Installation photovoltaïque raccordée au réseau

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Une installation photovoltaïque raccordée au réseau permet de produire de l'électricité pour l'envoyer sur le réseau électrique nationale. Ainsi la totalité de la production électrique est utilisée par les consommateurs proches. En France, la plupart des installations photovoltaïques sont reliés au réseau. La majorité d'entre elles bénéficiant d'un achat de l'électricité à un tarif préférentiel par un opérateur électrique. L'installation d'un système photovoltaïque nécessite le respect de normes électriques et architecturales, et fait l'objet de nombreuses démarches administratives avant la mise en service.


Composition d'une installation

Schéma d'une installation photovoltaïque raccordée au réseau

Une installation photovoltaïque raccordée au réseau est généralement composée d'un générateur photovoltaïque, d'un système de pose au sol ou sur toiture, d'un ou plusieurs onduleurs, d'un système de protection électrique, de câbles électriques et d'un compteur réseau. Parfois, l'installation est dotée d'un système de supervision local ou à distance. Dans le cas de l'autoconsommation, des batteries sont ajoutées pour permettre le stockage de l'électricité. Ce type d'installation permet de produire de l'électricité qui sera envoyée directement sur le réseau électrique national avec les caractéristiques adéquates (fréquences, voltage,...).

 

Générateur photovoltaïque

Module photovoltaïque

Un générateur photovoltaïque est composé d'un ou plusieurs modules photovoltaïques. En présence d'un rayonnement lumineux, le générateur photovoltaïque produit un courant électrique continu. Les modules sont connectés en parallèle ou/et en série de façon à obtenir des caractéristiques électriques (tension, courant,...) compatibles avec le ou les onduleurs réseau.

 

Système de pose

Le système de pose permet de maintenir les modules photovoltaïques au sol ou sur une toiture. En France, le type de pose choisi influe sur le prix de l'électricité vendu à l'opérateur électrique.

Intégration au bâti

Générateur photovoltaïque intégré au bâti

L'intégration au bâti consiste à installer le générateur photovoltaïque sur la toiture en remplacement de la couverture. C'est le générateur photovoltaïque qui fait l'étanchéité de la toiture là où il est installé. En France, ce type de pose fait l'objet du meilleur tarif d'achat.

 

Intégration sur le bâti

Générateur photovoltaïque intégré sur le bâti

L'intégration sur le bâti consiste à installer le générateur photovoltaïque sur la couverture de la toiture.

 

Installation au sol

Installation photovoltaïque au sol fixe

L'installation au sol se fait sur des armatures fixes ou sur tracker. Dans le cas d'installations photovoltaïques raccordées au réseau, les générateurs photovoltaïques sont en général de grandes puissances (de 100kWc à plusieurs MWc).

 

Onduleur réseau

L'onduleur réseau est un convertisseur électrique permettant de transformer le courant électrique continu du générateur photovoltaïque en courant alternatif compatible avec le réseau électrique national. Dans le cas d'un raccordement au réseau, l'onduleur doit intégrer un système de découplage au réseau selon la norme VDE 0126-1-1. Dans le cas échéant, un système de découplage externe doit être installé.

Micro-onduleur

Micro-onduleur Enphase

Le micro-onduleur se connecte à un ou deux modules selon les modèles. Il permet une gestion personnalisée et précise de la puissance de chaque module. Il est généralement utilisé pour les installation de 100 Wc à 10 kWc. Son utilisation est avantageuse dans le cas où le générateur photovoltaïque subit de forts ombrages ou des orientations multiples. L'ensemble des micro-onduleurs sont ensuite reliés entre eux au niveau du coffret de protection électrique AC avant l'injection du courant alternatif sur le réseau.

 

Onduleur string

Onduleur string SMA

L'onduleur string se connecte à un ensemble de modules branchés en série appelé string(en général par série d'une dizaine). L'onduleur peut avoir plusieurs entrées et donc se connecter à plusieurs dizaines de modules. Il permet la gestion indépendante de la puissance de chaque string. Chaque générateur photovoltaïque peut comporter plusieurs onduleurs strings. Ainsi, Il est généralement utilisé pour les installations de 1kWc à 100kWc

 

Onduleur central

Onduleur central PowerOne

L'onduleur central se connecte à plusieurs centaines modules en série. Du faite de cette solution centralisée, le coût aux Wc de l'installation est réduite et la maintenance est facilité grâce à des moyens de supervision adaptés. Aussi, dans le cas de grosse centrale photovoltaïque, la gestion du réseau est simplifiée. L'onduleur central est généralement utilisé pour les installations supérieures à 100kWc.

