Optimiseurs de modules PV : aussi utiles qu’un frigo au pôle Nord. 

#Optimiser la production énergétique des modules PV de manière intelligente et sûre à la fois. Ajout de composants électroniques ou solution intégrée ? En quoi les optimiseurs de modules peuvent constituer un risque pour la sécurité ? Et comment les opérateurs et les installateurs peuvent-ils bénéficier d’une efficacité et d’une sécurité accrues grâce au logiciel intégré SMA ShadeFix ? Hannes Knopf, Expert en technologies d’onduleurs strings, partage ses connaissances sur le sujet.

Une étude a comparé différentes technologies d’optimisation de la production de modules PV. La solution logicielle SMA ShadeFix s’est avérée plus efficace que les solutions matérielles MLPE (Module Level Power Electronics). Comment expliquer un tel résultat ?

La particularité des onduleurs strings SMA est l’intégration de la technologie d’optimisation SMA ShadeFix. Cette dernière permet aux installations PV de convertir automatiquement le rayonnement lumineux du soleil en courant alternatif et ce, même en cas d’ombrage. Je suis particulièrement ravi que cela ait été confirmé par une étude scientifique. Elle démontre que les solutions matérielles pour la gestion de l’ombrage permettent d’augmenter la production des modules PV que dans de rares situations, comme par exemple en cas d’ombrage permanent très important. Cependant, dans la majorité des installations PV, les optimiseurs sont aussi utiles qu’un frigo au pôle Nord.

Produire de l’énergie à l’ombre. Cela semble paradoxal. Comment cela fonctionne-t-il ?

A proprement parler, cela n’est pas possible. Ou du moins, de façon négligeable. En revanche, dans le cas d’installations PV, les modules PV ne sont ombragés que temporairement au cours d’une journée, par exemple le matin ou le soir. Il s’agit par exemple des ombres projetées par une cheminée, une lucarne ou encore un arbre. Et c’est précisément là que notre technologie prend tout son sens. Elle est conçue pour garantir que l’onduleur tire toujours la puissance maximale des modules PV, même à l’ombre.
Pour simplifier, on peut présenter les choses ainsi : la vitesse à laquelle les électrons traversent cellules photovoltaïques des modules dépend de l’irradiation du soleil. Au soleil, ils se déplacent très vite. A l’inverse, ils sont plus lents à l’ombre. Cela crée une sorte d’embouteillage d’électrons dans la partie ombragée du module. SMA ShadeFix fait contourner la partie ombragée du module, qui ne produit de toute façon que peu d’énergie, et guide les électrons vers la partie exposée. Ils peuvent alors se déplacer à vitesse normale. Le résultat est sans appel : la production d’énergie est plus élevée.

Certains pays exigent toujours l’utilisation d’optimiseurs sous prétexte que l’ajout de composants électroniques augmenterait la sécurité des systèmes.

L’usage des MPLE pour l’isolation au niveau des modules, appelé dispositif d’arrêt rapide, est pertinent pour la sécurité du personnel d’urgence tels que les pompiers. Mais c’est complètement oublier celle des installateurs. Les règles d’arrêt rapide aux États-Unis et la limitation de la tension à 80 volts peuvent mener à une analyse incorrecte de la situation. 80 volts dans un module PV restent dangereux. Et qui peut s’assurer que le dispositif d’arrêt rapide fonctionne encore après 20 ans passés sur un toit ou en cas d’incendie ? De plus, un grand nombre de composants, surtout les connecteurs, augmentent le risque d’incendie dans le système et l’arrêt obligatoire ne fonctionne qu’au niveau des modules. Le temps passé par les installateurs sur le toit se retrouve également fortement rallongé et n’est pas pris en compte. Ils s’exposent pourtant à plus de risques, comme par exemple celui de chutes de hauteur.

