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Mar 16, 2023

Installation solaire photovoltaïque à faire soi-même : Construire une centrale électrique de balcon

Depuis quelque temps, je suis un peu jaloux du solaire PV en toiture

Depuis quelque temps, je suis un peu jaloux des installations solaires photovoltaïques sur les toits de ma région. À long terme, ils cochent toutes les cases pour réduire les émissions de CO2 et contribuer à maintenir nos modes de vie énergivores. Je n'habite pas depuis longtemps dans une maison, donc je suis un peu en retard pour le match. J'ai envisagé une installation sur le toit, mais le taux de tarif de rachat est maintenant tombé si bas qu'il faudrait beaucoup de temps pour récupérer les dépenses. En plus de cela, le processus d'installation serait assez perturbateur. Troisièmement, c'est probablement un échec de ma part, mais j'hésite à faire appel à quelqu'un pour faire un travail (en particulier électrique) que je pourrais probablement faire moi-même et ainsi acquérir une expérience et des connaissances précieuses dans le processus. En Allemagne, une grande installation de raccordement au réseau sur le toit implique beaucoup de paperasse et nous sommes alors taxés sur l'électricité autoproduite et consommée.

J'avais mis l'idée au fond de ma tête depuis trop longtemps maintenant, mais après avoir installé une station de charge solaire pour tondeuse robot en 2020, j'ai commencé à penser aux avantages d'une installation photovoltaïque relativement modeste reliée au réseau. J'ai fait des recherches pour savoir ce qui était disponible et je suis tombé sur le terme "balcon solaire" (voir l'encadré "Qu'est-ce qu'un balcon solaire ?") qui décrit une configuration qui pourrait bien être ce que je cherchais.

Après avoir examiné les zones grises juridiques, j'ai voulu déterminer si un tel mini-système solaire relié au réseau serait vraiment viable financièrement. Pour les petites installations de la taille d'un balcon, vous pouvez choisir entre une configuration à un ou deux panneaux. Une configuration à panneau unique peut générer une puissance de pointe d'environ 300 Wc (le petit « p » signifie pic) et nous obtenons 600 Wc avec une configuration à deux panneaux.

Pour vérifier l'insolation solaire dans ma région, j'ai étudié la carte produite par le service météorologique allemand qui montre l'énergie solaire moyenne par an en Europe et plus précisément en Allemagne (Chiffre1 ). Vous pouvez également trouver de nombreux calculateurs de rendement solaire sur Internet. Je vis dans le sud baigné de soleil de Baden, ce qui signifie que je peux compter sur un rayonnement solaire annuel de près de 1 200 kWh par m2 dans des conditions optimales. En supposant un rendement de 20 % pour des cellules solaires monocristallines, je pourrais produire jusqu'à 240 kWh par m2 et par an. Une configuration à deux panneaux me conviendra mieux, un panneau moderne dans la plage de puissance de 320 à 370 Wc a une surface utile d'environ 1,6 m2. Ainsi, une récolte annuelle de près de 770 kWh devrait être possible à partir de deux panneaux. En utilisant ce rendement avec le prix actuel (30 ¢ par kWh) de l'électricité en Allemagne, ma centrale électrique de balcon me permettrait d'économiser jusqu'à 230 € par an. Le prix d'achat de mon système était presque exactement de 600 €. Ce simple calcul signifie que le système serait rentabilisé en deux ans et sept mois !

Je souhaite! Pour que cela soit réaliste, les panneaux doivent être inclinés de manière optimale pour collecter un maximum d'énergie et il ne doit y avoir aucune perte dans l'onduleur et le câblage et aucun ombrage de la végétation ou des bâtiments aériens. Cela suppose également que toute l'énergie produite est utilisée en interne et que rien n'est exporté vers le réseau. Pour un appartement unipersonnel dont l'occupant est au travail pendant la journée, une grande partie de l'électricité produite sera exportée vers le réseau. Dans ce cas, un seul panneau de 300 W devrait suffire amplement. Chez moi, nous utilisons deux réfrigérateurs et un congélateur ; ma mère aime regarder la télévision pendant la journée et je travaille au bureau à domicile où un PC combiné à un grand écran fonctionne pendant la journée. Avec d'autres appareils électriques et verrues murales, notre utilisation de base dépassera facilement la puissance d'un seul panneau de 300 W. Une configuration de 600 Wc ne semble pas surdimensionnée.