 

Système de protection électrique

L'installation d'un système photovoltaïque est régie par des normes françaises et européennes en terme de sécurité électrique. La norme européenne EN 50160 et la norme française C15-100 relatives aux installations électriques basse tension imposent l'installation de système de protection en courant continu et en courant alternatif.

Protection courant continu

Intérieur d'un coffret de protection courant continu

Une protection courant continu est exigée en amont de l'onduleur. Il est donc placé entre les modules photovoltaïques et l'onduleur. Il comporte au minimum un dispositif de coupure et de sectionnement général DC sur la liaison principale.

La coupure générale DC doit respecter les dispositions suivantes :

  • Tension assignée d’emploi ≥ UOCmax
  • Courant assigné In ≥ 1,25 IscSTC
  • Conformité aux normes de la série NF EN 60947
  • Matériel spécifié pour le courant continu de catégorie d’emploi à minima DC21B avec marquage correspondant
  • Commande des dispositifs de coupure d’urgence facilement reconnaissables et rapidement accessibles à proximité de l’onduleur
  • Coupure électromécanique omnipolaire et simultanée assurée par une commande directe ou par l’intermédiaire d’une action télécommandé

Le sectionnement général DC doit :

  • être bipolaire pour isoler électriquement les 2 conducteurs correspondant à chaque polarité mais peut ne pas être à sectionnement simultané.
  • être spécifié pour le courant continu
  • se situer en amont et à proximité de l’onduleur

Dans la pratique ces deux fonctions sont assurées par un interrupteur-sectionneur.

Dans le cas d'un générateur photovoltaïque comportant plusieurs groupes en parallèle, un système de protection des courants inverse est ajouté.

La protection des biens et des personnes notamment contre les surtensions atmosphériques (la foudre) exigent également l'installation de parafoudres DC.

 

Protection courant alternatif

Intérieur d'un coffret de protection courant alternatif

Une protection courant alternatif est exigée en aval de l'onduleur. Il est donc placé entre l'onduleur et le réseau de distribution. Il comporte au minimum un dispositif de coupure et de sectionnement général AC sur la liaison principale.

Chaque onduleur nécessite l'installation d'un disjoncteur différentiel.

La protection des biens et des personnes notamment contre les surtensions atmosphériques (la foudre) exigent également l'installation de parafoudres AC.

 

Compteur électrique

Compteur de production électrique

Dans le cas d'une installation photovoltaïque reliée au réseau avec injection totale, le gestionnaire du réseau ajoute deux compteurs d'énergie. Un pour mesurer la production d'électricité et un autre pour mesurer la consommation des appareils électriques de l'installation photovoltaïque, notamment les onduleurs.

Dans le cas d'un système en autoconsommation, un seul compteur d'énergie est ajouter pour mesurer la production d'énergie. L'existant continuant de mesurer la consommation électrique du bâtiment.

En règle général, l'onduleur réseau possède une fonction permettant de mesurer la production photovoltaïque. Il est aussi tout à fait possible d'ajouter un compteur externe dans le but de superviser le fonctionnement de l'installation photovoltaïque.

 

Câblage électrique

Une installation photovoltaïque comprend plusieurs types de câble en fonction des contraintes électriques ou extérieure. Le câblage entre les modules photovoltaïques et l'onduleur intègre une connectique particulière pour éviter les risques de chocs électriques pendant l'installation. Enfin toutes les parties métalliques d'une installation photovoltaïque sont interconnectées et reliées à la même prise de terre.


Connectique

Connecteurs MC4 mâle et femelle

Une connectique débrochable spécifique au photovoltaïque est utilisée sur la partie courant continu (modules photovoltaïques, boîtes de jonctions, coffret DC, onduleurs) pour faciliter l'installation et réduire les risques de chocs électrique. L'installation de ces connecteurs sont obligatoires lorsque la tension UOCMAX entre chaque module PV et à l'extrémité de chaque chaîne PV est supérieure à 60V.

