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Calculateur – Solaire

Dimensionnement d’onduleur solaire : ratio DC/AC, pertes par écrêtage et bon onduleur

Simule votre champ photovoltaïque heure par heure avec la météo de la NASA pour montrer l’énergie écrêtée par chaque taille d’onduleur, puis recommande la puissance, le type de raccordement et le ratio DC/AC le plus économique.

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Résultats

Comment fonctionne ce calculateur de dimensionnement d’onduleur

L’onduleur est en général le seul composant d’une installation solaire que l’on sous-dimensionne volontairement. Les panneaux n’atteignent presque jamais leur puissance nominale : un onduleur calé au watt près sur le champ passe donc une partie de sa vie à moitié inoccupé. La vraie question est la suivante : combien d’énergie un onduleur plus petit écrêterait-il, et l’économie en vaut-elle la peine ? La réponse dépend de votre climat, de l’orientation et de la température des modules ; ce calculateur la trouve donc par simulation plutôt que par une règle empirique.

Il télécharge une année complète de météo horaire NASA POWER pour votre site et simule heure par heure la production DC du champ (position du soleil, modèle de ciel Hay–Davies, pertes liées à l’angle d’incidence, température des cellules et vos pertes DC). Il fait ensuite passer cette série horaire dans des onduleurs de toutes les tailles standard, d’un ratio DC/AC de 2,0 à 0,8, applique le rendement de conversion et plafonne la production à chaque puissance nominale. L’écart entre énergie plafonnée et non plafonnée correspond à la perte par écrêtage. Enfin, il valorise l’énergie perdue sur la durée de vie de l’onduleur et la compare à l’argent économisé en achetant un appareil plus petit.

Les formules

Ratio DC/AC = P_array,STC (kWc) ÷ P_inverter,AC (kW) P_ac(t) = min( P_dc(t) × η_inv , P_inverter ) Perte par écrêtage = Σ_t max(0, P_dc(t) × η_inv − P_inverter) ÷ Σ_t P_dc(t) × η_inv Courant AC : I = P ÷ V (monophasé) I = P ÷ (√3 × V_LL) (triphasé)

Exemple chiffré : 8 kWc à Bucarest

Prenons les valeurs par défaut : 8 kWc de modules TOPCon orientés au sud et inclinés à 30°, 12 % de pertes DC et un onduleur à 97,5 % de rendement. La production horaire maximale du champ en 2024 avoisine 6,5 kW, soit seulement 81 % de sa puissance crête, et 99 % des heures de production restent sous 5,9 kW.

Un onduleur de 6 kW (DC/AC 1,33) n’écrête donc que 6 kWh par an (0,1 %) et fournit environ 10 020 kWh, soit 1 253 kWh par kWc. Un modèle de 5 kW (ratio 1,60) écrêterait 2,1 %, environ 210 kWh par an, et un modèle de 4 kW 9,2 %. Avec un surcoût d’onduleur de 120 € par kW, une énergie valorisée à 0,15 €/kWh et une durée de vie de l’onduleur de 12 ans, le 6 kW est à la fois la plus petite taille à faibles pertes et l’optimum économique. Sur un raccordement monophasé 230 V, il tire 26 A. C’est au-dessus de la limite de 16 A que beaucoup de codes de réseau imposent à la production monophasée : vérifiez si un modèle triphasé est obligatoire.

Comment lire les résultats

  • L’onduleur recommandé est la plus petite taille standard qui écrête au plus 0,5 % de l’énergie horaire, ou l’optimum économique s’il n’écrête pas plus de 2 %, dans le respect de la limite réseau éventuelle que vous saisissez.
  • La perte par écrêtage en fonction du ratio DC/AC montre le coude de la courbe pour votre site : plate jusque vers 1,3–1,4, puis raide.
  • Les heures par niveau de charge révèlent à quel point l’onduleur fonctionne rarement près de sa pleine puissance : la plupart de ses heures se passent sous 50 % de charge.
  • La valeur perdue (VAN) comparée à l’économie sur l’onduleur, dans le tableau des tailles, montre l’argent qui justifie la recommandation.

Valeurs habituelles

Situation Ratio DC/AC courant Écrêtage attendu
Plein sud, climat ensoleillé et chaud 1,1–1,25 < 1 %
Plein sud, Europe centrale ou du Nord 1,2–1,35 < 1 %
Toit est-ouest, inclinaison 10–15° 1,3–1,5 < 1 %
Grande centrale avec trackers mono-axe 1,2–1,35 1–3 %
Maison avec plafond réseau (par ex. limite de 3,68 kW) 1,3–1,7 0,5–5 %
Système hybride avec batterie (couplage DC) 1,4–2,0 récupéré par la batterie

Conseils

  • Ne surdimensionnez pas l’onduleur. Un ratio inférieur à 1,0 gaspille de l’argent et réduit le rendement aux faibles charges, où l’onduleur passe le plus clair de son temps.
  • Les champs est-ouest et très inclinés supportent des ratios plus élevés, car les deux pans culminent à des moments différents et aucun ne reçoit le plein soleil.
  • Tenez compte de la limite réseau. Si votre gestionnaire plafonne l’injection ou la taille de l’onduleur, un ratio DC/AC plus élevé est le moyen le moins cher d’obtenir plus d’énergie sous ce plafond ; une batterie en couplage DC peut absorber ce qui serait écrêté.
  • Vérifiez le courant par MPPT. Un grand champ sur un petit onduleur peut dépasser le courant admissible par tracker ; contrôlez-le avec le calculateur de dimensionnement des chaînes.
  • Dimensionnez le câble AC pour le courant maximal de l’onduleur, et non pour la production moyenne ; voir le calculateur de section de câble.