Si je calcule avec une utilisation conservatrice de 75 %, dans des conditions optimales, cela donne une économie annuelle sur les coûts d'électricité d'environ 170 €. Mon emplacement prévu pour les panneaux n'est pas non plus idéal : il n'y aura pas d'ombrage sur les panneaux, mais l'angle d'élévation est juste 5° et ils seront orientés exactement sud-sud-est à 135°. Je profiterai moins du soleil du soir, mais davantage du rayonnement diffus. Si je soustrais prudemment 25% pour en tenir compte, j'obtiens une économie annuelle d'un peu plus de 125 €. À un coût de 600 €, ma centrale électrique de balcon sera probablement amortie en quatre ans. Dès lors, tout est de l'argent à la banque.

Si vous obtenez une subvention pour le système (la ville voisine de Fribourg, par exemple, fait un don de 200 €), le remboursement sera beaucoup plus rapide. Avec une installation de bricolage, les coûts sont minimes, mais cela ne tient pas compte des dépenses supplémentaires pour le remplacement des compteurs sur lesquelles certains fournisseurs de services publics peuvent insister. Par exemple, la nécessité d'un compteur dit bidirectionnel est actuellement débattue (un compteur doit avoir un anti-retour au minimum). Le matériel acheté doit également être fiable, les pièces défaillantes doivent être remplacées, ce qui rend le système beaucoup moins rentable.

Je pourrais améliorer l'angle des panneaux pour augmenter l'efficacité, mais ils semblent moins intrusifs à plat avec le toit existant et j'obtiens un meilleur rendement en été, lorsque la climatisation fonctionne parfois pendant la journée (pas si bonne en hiver cependant).

Une centrale électrique de balcon se compose de cellules solaires, d'un onduleur synchrone relié au réseau et des moyens de connexion au réseau domestique. Ce dernier composant est souvent une connexion enfichable Wieland spéciale (Chiffre2 ), car en Allemagne, nous sommes autorisés à utiliser une fiche et une prise pour connecter la sortie du système tout en respectant la sécurité et certaines restrictions. Au Royaume-Uni, ce n'est pas autorisé; vous devez connecter la sortie via un interrupteur sectionneur à fusible double. L'onduleur est le composant clé du système. Il convertit la basse tension CC d'un panneau solaire en une tension CA conforme aux normes et pouvant être alimentée de 230 V. L'onduleur réseau surveille de près la tension du réseau CA pour s'assurer que l'alimentation fournie par les panneaux est synchronisée. Débranchez l'onduleur du réseau et la sortie de l'onduleur s'éteint en quelques millisecondes.

Lors du choix de votre système, vous devez tenir compte de la puissance de sortie, de la puissance d'alimentation maximale, de la plage de tension de fonctionnement des modules solaires et de la qualité de fabrication. J'ai opté pour l'onduleur HM-600 de Hoymiles. Il coûte 220 € et selon les avis des utilisateurs semble être fiable. J'ai lu des choses douteuses sur les onduleurs moins chers ; Je leur ai donné une large place. D'autres onduleurs de bonne qualité sont disponibles.

Le HM-600 offre une puissance de sortie de crête de 600 W et peut gérer une entrée de deux panneaux dans la plage de puissance de 240 à 380 Wp. Il atteint un rendement d'au moins 96,5 % et consomme moins de 50 mW la nuit. Une copie d'Elektor est utilisée comme comparaison de taille dansChiffre3 . Il pèse 3 kg et est assez plat pour pouvoir être monté sous un panneau. Le câble long en bas est le raccordement au réseau (pour lequel un couplage approprié est nécessaire) et le câble court avec une fiche épaisse en haut est le raccordement aux onduleurs supplémentaires (un capuchon doit être installé ici). Vous devez également commander les deux pièces (Chiffre4 ). Une vue de dessous est donnée dansChiffre5.