Les connecteurs doivent être :

  • spécifiés pour le courant continu et dimensionnés pour des valeurs de tensions et courants identiques ou supérieures à celles des câbles qui en sont équipés.
  • assurer une protection contre les contacts directs
  • être de classe II
  • résister aux conditions extérieures (UV, humidité, température)
  • conformes à la norme NF EN 50521

Dans la pratique, des connecteurs appelés MC3 et MC4 sont utilisés.

 

Câble PV

Câble monoconducteur spécifique au PV

Les câbles reliant les modules au coffret de protection courant continu sont spécifiques au photovoltaïque et ses contraintes. Les câbles utilisés sont communément appelés câble PV. Ce sont des câbles monoconducteurs en cuivre ou en aluminium d'isolement équivalent à la classe II.

Les câbles doivent respecter les caractéristiques suivantes :

  • Isolant de type C2 non propagateur de la flamme
  • Température admissible sur l'âme d'au moins 90°C en régime permanent
  • Stabilité aux UV répondant à la condition d'influence AN3
  • Tension assignée du câble (Uo/U) compatible avec la tension maximum UCOMAX

Les câbles pouvant être utilisés dans les installations photovoltaïques sont spécifiés dans le guide UTE C32-502.

 

Câble U1000R2V

Câble U100R2V de type 3G

Les câbles électriques utilisés entre le coffret de protection continu et l'onduleur et les câbles de la partie courant alternatif sont généralement des câbles U1000R2V lorsqu'ils sont à l'abri du rayonnement solaire direct. Le conducteur est en aluminium ou en cuivre, l'enveloppe isolante en polyéthylène réticulé et la gaine extérieure en PVC.

 

Mise à la terre

L'ensemble des parties métalliques d'une installation photovoltaïque doit être mis à la terre en respectant le principe d'équipotentialité et en évitant les boucles d'induction. Le câble de terre est de couleur vert/jaune de type H07V. Le conducteur est en cuivre et l'isolation en PVC (polychlorure de vinyle). La section minimale des câbles de terre reliant les modules photovoltaïques est de 6mm². La section minimale du câble de terre reliant la prise de terre unique est de 16mm².

Principe de mise en œuvre de l'équipotentialité des modules photovoltaïques.

Supervision

La supervision d'une installation photovoltaïque permet d'évaluer la qualité de fonctionnement du système et à contrario de détecter les éventuelles anomalies. Ce système doit s'inscrire dans le cadre d'une maintenance préventive et curative qui va assurer la longévité de l'installation.

En règle générale les onduleurs ont une capacité de stockage qui enregistre les paramètres de fonctionnement et les données d'erreurs du système photovoltaïque. Il est alors possible de suivre localement ou à distance le fonctionnement du système.

Localement, les principaux paramètres (énergie produite, puissance instantanée,...) sont disponibles sur l'écran d'affichage de l'onduleur. Grâce à des technologies de télécommunication comme l’Ethernet, la wifi, ou le réseau 3G, il est possible de superviser à distance le fonctionnement d'une installation photovoltaïque. C'est option est particulièrement utile pour la maintenance des grandes centrales photovoltaïques.

Normes

Les installations photovoltaïques sont régies par des normes électriques françaises et européennes et des règles d'intégration architecturales.

Électriques

Pour la sécurité des biens et des personnes, l'installation d'un système photovoltaïque doit répondre aux normes électriques suivantes :

  • Norme DIN VDE 0126-1.1 relative au dispositif de déconnexion automatique entre le générateur et le réseau public de distribution.
  • Norme européenne NF EN 50160 relative aux caractéristiques de la tension fournie par les réseaux publics de distribution
  • Norme NF C15-100 relatives aux règles des installations électriques à basse tension
  • Norme NF C14-100 relative aux installations de branchement à basse tension

Ces normes sont spécifiées dans les guides suivants :

  • UTE C15-712-1 : Installations photovoltaïques sans stockage et raccordées au réseau public de distribution
  • UTE C15-400 : Raccordement des générateurs d'énergie électrique dans les installations alimentées par un réseau public de distribution.

Architecturales

En France, les constructions traditionnelles sont régies par la norme DTU (Documents Techniques Unifiés) afin de prévenir des sinistres. Or, les règles architecturales du photovoltaïque sont plus spécifique. Le CSTB (Centre Scientifique et Techniques du Bâtiment) a ainsi créé des homologations de procédés photovoltaïques reconnus par les assureurs : l'ATeC et l'ATEx. Un autre dispositif issu du Grenelle de l'Environnement, le Pass Innovation. C'est une homologation d'une période de 2 ans maximum, mais qui ne nécessite que 3 mois d'étude.

