Guide complet de l’onduleur pour panneaux photovoltaïques

publié le 25/02/2022 | mis à jour le 17/01/2024 | par Laurie Fouché

Qu’est-ce qu’un onduleur photovoltaïque ?

L’onduleur est un appareil indispensable au bon fonctionnement de panneaux solaires photovoltaïques. Ceux-ci produisent de l’électricité à partir d’énergie solaire. Le courant électrique ainsi produit est dit continu : le déplacement des électrons se fait de manière ininterrompue, toujours dans la même direction (du négatif vers le positif). Or, l’électricité est aujourd’hui majoritairement transportée et utilisée sous forme de courant alternatif : les électrons circulent dans un sens puis dans l’autre et la tension de ce courant est dite sinusoïdale. Bien que courant continu et alternatif aient chacun leurs avantages et inconvénients, c’est le second qui est privilégié en sortie d’installation photovoltaïque.

C’est là la définition de l’onduleur photovoltaïque : il transforme simplement le courant continu en courant alternatif. Notons qu’il est parfois appelé inverter pour panneau solaire, il s’agit de son nom anglais, parfois utilisé en France pour désigner l’onduleur.

Comment fonctionne un onduleur photovoltaïque ?

Pour comprendre parfaitement le fonctionnement d’un onduleur, il faut faire appel à des notions de physique assez poussées. Toutefois, il est possible de se faire une idée générale en s’attardant sur quelques points clefs.

Il existe une branche de la physique appelée « électronique de conversion d’énergie », ou plus couramment « électronique de puissance ». Développée il y a une cinquantaine d’années, elle a pour objet de convertir l’énergie (c’est-à-dire de modifier sa forme) sans pertes liées à cette transformation. En pratique, il existe toujours des pertes de l’ordre de 2 à 10 %, dues notamment à l’imperfection des composants électroniques utilisés. Autrement dit, il n’est à ce jour pas possible d’atteindre un rendement supérieur à 98 %.

L’électronique de puissance a permis de créer plusieurs outils appelés convertisseurs qui sont aujourd’hui largement utilisés en électronique moderne, notamment :

• les onduleurs qui transforment un courant continu en courant alternatif ;
• les redresseurs qui transforment un courant alternatif en courant continu ;
• les hacheurs qui modifient la tension du courant ;
• les gradateurs qui font varier la tension et l’intensité du courant.

Ces convertisseurs de l’électronique de puissance sont fabriqués à partir de plusieurs composants dont :

• des diodes ;
• des transistors (bipolaires, MOS, IGBT) ;
• des thyristors (classiques ou GTO).

Les applications sont multiples ; on retrouve par exemple l’onduleur dans :

• le solaire photovoltaïque ;
• les véhicules électriques ;
• l’alimentation électrique de secours, par exemple les groupes électrogènes ;
• certains postes mobiles de soudure à l’arc ;
• etc.

À quoi sert un onduleur pour panneau solaire ?

Comme vu précédemment, le but principal de l’onduleur photovoltaïque est de transformer le courant produit par les cellules photovoltaïques en courant alternatif pour qu’il puisse être utilisé par la famille (c’est l’autoconsommation électrique) et/ou injecté sur le réseau d’électricité géré par Enedis. Il faut cependant souligner qu’au-delà de la transformation du courant continu en courant alternatif, l’onduleur répond à d’autres besoins. Il peut notamment :

• adapter en permanence la tension à la sortie du ou des panneaux qu’il gère. Il optimise ainsi la production d’électricité et limite les pertes dues à une « mauvaise gestion » ;
• s’arrêter automatiquement en cas de surcharge sur le circuit. Autrement dit, il fait office de disjoncteur pour protéger l’installation et les occupants du logement équipé d’une toiture photovoltaïque ;
• gérer une installation photovoltaïque équipée d’une batterie ;
• être commercialisé avec un logiciel de suivi de la production en temps réel, ce qui permet aux propriétaires de maximiser leur consommation et ainsi rentabiliser les panneaux solaires plus rapidement.

L’onduleur photovoltaïque est donc un élément indispensable de l’installation solaire, qu’il s’agisse d’un simple kit photovoltaïque ou d’une immense ferme solaire.

Quel onduleur pour panneau solaire ?

Le choix d’un onduleur photovoltaïque peut être difficile à faire pour le consommateur lambda. Pour répondre à cette problématique, les différents types d’appareils sont listés et détaillés ci-dessous.

Micro-onduleur photovoltaïque ou onduleur de chaîne ?