Les calculs d'onduleur et d'efficacité jouent un rôle dans le choix des panneaux photovoltaïques. Pour obtenir 600 W de la sortie de l'onduleur, les panneaux devraient mieux produire au-delà de cela pour avoir une certaine réserve. Des panneaux photovoltaïques plus efficaces coûtent plus cher. J'ai choisi deux panneaux monocristallins de 330 Wc de chez Jinko Solar (Figure 6 ). Ceux-ci fourniront au moins 10% de réserve. Dans la classe supérieure à 300 Wc, presque tous les panneaux, avec quelques légères déviations, mesurent 166,5 x 100,2 cm et pèsent un peu moins de 20 kg. La garantie du panneau Jinko indique qu'après 25 ans, sa production sera d'au moins 80 % de sa production initiale. Les panneaux se vendent 150 €.

Les coûts de livraison des plus gros composants du système seront élevés, il vaut donc la peine d'envisager un ramassage auprès d'un distributeur local. Deux panneaux rentrent dans une voiture de taille moyenne avec les sièges arrière rabattus à plat.

Dans certains pays, il peut être permis de simplement brancher la sortie d'une centrale électrique de balcon dans une prise murale standard à 3 broches. En Allemagne, nous sommes autorisés à utiliser une alternative sans contact comme le connecteur Wieland (35 €). Le risque d'électrocution est minime car l'onduleur s'éteint dès que la prise est retirée. Au Royaume-Uni, cependant, les réglementations de câblage IET empêchent l'utilisation d'un connecteur standard ou blindé à 3 broches, mais nous en reparlerons plus tard.

La connexion peut être câblée en parallèle à une prise de courant existante dans l'anneau principal à un endroit pratique. Alternativement, il peut être câblé à l'unité de consommation avec son propre disjoncteur. En utilisant la première méthode, le MCB de l'anneau principal existant peut devoir être déclassé. Au Royaume-Uni, les prises secteur sont évaluées à 13 A et le câblage de l'anneau principal est généralement protégé par un MCB de 32 A au niveau de l'unité de consommation. Avec la sortie de l'onduleur connectée à une prise secteur, il injectera un courant supplémentaire qui ne sera pas détecté par le MCB de la prise. Une centrale de balcon de 600 W pourrait ajouter 2,6 A supplémentaires au courant, ce qui, dans le pire des cas, surchargerait la prise de courant. Pour plus de sécurité, son MCB 13 A doit être remplacé par le calibre suivant le plus bas (10 A).

En tenant compte de cela et en vérifiant qu'il y avait une capacité de réserve dans mon unité de consommation, j'ai choisi de connecter la centrale électrique directement à l'unité de consommation avec son propre MCB 10 A. Pour cela, j'ai fait passer 15 m de câble et j'ai percé un certain nombre de trous pour y accéder. Cela m'a permis d'économiser 35 € pour le connecteur et me donne la possibilité d'enregistrer très facilement la puissance injectée dans le système. Il existe, bien sûr, des systèmes sophistiqués avec des applications pour afficher la production d'énergie en temps réel sur un téléphone mobile, mais je pensais que cela s'égarait en territoire exagéré. Tout ce dont j'ai besoin est un total cumulé de production d'électricité qui peut être affiché via un compteur kWh monté sur rail DIN à faible coût coûtant moins de 10 €. L'unité de consommation étendue peut être vue dansChiffre7 . Le petit enregistreur de puissance est en bas à gauche. Le gros plan deChiffre8 montre la lecture de 3,8 kWh après le premier jour du 9 mai 2021 - heureusement, une journée complètement sans nuages. Cela revient à 1,14 €. Mon calcul initial d'un revenu annuel net de 125 € commence à paraître assez réaliste.

CommeChiffre7 spectacles, j'ai déjà un compteur d'électricité moderne avec un cliquet de sécurité. Si vous avez encore un compteur électromécanique de style ancien, sans antidévireur, il fonctionnera à l'envers lorsque la sortie du panneau solaire dépassera la consommation domestique. Si cela se produit, vous pourriez dire que vous utilisez le réseau comme une pseudo batterie que vous "déchargez" lorsque vous avez besoin de plus d'énergie ou que vous "chargez" à partir de votre excès d'énergie. Même certains politiciens avaient montré des pensées naïves comme celle-ci, mais ce n'est ni logique ni permis ! C'est illégal et vous devez respecter les règles. Chaque pays a son propre organisme de réglementation et au Royaume-Uni, vous devez remplir et renvoyer un formulaire de recommandation d'ingénierie G98 à votre opérateur de réseau de distribution (DNO) dans les 28 jours suivant l'installation. Pour trouver votre opérateur de réseau, entrez votre code postal ici.