Démarches administratives

Plusieurs démarches administratives sont effectuées avant et après l'installation d'un système photovoltaïque. Celles-ci permettent notamment de s'assurer que l'installation est conforme au plan d'urbanisme de la commune et aux normes électriques en vigueurs. En règle générale, l'ensemble des démarches administratives sont effectuées par l'installateur. Le déroulement des démarches est résumé ci-dessous :

Déroulement d'un projet photovoltaïque relié au réseau
Cliquez sur l'image pour agrandir

A la mairie

Formulaire Cerfa n°13702*02

Avant d'installer un système photovoltaïque, il est préférable de se renseigner auprès de sa mairie afin de connaître les contraintes d'urbanisme relatives au photovoltaïque, notamment si elle possède un plan local d'urbanisme (PLU).

Dans le cas d'une installation photovoltaïque sur un bâtiment existant, il vous sera demandé une simple déclaration préalable. Le formulaire correspondant est le Cerfa n°13702*02, il est disponible ici : formulaire de déclaration préalable

Dans le cas d'une construction neuve, il est préférable d'intégrer l'installation photovoltaïque à la demande de permis de construire.

Bien sûr, le gestionnaire de réseau électrique exige la validation de la déclaration préalable ou du permis de construire avant la mise en service.

 

Auprès du gestionnaire de réseau

Le gestionnaire de réseau (ERdF, dans le cas de la France) doit être sollicité avant l'installation d'un système photovoltaïque à travers une demande de raccordement au réseau électrique. Cela permet d'enregistrer et de préparer le raccordement électrique. La mise en service de l'installation est effectuée dans les 10 jours ouvrés une fois que la validation du Consuel est transmise[1]. Ensuite, une fois le tout terminé, le gestionnaire de réseau transmet le dossier auprès de l'opérateur électrique choisi. ErdF a édité un guide du raccordement des installation de production disponible ici : Guide ERdF

Auprès du Consuel

Formulaire Consuel bleu, spécifique au photovoltaïque

Avant la mise en service, l'installation doit faire l'objet d'une demande de Consuel. La demande de Consuel se fait à l'aide d'un formulaire spécial que l'on commande directement à l'organisme. Cette démarche permet de vérifier que l'installation photovoltaïque est aux normes électriques en vigueur. L'organisme peut tout à fait exiger un contrôle physique de l'installation.

 

Auprès d'un opérateur électrique

Une fois l'installation photovoltaïque mise en service, le gestionnaire de réseau transmet le dossier à l'[[Opérateur électrique[opérateur électrique]] choisi. C'est lui qui achètera l'électricité produite. Un contrat doit être signé par les deux parties. Le principal opérateur électrique EDF a édité un guide des producteurs disponible ici : guide

Installation

L'installation d'un système photovoltaïque raccordé au réseau nécessite des compétences spécifiques en électricité et dans le cas où le système installé sur toiture, des compétences en couverture. Dans le cadre du grenelle de l'environnement, l'ADEME et le ministère du développement durable ont conclu une charte de respect de qualité avec les partenaires du secteur(FFB, CAPEB, Qualibat, Qualit’EnR, Qualifelec). Cette charte porte la mention « Reconnu Garant de l'Environnement » et permet aux particuliers de reconnaître les entreprises respectant les engagements de qualité. D’autres labels existent, tel que InSoCo ou la charte de qualité du réseau Technosolar.

Reconnu Garant de l'Environnement (RGE)

Créée en 2011 par l’État français et l'ADEME, la mention « Reconnu Garant de l'Environnement » est portée dans le photovoltaïque par 4 appellations/qualifications/certifications :

Logo Qualibat
Logo «Eco-artisans»
Logo QualiPV
Logo Qualifelec

Autres labels

Il existe en France, 2 autres labels créés par des associations de particuliers et d'entreprises.