Ces deux technologies sont les plus courantes dans le photovoltaïque domestique, c’est-à-dire chez les particuliers. Pour comprendre la différence, il faut savoir qu’un onduleur qui « gère » plusieurs modules photovoltaïques aligne la production de chaque panneau sur celui qui produit le moins. Très concrètement, si un appareil est à l’arrêt, parce qu’il est à l’ombre ou en panne, la production des autres panneaux connectés au même onduleur sera nulle, même si les panneaux eux-mêmes sont en parfait état de fonctionnement.

Il s’agit pourtant de l’option la plus courante : équiper l’installation photovoltaïque d’un onduleur de chaîne ou onduleur string (« string » signifiant « série » en anglais), parfois appelé onduleur central. Le principe est simple : tous les panneaux photovoltaïques sont montés en série et raccordés à un même onduleur, lui-même installé en intérieur. Comme expliqué ci-dessus, cela signifie qu’une baisse de rendement d’un seul panneau fait chuter la production de l’ensemble de l’installation.

L’avantage principal de l’onduleur central (ou string, ou chaîne) est qu’il est plus abordable. De plus, il est installé en intérieur et est donc facilement accessible pour les opérations de maintenance et les réparations. Enfin, la fiabilité de l’onduleur photovoltaïque de chaîne est considérée comme plus élevée que celle des micro-onduleurs, car cette technologie est plus ancienne et éprouvée.

Pour remédier à la baisse de rendement qu’entraîne l’installation d’un onduleur de chaîne, deux solutions existent :

• dans le cas où les différences de production sont dues à une orientation et inclinaison des panneaux photovoltaïques différente (une partie des panneaux orientés sud-est et une autre sud-ouest par exemple), il est intéressant d’investir dans un onduleur capable de gérer plusieurs chaînes. Les modules sont ainsi montés sur deux séries différentes que l’onduleur optimise indépendamment l’une de l’autre ;
• si le problème vient d’un ombrage partiel régulier touchant un ou plusieurs panneaux (cheminée, lucarne, bâtiment voisin, etc.), il est possible d’ajouter des optimiseurs de puissance à l’installation. Ceux-ci assurent alors l’optimisation de la production de chaque panneau, indépendamment des autres.

Une autre option pour optimiser le rendement des panneaux photovoltaïques, consiste à prévoir un onduleur par module. Cela est possible depuis quelques années grâce aux micro-onduleurs, de petits boîtiers fixés directement à l’arrière des panneaux ; ce sont donc des onduleurs photovoltaïques extérieurs. La quantité d’électricité produite est maximale, et ils permettent un suivi précis de la production de chaque appareil. De plus, ils mettent en évidence un panneau en panne de manière instantanée. Leur principal point faible est le prix, très élevé comparé à celui des onduleurs de chaîne.

Ces trois solutions sont donc les plus courantes :

1. onduleur de chaîne (ou central) ;
2. onduleur central avec optimiseurs de puissance ;
3. micro-onduleur.

Onduleur photovoltaïque avec ou sans transformateur ?

Certains onduleurs sont équipés d’un transformateur : celui-ci est responsable de l’isolation galvanique entre les deux circuits électriques en entrée et en sortie de l’onduleur. Cette isolation signifie qu’il n’y a aucune liaison conductrice entre le circuit en courant continu et celui en courant alternatif. Le passage de l’électricité d’un circuit à l’autre se fait alors sous forme électromagnétique.

L’avantage d’un transformateur dans un onduleur est double :

• la séparation galvanique est une protection efficace contre les surtensions éventuelles, qu’elles proviennent du réseau d’électricité ou des conditions atmosphériques (orages, foudre, etc.) ;
• elle garantit un courant plus stable en sortie, notamment en supprimant les courants de fuite.

En contrepartie toutefois, le propriétaire d’un onduleur photovoltaïque avec transformateur voit le rendement de son installation photovoltaïque diminuer de l’ordre de 1 %. Cela est dû à l’échauffement qui se produit lors de la transmission du courant sous forme électromagnétique : une partie de l’électricité se dissipe sous forme de chaleur. Ce pourcentage peut sembler négligeable, mais sur toute la durée de vie d’une installation photovoltaïque, la baisse de production est considérable.

Il faut également souligner qu’un onduleur sans transformateur contient des éléments permettant la mesure, la surveillance et la compensation des courants de fuites éventuelles, notamment vers la terre. Pour les consommateurs cherchant un onduleur photovoltaïque pour autoconsommation complète, c’est-à-dire sans raccordement des panneaux solaires au réseau, il est judicieux d’investir dans un onduleur solaire sans transformateur, de manière à favoriser un rendement élevé.

Le choix est plus difficile pour des modules raccordés au réseau dans le but de revendre tout ou partie de la production photovoltaïque à EDF Obligation d’achat (OA). Il est alors conseillé de se renseigner plus particulièrement sur le sujet et de se faire accompagner par un professionnel pour obtenir des conseils personnalisés.