Limites

Les moyennes horaires lissent les brefs pics d’éclairement dus aux bords de nuages, qui peuvent pousser un champ au-dessus de son maximum horaire pendant quelques minutes ; les études fondées sur des données à la minute trouvent environ 1,5 à 2 fois plus d’écrêtage que les modèles horaires aux ratios DC/AC élevés. Le rendement de l’onduleur est considéré comme constant, le déclassement thermique de l’onduleur dans un local chaud n’est pas modélisé, et l’option de limitation d’injection suppose une consommation diurne constante du logement. Les résultats portent sur une seule année météo ; testez-en d’autres avec l’option d’année météo.

Méthode et hypothèses

La production DC du champ est simulée pour chaque heure d’une année météo NASA (position du soleil, transposition Hay–Davies, pertes d’incidence et de température, vos pertes DC). Pour chaque taille d’onduleur candidate S, la production AC horaire vaut min(DC × η, S) ; l’énergie au-delà de S est écrêtée. Une limite d’injection facultative plafonne la production à la limite + la consommation de la maison.

Économie : l’énergie perdue avec chaque taille normalisée inférieure est valorisée sur la durée de vie de l’onduleur (VAN à votre taux d’actualisation) et comparée à l’économie d’achat par kW. La recommandation est la plus petite taille normalisée qui écrête ≤ 0,5 % (au pas horaire), ou l’optimum économique s’il écrête ≤ 2 %, dans le respect de la limite réseau que vous fixez.

Questions fréquentes

Quelle puissance d’onduleur pour mes panneaux solaires ?
La plupart des installations résidentielles utilisent un onduleur dimensionné à 75–90 % de la puissance DC du champ, soit un ratio DC/AC d’environ 1,1 à 1,35. Pour 8 kWc de panneaux plein sud en Europe centrale ou du Sud, un onduleur de 6 kW (ratio 1,33) perd bien moins de 1 % de l’énergie annuelle par écrêtage. Les champs est-ouest, très inclinés ou ombragés, et les climats nuageux peuvent monter à 1,4–1,5, car ils atteignent rarement la pleine puissance.
Qu’est-ce qu’un bon ratio DC/AC ?
1,1 à 1,3 est la fourchette résidentielle habituelle ; les grandes centrales utilisent en général 1,2 à 1,4, et certains systèmes hybrides 1,5 ou davantage. Au-delà d’environ 1,4, les pertes par écrêtage grimpent vite (plusieurs pour cent à 1,6 et 5 à 10 % à 1,8–2,0 sous climat ensoleillé). Consultez la fiche technique de l’onduleur : les fabricants indiquent une puissance ou un ratio DC maximal en entrée.
Qu’est-ce que l’écrêtage d’un onduleur ?
Quand les panneaux pourraient fournir plus que la puissance AC nominale de l’onduleur, celui-ci déplace le champ hors de son point de puissance maximale et plafonne la production à sa valeur nominale. L’énergie perdue est « écrêtée ». Cela se produit par journées fraîches et claires autour de midi, en général quelques dizaines d’heures par an avec un ratio DC/AC de 1,3.
Pourquoi les panneaux solaires ne produisent-ils pas leur puissance nominale ?
La puissance nominale (STC) suppose 1 000 W/m² de rayonnement sur des cellules à 25 °C. En fonctionnement réel, les cellules sont 20 à 35 °C plus chaudes, le soleil est rarement perpendiculaire, et l’encrassement, le câblage et la dispersion coûtent 5 à 15 %. Un champ courant culmine à environ 75–85 % de sa puissance crête, ce qui explique pourquoi sous-dimensionner l’onduleur coûte si peu.
Faut-il un onduleur monophasé ou triphasé ?
Cela dépend de votre raccordement et des règles locales. Beaucoup de réseaux européens plafonnent les installations monophasées à 3,68–5 kW (16–20 A) pour éviter les déséquilibres entre phases ; au-delà, il faut un onduleur triphasé, qui répartit le courant sur trois conducteurs. Un onduleur triphasé de 10 kW sous 400 V tire environ 14,4 A par phase, contre 43,5 A pour un appareil monophasé sous 230 V.
Peut-on surdimensionner le champ photovoltaïque ?
Oui, dans les limites de l’onduleur. Surdimensionner (ratio DC/AC supérieur à 1) augmente l’énergie par kW d’onduleur, améliore la production du matin, du soir et de l’hiver, et réduit le coût du kWh. Les contraintes sont la puissance DC maximale en entrée de l’onduleur, le courant par entrée MPPT et la tension DC maximale : vérifiez la conception des chaînes avec le calculateur de dimensionnement des chaînes.

Sources et références

  1. Good, J. & Johnson, J.X. (2016). Impact of inverter loading ratio on solar photovoltaic system performance. Applied Energy 177
  2. NREL : PVWatts Version 5 Manual (ratio DC/AC et modèle d’onduleur), NREL/TP-6A20-62641
  3. Lawrence Berkeley National Laboratory : Utility-Scale Solar (évolution du ratio de charge des onduleurs)
  4. NASA POWER : données solaires et météorologiques horaires

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