  • InSoCo « Installation Solaire Contrôlée » est une démarche de qualité initiée par le GPPEP (Groupement des Particuliers Producteurs d'Electricité Photovoltaïque). Son objectif principal est l’amélioration continue des prestations dispensées par les installateurs du secteur.
  • Technosolar est une association de professionnels des énergies solaires : installateurs et ensembliers photovoltaiciens, thermiciens solaires.
Logo InSoCo
Logo Technosolar

Tarif d'achat

Depuis la loi du 10 février 2000 (Code de l'énergie L314-1), l'opérateur électrique (EDF ou toute autre régie local) est dans l'obligation d'acheter l'électricité produite par un producteur photovoltaïque. Le niveau de tarif d'achat et les conditions éligibilité sont fixées par arrêtés. Pour les centrales de grande puissance, un dispositif d'appels d'offres a été mis en place (Code de l'énergie L311-10). Ce sont les candidats qui proposent un prix d’achat.

Le surcoût du tarif d’achat est payé par l'ensemble des consommateur d'électricité à travers la Contribution au Service Public de l’Électricité (CSPE).

Le tarif d'achat est réévalué tous les trois mois par la Commission de Régulation de l’Énergie (CRE). Le niveau de tarif d'achat est fonction de la puissance installée et du mode d'intégration.

Tarifs d'achat en vigueur du 01/07/2016 au 30/09/2016[2]
Type d'installation Tarif d'achat
Intégration au bâti [0-9kWc] 24,29 c€/kWh
Intégration simplifiée au bâti [0-36kWc] 12,72 c€/kWh
[36-100kWc] 12,13 c€/kWh
Tout type d'installation [0-12 MWc] 5,65 c€/kWh


Aides financières

Dans le cadre du grenelle de l'environnement, de nombreuses aides financières ont été mises en places afin de favoriser le développement des énergies renouvelables comme le photovoltaïque. Cependant, le photovoltaïque ne bénéficie aujourd'hui que d'un taux de TVA réduit pour les installations inférieures à 3 kWc et de certaines aides locales.

Taux de TVA réduit

Les installations photovoltaïques raccordées au réseau d’une puissance inférieure ou égale à 3 kWc peuvent bénéficier de la TVA à taux réduit sur le coût du matériel et de l'installation. Le taux de TVA réduit est de 10 % depuis le 1er janvier 2014. Toutefois, dans le cadre de mesures transitoires, le taux réduit de 7% reste applicable aux travaux qui respectent les conditions suivantes :

  • devis daté et accepté avec versement d’un acompte de 30% encaissé avant le 1er janvier 2014,
  • solde facturé avant le 1er mars 2014 et encaissé avant le 15 mars 2014.


Crédit d'impôt

Depuis le 1er janvier 2014, l'installation d'un système photovoltaïque ne fait plus l'objet d'un crédit d'impôt.

Bonification du tarif d'achat

Depuis le 12 mars 2014, les installations photovoltaïques dont les panneaux sont fabriqués en Europe ne bénéficient plus de la majoration tarifaire. Toutefois, les projets ayant la demande complète de raccordement déposée avant le 10 mars continueront à bénéficier de la majoration « made in Europe », s'ils y sont éligibles.[3]


Aides locales

Certaines installations photovoltaïques peuvent bénéficier d'aides locales supplémentaires venant de la région ou des collectivités. Pour connaître les différentes aides, il est conseillé de se renseigner auprès de l'Espace Info Énergie du département. Le Syndicat des professionnels de l'énergie solaire Enerplan édite régulièrement un tableau récapitulatif des aides locales. Ce tableau est disponible à cette adresse.


États des lieux

Nombre d'installation PV raccordées au réseau en France, DOM compris

La puissance raccordée au réseau électrique est fin d'année 2013 de 4673 MW. Jusqu'à fin 2011, la puissance cumulée doublait chaque année. A présent, la croissance annuelle est de 10-15 %. [4]

La France, DOM compris, possède ainsi 317 497 installations d'une puissance moyenne de 14,7 kWc.

Les technologies utilisées sont encore majoritairement à base de silicium cristallin. Toutefois, la technologie couche mince fait son apparition depuis peu sur le marché.

 

Liens

Ci-dessous, un lien vers une liste d'installateurs photovoltaïques :

Installateurs

Notes et références

  1. ERdF – Mode d'emploi – Raccorder son installation de production:[1]
  2. Commission de régulation de l'énergie (CRE) - Délibération de la CRE du 21 juillet 2016 portant communication au Gouvernement des valeurs des coefficients S21 et V21 : [2]
  3. SER – Abrogation de la bonification:[3]
  4. Ministère de l’Écologie, du Développement Durable et de l'Énergie – Observation et statistiques – Énergies renouvelables : [4]