Onduleur photovoltaïque avec batterie

Il faut savoir que tous les onduleurs solaires ne sont pas compatibles avec l’installation de batteries pour le stockage de l’électricité produite. Les consommateurs souhaitant stocker une partie de la production devront investir dans un onduleur hybride capable de gérer de manière intelligente les différentes utilisations de l’électricité : consommation (depuis les panneaux, le réseau, un groupe électrogène, etc.) ou stockage dans les batteries. Il protège également la batterie contre une décharge complète grâce à son régulateur de charge.

Souvent, cet appareil est considéré comme le parfait onduleur photovoltaïque pour site isolé, mais il est tout à fait compatible avec une installation reliée au réseau. Dans ce cas-là, il a d’ailleurs l’avantage d’être un onduleur autonome qui continue de fonctionner même en cas de coupure d’électricité, ce qui n’est pas le cas des onduleurs classiques qui se mettent hors-tension lorsque cela se produit. Cependant, cet onduleur intelligent est plus cher qu’un appareil classique qui ne gère que des panneaux solaires.

Onduleur photovoltaïque monophasé ou triphasé ?

Cette question revient souvent, en particulier pour les personnes disposant d’un abonnement électrique en triphasé. Il existe en effet des onduleurs monophasés (n’ayant qu’une seule phase en sortie) et des onduleurs triphasés (qui possèdent trois phases).

Les consommateurs dont l’abonnement est en monophasé n’ont pas de questions à se poser, ils investiront simplement dans un onduleur monophasé qui est le moins cher des deux.

Pour les ménages dont l’abonnement est en triphasé, deux options sont possibles :

1. acheter un onduleur monophasé, l’injection de la production d’électricité sur le réseau domestique se fera alors sur une seule des trois phases. L’avantage est que le prix de l’appareil est faible, mais la puissance crête de l’installation photovoltaïque sera limitée par la puissance de chaque phase qui est toujours égale à un tiers de la puissance compteur (3 kVA pour une puissance totale de 9 kVA, 4 kVA pour une puissance totale de 12 kVA, etc.) ;
2. opter pour un onduleur triphasé, plus cher mais permettant d’équilibrer les trois phases de l’installation électrique intérieure. L’électricité verte produite par les panneaux est donc injectée sur les trois phases.

Le choix entre ces deux solutions doit se faire en fonction des caractéristiques du logement (quels appareils sont branchés sur chaque phase, comment et quand fonctionnent-ils, etc.) et de la quantité d’électricité qui doit être produite par les modules qui seront installés. Il est recommandé de se faire conseiller par un professionnel pour prendre cette décision.

Quel est le meilleur onduleur photovoltaïque ?

Comme souvent lorsque l’on explore les différentes options pour l’installation des panneaux solaires, il n’existe pas de solution parfaite pour toutes les situations : les onduleurs pour systèmes photovoltaïques existent sous de nombreuses formes justement pour s’adapter à chaque cas.

Si les détails donnés ci-dessus ne suffisent pas à vous orienter vers le meilleur choix pour votre projet, l’idéal est de se tourner vers des professionnels. Il est conseillé de demander des devis à plusieurs installateurs photovoltaïques proches de chez vous (trois est une bonne moyenne). Normalement, ceux-ci se déplacent pour venir inspecter le logement et discuter de vos besoins, et ces professionnels peuvent vous aider à identifier la solution la plus adéquate pour votre famille : lieu d’installation (en toiture ou panneaux solaires au sol), mode de consommation, nombre de panneaux photovoltaïques à installer, onduleur à poser, etc.

Comment dimensionner l’onduleur photovoltaïque ?

En plus de la technologie, il convient de choisir avec beaucoup d’attention la puissance de l’onduleur qui sera installé. En effet, selon la puissance-crête des panneaux solaires (exprimée en kilowatt-crête, ou kWc), l’onduleur nécessaire sera différent.

Voici quelle puissance d’onduleur photovoltaïque choisir :

• pour un onduleur de chaîne (ou string ou central), sa puissance (en kW ou kVA) doit être égale à 80 % de la puissance crête de la centrale photovoltaïque. Si la puissance totale des panneaux est de 6 kWc, la puissance de l’onduleur doit donc être de 4,8 kW ;
• pour un micro-onduleur, sa puissance doit être plus proche des 75 % de la puissance du module photovoltaïque sur lequel il est installé. Pour un module de 300 Wc, le micro-onduleur doit être d’environ 225 W.

Le but de ce dimensionnement est d’optimiser la production photovoltaïque à l’année. Un onduleur surdimensionné, c’est-à-dire trop puissant par rapport aux modules dont il a la gestion, résultera en un rendement final plus faible. Les valeurs indiquées ici sont des données générales pour la France métropolitaine. Pour les personnes habitant une zone dont l’ensoleillement est bien au-dessus ou en dessous de la moyenne nationale, il peut être nécessaire d’adapter le calcul.