La grande majorité des installations solaires plug-in n'auront pas besoin d'un permis de construire au Royaume-Uni car elles sont classées comme "développement autorisé" à condition que la propriété ne soit pas un bâtiment classé ou ne soit pas située dans une zone d'une beauté naturelle exceptionnelle ou dans un parc national . Il est de votre responsabilité de vérifier si un permis de construire est requis pour l'installation solaire. En cas de doute, contactez le service de planification de votre autorité locale ou visitez la section solaire du portail de planification ici.

En Allemagne, vous devez enregistrer votre centrale électrique de balcon auprès de l'exploitant du réseau et de l'Agence fédérale des réseaux le jour de la mise en service. C'est obligatoire - même pour les très petits systèmes comme le mien. Vous pouvez le faire en ligne, cela prend moins de dix minutes. Si votre propre système est enregistré dans le "registre des données de base du marché", il sera signalé au fournisseur respectif, mais cela ne signifie pas que vous n'avez pas besoin de vous enregistrer vous-même. Ils échangeront alors un ancien compteur contre un nouveau avec antidévireur ou le remplaceront par un compteur bidirectionnel.

Il n'est probablement pas utile d'enregistrer le système pour produire un retour d'alimentation. En Allemagne, le tarif de rachat est actuellement de 7,47 centimes par kWh. Si, par exemple, 25 % de ma récolte estimée de 480 kWh par an étaient considérés comme de l'alimentation, cela rapporterait 145 kWh x 7,47 centimes, soit près de 11 € par an ou quelques bières. Cela couvre à peine les frais supplémentaires et les formalités administratives supplémentaires. Mieux vaut donner tout excédent d'énergie au réseau ; cela donnera bonne conscience en sachant qu'il a contribué d'une manière infime à réduire la consommation de combustibles fossiles et la production de CO2.

DansChiffre9 , vous pouvez voir que j'ai utilisé des supports en acier inoxydable robustes pour fixer les deux panneaux photovoltaïques sur le toit d'une véranda qui jouxte directement la maison. Des fixations spéciales sont disponibles pour les toits en tuiles. Pour un toit plat, il existe des supports en acier prêts à l'emploi pour donner l'angle de montage de panneau optimal pour l'Europe centrale. L'onduleur est monté sous un panneau et un câblage résistant aux intempéries passe dans le sous-sol via des conduits de câbles, puis avec un câblage NYM jusqu'à l'unité de consommation. Il va de soi que toute intervention sur une installation électrique domestique ne doit être effectuée que par un électricien dûment qualifié. En Allemagne, vous devez avoir l'expertise nécessaire et être qualifié pour travailler sur le câblage domestique et l'unité de consommation. En cas de doute, faites appel à un installateur agréé par l'opérateur du réseau.

Les réglementations de câblage IET au Royaume-Uni stipulent qu'une personne « qualifiée en électricité » (pas nécessairement un électricien qualifié) peut entreprendre l'installation d'un kit solaire enfichable. Tous les travaux doivent être conformes à la dernière édition des réglementations de câblage des installations électriques de l'IET. En Allemagne, il est possible de câbler une prise murale Wieland dans l'anneau principal afin que la sortie de l'onduleur puisse simplement être branchée. Ceci n'est pas approuvé au Royaume-Uni ; la règle 551.7.2(ii) stipule : "Le microgénérateur (panneaux solaires) ne doit pas être connecté au circuit final au moyen d'une fiche et d'une prise". Le microgénérateur doit plutôt être connecté via un interrupteur sectionneur bipolaire de 13 A câblé à l'anneau principal existant, comme dérivation d'un anneau principal ou via un circuit radial dédié. La partie P des règlements de construction du Royaume-Uni (sections 2.7 et 2.8) stipule que l'ajout d'une unité de connexion à fusible est classé comme un travail non notifiable (sauf s'il fait partie d'une installation de salle de bain).

