un onduleur de 7 kVA en triphasé, qui donnerait aux alentours de 4.2 kVA réels.

Cliquez pour agrandir...

Pardon ? Le rendement d'un onduleur triphasé n'atteindrait donc que ± 60 % et non ± 94 % ? (Et en monophasé probablement un peu moins, n'est-ce pas ?)
Cela impliquerait que pour pouvoir disposer de 4,2 kVA réels, il faudrait installer pour 7.000 W réels de panneaux solaires ? Soit d'environ 11.000 Wcr ? ( À nouveau, quel est ce facteur de conversion W/Wcr en pratique ?) Soit 26 panneaux de 425 Wcr ?

J'espère que d'autres lecteurs pourront me renseigner des URLs où je trouverais réponse à ma question #4 :

⦁ quel est le rapport applicable en Belgique entre la puissance de crête de la totalité des panneaux P-V installés et la production annuelle d'électricité (kWh) d'une puissance donnée ?
⦁ pour une auto-consommation annuelle de 4.000 kWh, quel devrait être le temps de production d'un onduleur d'une certaine puissance ? À priori seulement, 4.000 kWh demanderaient 1.000 heures de fonctionnement pour un onduleur sachant produire 4.000 W (17,4 A en monophasé) et de 628 jeures pour un onduleur sachant produire 6.370 W (10 A en triphasé triangle).

Cliquez pour agrandir...

Il me semble pourtant que ce sont deux questions fondamentales, incontournables, de départ, d'intérêt général ... que se pose toute personne se demandant si elle a vraiment intérêt à placer des panneaux solaires photo-voltaïques ...

Merci d'avance pour vos réponses.

Pour l'onduleur c'est uniquement parce que les onduleurs sont concus pour du triphasé avec neutre. Qui fonctionnent en 3x400V.
Chez vous en 3x230 ils ne donneront pas leur pleine puissance car la limitation est en courant et non en puissance.

En Belgique, actuellement on est quasiment à 1000kWh par kWc pour une installation au sud.

Pour l'auto consommation il est impossible de donner une réponse générale. Elle dépend fortement du profil de consommation. Une personne avec du chauffage électrique a un profil bien différent.

Bonjour.

Merci JeanPhi500 pour votre réponse.

Pour la détermination ou la vérification de la puissance nominale de sortie d'un onduleur pour panneaux P-V, on pourrait à première vue appliquer le raisonnement en sens inverse :
Plutôt que de se dire

En supposant qu'il pourrait arriver des moments de consommation nulle par tous les circuits de la maison, simultanément à une production d'électricité maximale de puissance de l'onduleur, celui-ci injecterait cette production vers le GRD. Pas de problème avec un calibre de 20 A pour le disjoncteur de l'onduleur monophasé et de 40 A pour celui du GRD.

Cliquez pour agrandir...

, on part du calibre du disjoncteur de raccordement au GRD : 40 A, et on cherche quel serait la puissance nominale de l'onduleur inférieure à ce calibre. Le disjoncteur de raccordement au GRD ne sautera pas si la puissance nominale de l'onduleur ne dépasse pas environ 36 A (40 A - 10 %), soit
⦁ en monophasé : 8,28 kVA (230 V x 36 A)
⦁ en triphasé : 3 x 230 V, 14 kVA (230 V x 36 A x racine carrée de 3).
Mais ce raisonnement ne tient pas compte de l'auto-consommation.
Pas d'objection ?

Cette puissance nominale maximale d'onduleur à installer déterminerait le temps de recharge le plus rapide d'une batterie électrique domestique. En supposant un jour de couverture du ciel moyenne (Belgique) et une durée d'"ensoleillement" moyenne quotidienne de 8 heures, garantissant que l'onduleur produise à 75 %, cela conduirait à une recharge de batterie de
⦁ en monophasé : 49,68 kVAh (8,28 kVA x 8 h x 75 %)
⦁ en triphasé : 84 kVAh (14 kVA x 8 h x 75 %).
Et ces valeurs de recharge d'électricité sont probablement et respectivement 10 et 17 fois trop grandes pour une habitation consommant ± 4.000 kWh annuellement.
Mais ce raisonnement ne tient pas compte du fait que tout onduleur ne produit jamais sa puissance maximale toute la journée. 75 % correspond à la réalité pour la Belgique ?
Qu'en pensez-vous ?