Prix d’un onduleur pour panneaux solaires

Le tarif d’un onduleur photovoltaïque dépend de tous les facteurs que nous avons détaillés ci-dessus, notamment :

• le type d’appareil (centralisé, micro-onduleur ou hybride) ;
• la présence ou non d’un transformateur ;
• le nombre de phases (une ou trois) ;
• la puissance de l’onduleur.

Voici les prix moyens pour chaque technologie :

Lors de l’établissement du budget pour un projet photovoltaïque, il est important de prendre en compte les différentes aides financières pour l’installation de panneaux solaires, car celles-ci peuvent faire diminuer significativement la facture. Pour les modules photovoltaïques, les aides principales sont la prime à l’autoconsommation et le prix d’achat du kilowattheure photovoltaïque.

Durée de vie de l’onduleur pour panneau photovoltaïque

Si les panneaux solaires peuvent produire de l’électricité pendant 40 ans, les onduleurs ont quant à eux une durée de vie plus basse. Leur longévité dépend notamment de la technologie utilisée :

• un onduleur centralisé a une durée de vie généralement comprise entre 8 et 10 ans ;
• les micro-onduleurs peuvent fonctionner sans accrocs jusqu’à 20 ans.

En ce qui concerne la garantie des onduleurs, leur durée varie d’un fabricant à un autre. Pour un onduleur de chaîne, elle est le plus souvent de 5 ans, mais certains constructeurs commencent à la rallonger pour se rapprocher des 10 ans. Les micro-onduleurs peuvent être garantis jusqu’à 20 ans.

Vu la différence entre la durée de vie des panneaux solaires et celle des onduleurs, il reste certain qu’il faudra les changer pendant l’exploitation de la centrale photovoltaïque. Leur montant nécessaire à ce remplacement est donc à prévoir dans le calcul de rentabilité de l’installation.

Comment installer un onduleur photovoltaïque ?

La pose de l’onduleur photovoltaïque se fait en même temps que l’installation des panneaux solaires, par le même installateur. S’il est techniquement possible de le faire soi-même, cela n’est toutefois pas recommandé : tout d’abord pour des raisons de sécurité, mais aussi parce qu’une installation faite « maison » ne permet pas de raccorder les modules au réseau d’Enedis et de revendre le surplus d’électricité.

Les micro-onduleurs sont donc placés au dos de chaque panneau par l’installateur. En ce qui concerne l’onduleur central, il est le plus souvent fixé à un mur en intérieur :

• le plus près possible des modules, si possible à moins de 10 mètres. Cela vise à éviter les pertes d’énergie dues à des câbles trop longs entre les panneaux et onduleur ;
• dans une pièce fraîche et peu poussiéreuse dont l’humidité et l’ensoleillement sont limités, de manière à prolonger la durée de vie de cet élément ;
• dans un espace accessible sans difficulté pour faciliter l’entretien et les réparations éventuelles ;
• en dehors des espaces de vie où la présence de cet appareil est peu esthétique.

Nettoyage de l’onduleur solaire

Tout comme le nettoyage des panneaux solaires, l’entretien de l’onduleur doit être fait régulièrement, généralement une fois par an.

Pour nettoyer l’onduleur, il faut :

1. aérer le local de l’onduleur photovoltaïque, c’est-à-dire ouvrir en grand les portes et fenêtres pendant une dizaine de minutes ;
2. faire la poussière dans toute la pièce ;
3. passer l’aspirateur au sol ;
4. nettoyer la ventilation qui se trouve dans la pièce (grille de ventilation naturelle ou de VMC) ;
5. nettoyer les grilles d’aération de l’onduleur, de préférence à l’aide d’un aspirateur réglé sur la puissance minimale. En l’absence d’aspirateur, un chiffon légèrement humide est une bonne alternative.

Les consommateurs ayant opté pour des micro-onduleurs n’auront pas à réaliser cette tâche pour chaque boîtier : ils sont fabriqués de manière à rendre le nettoyage inutile. En effet, ils sont protégés des intempéries par le module photovoltaïque, et le vent fait office de ventilation et suffit à dépoussiérer régulièrement ces appareils.

Les critères de choix d’un onduleur photovoltaïque sont donc nombreux et complexes : ils vont de l’emplacement et la puissance de l’installation à l’entretien de l’appareil en passant par le prix et le type d’abonnement électrique souscrit par le ménage. Il est donc conseillé de prendre le temps de bien considérer tous ces points avant de se décider. Pour les plus hésitants, il peut également être judicieux de faire appel à un professionnel.