Dans les pays où les fonctions d’arrêt au niveau des modules sont obligatoires, nous nous appuyons sur la norme SunSpec de signal d’arrêt rapide et donc sur des appareils et des composants certifiés selon cette même norme.

Les convertisseurs de tension dans le circuit d’alimentation de l’électronique du module ne sont donc pas nécessaires, ce qui réduit de plus de moitié le nombre de composants sur le toit et améliore donc la fiabilité. Par conséquent, la sécurité du personnel d’urgence et des installateurs est améliorée.

Pourquoi a-t-on toujours besoin d’optimiseurs de modules aujourd’hui ?

Bonne question. Les résultats de l’étude sont sans appel. Plus d’électronique sur le toit ne fait pas qu’augmenter le travail d’installation et la probabilité d’erreurs. Cela signifie également un risque d’accident plus élevé pour les installateurs, car ils doivent passer plus de temps sur le toit. De plus, un nombre plus élevé de composants, notamment les connecteurs, augmente le risque d’incendie dans le système. Les modules PV standard sont équipés de deux connecteurs DC. Chaque dispositif MLPE ajouté introduit quatre connecteurs supplémentaires. Le fait de tripler les points de contact augmente les risques de défaillance et d’incendie. Les sources potentielles de danger sont notamment des connecteurs mal montés, des connexions lâches et en particulier une non-compatibilité, c’est-à-dire des connecteurs de différents fabricants.

Si toutefois une partie du système est fortement ombragée, l’utilisation sélective d’un optimiseur peut être justifiée. Un installateur particulièrement compétent est requis pour planifier le système de manière efficace tout comme pour déterminer si un module PV est vraiment utile à l’emplacement désiré. Il n’existe encore aucune technologie permettant de transformer l’ombre en lumière.

Comparaison des composants d’une installation commerciale typique de 50 kW : près de 2000 composants électroniques sont nécessaires dans la solution SMA contre 60 000 pour les optimiseurs de module.

Maximiser la production énergétique pour les clients et la sécurité pour les techniciens. Comment les concepteurs de systèmes peuvent-ils y parvenir ?

La solution est une conception de système aussi simple que possible. C’est ce qui constitue la base d’un système PV qui assure à la fois la sécurité de l’environnement de travail et une production la plus élevée possible pour l’utilisateur tout au long de la durée de vie de l’installation. C’est pour cela que nous intégrons directement les fonctionnalités nécessaires dans nos onduleurs à chaque fois que possible. Ainsi, le logiciel SMA ShadeFix et la fonction de maintenance et surveillance SMA Smart Connected permettent d’optimiser la production énergétique tout au long de la durée de vie du système PV. SMA Smart Connected vérifie en permanence le statut des onduleurs, alerte les installateurs en cas de problème et envoie des conseils de réparation, voire demande un appareil de remplacement automatiquement. Cela permet de réduire les déplacements.

Que se passe-t-il si l’installateur ou l’utilisateur du système PV a déjà opté pour des optimiseurs ?

Ce n’est financièrement pas raisonnable de les retirer d’un système existant. Cela demanderait aux installateurs de retourner sur le toit et investir du temps et du capital risque. Après tout, c’est l’utilisateur qui supporte les coûts. Toutefois, si les optimiseurs sont sur le point d’être remplacés, moderniser le système avec une technologie d’onduleur plus avancée serait une bonne alternative.

Quels seraient vos conseils pour les utilisateurs de systèmes PV ou ceux qui souhaitent en acquérir un ?

Il est essentiel d’être bien conseillé et informé en amont. Ne vous inquiétez pas pour un peu d’ombrage.

*L’Alliance SunSpec est une organisation commerciale regroupant plus de 100 acteurs de l’industrie de l’énergie solaire et du stockage d’Amérique du Nord, d’Europe et d’Asie. Elle a pour but d’établir des normes standard pour l’interopérabilité des systèmes « plug and play ».

Vous souhaitez en savoir plus sur la comparaison entre SMA ShadeFix et les optimiseurs?