Merci d'avance pour vos réponses.

Va sur un site comme thomasberger
Tu auras un profil journalier type theorique selon la date que tu choisis en fonction des kwc prevu et de leur localisation et angles …..
A toi de voir apres

Pour ma part j ai calculé une remise en capacité de la batterie en 3h d onduleur ( donc au max donc au pic de midi )
Batterie videe dans la nuit
Ça permet de bien la remplir en hiver des que le soleil est la
Mais au prix qu elle est deja pleine vers midi en ete

mais il te faut connaitre ton profil de conso pour cela

En gros pour dimensionner un onduleur en Flandre, c'est bcp plus simple qu'en Wallonie (où à cause de la contrainte du tarif prosumer on a tendance à sous dimensionner l'onduleur).

la puissance crête des panneaux est déterminée en conditions STC (des conditions de test standardisées) qui sont de 1000W/m2 d'irradiation et une température cellule de 25 degrés. 1000W c'est assez réaliste comme valeur d'irradiation du soleil en direct et pour une angle d'incidence d'environ 90 degrés.
mais la température c'est loin d'être réaliste. En plein soleil, la température va vite monter. Et un panneau perd environ 0.35% de sa puissance par degré au dessus de 25. Donc pour 60 à 70 degrés température cellule en plein été, vous avez vite 15% en moins. Donc un panneau de 400Wc par exemple ne donnera plus que 340 maximum en plein cagnard. Et avec un angle d'incidence proche de la perpendiculaire.

Donc en fonction de la saison, vous aurez un maximum qui va varier, rien qu'à cause de la hauteur du soleil quand il atteint son zénith journalier. En Belgique, quand on fait la moyenne des angles d'incidence par rapport à la latitude on arrive à un optimum de 35 degrés. Ca tombe bien c'est justement la pente moyenne des toitures en Belgique

Tout ça pour dire que à 35 degrés de pente, certains moments de l'année on pourra atteindre jusqu'à 85% de sa puissance crête au maximum les jours de ciel bleu. C'est souvent cette valeur qu'on utilise comme règle générale de dimensionnement de l'onduleur. Cette valeur évite les écrêtages (moment où l'onduleur limite sa puissance de sortie).
Ca ne veut pas dire qu'il n'y en aura pas du tout, notamment des jours nuageux où on peut dépasser la valeur crête quand le soleil revient juste après avoir été caché par le soleil. Mais ces cas sont marginaux.

Au passage il est relativement inutile d'aller au delà de cette puissance. Car les onduleurs ont une puissance nominale où leur rendement est le meilleur. Et c'est quasiment chaque fois lorsque la puissance est proche de la puissance maximum. Donc surdimensionner un onduleur c'est équivalent à le faire fonctionner à un point qui ne sera pas optimal.

La valeur de 85% est évidemment à adapter en fonction de l'orientation. Et le conseil de Kenny d'aller voir sur le site thomas berger est le bon.

Bonjour.

Merci pour avoir pris un temps estimable pour me répondre, Kenny82 et JeanPhi500.

Finalement, compte tenu de

• d'une installation de soit 4.250 Wc, soit 6.375 Wc de panneaux P-V
• d'un rendement d'un onduleur monophasé de 85 %
• du fait que je ne compte sur un fonctionnement normal de l'onduleur (opérationnel à basse luminosité et aux saturations rares) que durant les trimestres à cheval sur les équinoxes de printemps (6 févr. au 6 mai) et d'automne (6 août au 6 nov.).
  • Au trimestre à cheval sur le solstice d'hivers (6 nov. au 6 févr.), je ne pense pas pouvoir attendre un apport sensible de mon installation P-V.
  • Au trimestre à cheval sur le solstice d'été (6 mai au 6 août), je m'attends à ce que l'installation délivre beaucoup d'excédent d'énergie au réseau de distribution, et comme en Flandre le prix que nous en donnent les fournisseurs d'électricité n'est en moyenne que le quart de celui que nous payons pour en consommer ...

, je pense qu'un onduleur respectivement de (3.610 VA) 3.500 VA ou de (5.420 VA) 5.000 VA conviendrait. Et une batterie électrique de 5 kVAh.

Maintenant le site Thomas Berger ... https://www.thomasberger.be/pv/pvcalc/

Pour la batterie il faut a minima une batterie de capacite egale a la conso de 17h a 9h
Ou a une conso journalière

Le dimensionnement des onduleurs est bon.