Au total, la réalisation des fentes, l'installation des chemins de câbles, la pose des câbles, le perçage des angles en inox, la modification de l'unité de consommation et l'installation des panneaux m'ont pris moins de trois jours ouvrables. Un "technicien en installation solaire" expérimenté aurait sans aucun doute fait le travail en deux fois moins de temps, mais j'ai la satisfaction de savoir que j'ai installé le système moi-même et que je le connais si quelque chose devait être remplacé.Chiffredix montre une vue latérale du système immédiatement après l'achèvement. Oh, c'est là que j'ai laissé l'échelle.

De nombreux fabricants en Allemagne proposent un système de balcon solaire plug-n-play complet à brancher sur une prise secteur. Ces systèmes peuvent être opérationnels très rapidement, mais vous devriez vérifier si vous pouvez acheter les composants individuels à moindre coût. Personnellement, j'aime faire des recherches. De cette façon, je peux choisir des composants pour construire un système qui répond à mes besoins.

Avec le recul, maintenant que c'est terminé, est-ce que je vous recommande de l'essayer ? Certainement! J'avoue être un peu obsédé par le suivi de la récolte d'énergie. J'ai remarqué que vous pouvez même vous attendre à quelques centaines de wattheures les jours nuageux avec de la pluie. Ce que j'attends avec impatience, c'est le plein été où je peux me détendre avec une bière en sachant que les panneaux photovoltaïques qui me protègent du soleil ont joué un rôle dans le refroidissement de la bière. Le fonctionnement en hiver devrait également être intéressant. À cette époque l'année prochaine, je saurai comment les choses se sont réellement passées avec la récolte électrique en 2021.

Vous pourriez être tenté d'ajouter un ou deux systèmes PV supplémentaires ; les onduleurs sont même équipés de connecteurs AC permettant de connecter plusieurs systèmes en guirlande. En Allemagne, cela pousserait la puissance de la centrale électrique à plus de 600 W et rendrait nécessaire le recours à un ingénieur d'installation et augmenterait inévitablement la paperasserie nécessaire. Dans tous les cas, pour toute installation de balcon solaire, vous devrez informer l'opérateur du réseau qui se rendra sur place et vérifiera que le compteur électrique existant est compatible (au moins équipé d'un cliquet anti-recul). De toute façon, vous ne gagnerez pas autant d'un système plus grand, car toute puissance excédentaire de ces installations simples - qui ne mesurent pas l'énergie générée pour les paiements FiT - sera simplement reversée au réseau.

La situation après exactement un an de fonctionnement : à l'origine, j'avais calculé approximativement une "récolte d'énergie" de 480 Wh/an. Après 196 jours, le compteur du système indiquait déjà 410,8 kWh, mais c'était la phase estivale. Aujourd'hui, exactement après la première année, l'affichage (voirFigure 11 ) indique 632,7 kWh/an. Après 365 jours, cela fait un étonnant 1,73 kWh par jour. C'est bien mieux que ce que j'avais estimé l'année dernière quand je l'ai mis en place et encore un peu mieux que ce que j'avais prédit il y a 6 mois (589 kWh/an) alors que je disposais déjà de données empiriques. En tout cas, je suis positivement surpris !

Si 75 % de celui-ci est utilisé et que je calcule avec 30 ¢/kWh de mon ancien contrat, cela se traduirait par une économie d'environ 474,5 kWh * 0,3 € ≈ 142 €/an. Pas mal, n'est-ce pas ? Le fait que j'économise autant est également évident sur mon compteur principal, car par rapport aux années précédentes, sans autre changement que pour la centrale électrique du balcon, il y a environ 500 kWh (= 150 €) de moins sur le compteur électrique. Mathématiquement, cela se traduirait par un retour sur investissement d'exactement quatre ans. Mais le retour sur investissement réel est inférieur à quatre ans. C'est encore plus rapide si l'on considère les prix de l'électricité actuellement beaucoup plus chers d'au moins 42 ¢/kWh en Allemagne en raison de la guerre en Ukraine. Ainsi, l'année prochaine, j'économiserai probablement environ 200 € et ma centrale électrique de balcon sera probablement amortie en un peu plus de trois ans, compte tenu de la crise énergétique actuelle. Où d'autre pouvez-vous obtenir un taux d'intérêt bien supérieur à 25 % ?