Si les onduleurs font 3,6
La batterie ne pourra pas etre de plus de 10-12kWh pour moi pour être honnêtement rechargee facilement
Et donc etre utilisable

Merci pour avoir pris le temps pour me répondre, JeanPhi500 et Kenny82..

Sont donc déterminés pour mon cas :
⦁ Les panneaux P-V : Maxeon - SPR-Max3-425 de SunPower - 425 Wp par panneau et 70,0 Vmpp
10 panneaux sur un pan de toiture (+ éventuellement 5 sur un autre pan, mais qui produisent à un moment légèrement décalé des 10 premiers dans la journée)
⦁ La puissance de l'onduleur encore à trouver : De 3.500 VA (3.610 VA) (voir intervention précédente) [ou de 5.000 VA (5.420 VA)].
⦁ Une batterie électrique de 5 kVAh.

Je suis donc passé à l'étape de la recherche sur le marché d'un onduleur (monophasé, hybride, de secours, ...) et à l'observation de leurs caractéristiques techniques ( pour l'exemple).Plusieurs questions surgitssent, dont la suivante qui concerne la tension d'entré max. (p.ex. 600 VDC), la tension de démarrage de l'onduleur (p.ex. 120 VDC) et la plage de tension MPPT (p.ex.90-520 VDC).
Pour l'exemple ici, soit les caractéristiques techniques de l'onduleur RHI-[3,6K ou 5K]-48ES-SG de Solis.

Le nombre de panneaux d'une chaîne se calcule bien comme ci-suit ?

• Durant les trimestres à cheval sur le solstice d'été (6 mai au 6 août),

• Durant les trimestres à cheval sur les équinoxes de printemps (6 févr. au 6 mai) et d'automne (6 août au 6 nov.), la tension DC totale de chaîne devrait évoluer le plus souvent dans la plage de tension MPPT (90 à 520 VDC).
  Malheureusement, le site de Thomas Berger (21 juin : 6,3 Wh/Wp) seul ne permet de s'assurer que de la captation d'énergie :
  
  • 3.500 VA (3.610 VA) : 22,90 kWh ce jour.
    
  • 5.000 VA (5.420 VA) : 34,38 kWh ce jour.
  • Le cadre pop-up de données d'insolation détaillées (Pointer sur la courbe orange) et les caractéristiques du panneau P-V devraient conduire à la valeur maximale de la tension de crête générée par un panneau neuf.

• Durant les trimestres à cheval sur le solstice d'hivers (6 nov. au 6 févr.), je ne pense pas pouvoir attendre un apport substantiel de cette installation P-V.

Pour ce type d'onduleur, je ne pourrais donc pas mettre plus de 8 panneaux de 70,0 VDCmax en série. Question 1 : Exact ?

Si c'est bien 8, ce n'est pas très compatible avec les 10 panneaux de mon premier pan de toiture (et première entrée de chaîne). Je serais obligé d'adopter 10 + 5 panneaux :
⦁ 1e chaîne : Pan de toiture principal. Seulement 8 panneaux des 10.
⦁ 2e chaîne : les 2 panneaux restants du pan principal, en série avec les 5 panneaux du second pan de toiture.
Et donc 15 panneaux et un onduleur de 5.000 VA plutôt que 10 panneaux et un onduleur de 3.500 VA.
Question 2 : Comment éviter ce bricolage ?

Bizarre : Ma tension de démarrage de l'onduleur est de 120 VDC alors que la plage de MPPT démarre à 90 VDC.

Merci pour vos réponses.

Attention que la tension Vmp est très constante lorsque l'onduleur a trouvé le point de fonctionnement optimal.
C'ets principalement alors le courant qui varie en fonction de l'ensoleillement.

Et on doit compter la tension en circuit ouvert, Voc pour connaitre le nombre de panneaux max par string.
Ce chiffre ne peut dépasser la tension DC max de l'onduleur, ni d'ailleurs la tension max de 750V (c'est une directive du RGIE ici). En l'occurence avec du Maxeon c'est 81V

Les panneaux doivent être orientés de la même manière sur une même chaine
Vous devrez donc faire des chaines de 5 panneaux. Et mettre 2 chaines en parallèle sur une entrée si vous avez 10 panneaux que vous voulez grouper.