Notre installation photovoltaïque : 32 panneaux, 4 MPPT, batteries et onduleurs Victron

Le toit de la maison porte 32 panneaux solaires. L’électricité qu’ils produisent passe par plusieurs appareils avant d’arriver dans nos prises : des régulateurs de charge, une barre de distribution en courant continu, des batteries et des onduleurs. Cet article explique le rôle de chacun et les raisons de nos choix de câblage.

Élément	Choix
Panneaux	32 × SoliTek Blackstar 435 Wc verre-verre, soit 13,92 kWc
Orientation	Sud-est (azimut ≈ 126°), toit incliné à 40°
Câblage	4 champs de 8 panneaux, chacun en 2 chaînes de 4 panneaux en série
Régulateurs de charge	4 × Victron SmartSolar MPPT 250/85
Distribution courant continu	2 × Victron Lynx Distributor (48 V)
Stockage	2 × Pylontech US5000, soit 9,6 kWh
Onduleurs-chargeurs	3 × Victron MultiPlus-II 48/6k5, un par phase
Pilotage	Victron Cerbo GX

Vue d’ensemble

L’installation fonctionne en deux étages de tension. Côté toit, les panneaux produisent du courant continu à environ 130 V. Les régulateurs MPPT abaissent cette tension à celle des batteries, autour de 48 à 54 V. Toute la partie centrale de l’installation (régulateurs, batteries et onduleurs) est reliée par une même barre en 48 V. Enfin, les trois onduleurs MultiPlus-II transforment ce courant continu en courant alternatif 230 V, un par phase, pour la maison.

Les panneaux : 32 modules en série-parallèle

Nos panneaux sont des SoliTek Blackstar de 435 Wc, fabriqués en Europe. Ce sont des modules verre-verre (2 mm de verre trempé de chaque côté), plus résistants au vieillissement et à la grêle qu’un module classique avec film arrière. Leurs cellules N-type TOPCon sont bifaciales. Posés sur une toiture métallique, ils ne captent cependant presque rien par l’arrière.

Les 32 panneaux sont fixés par des rails sur les tôles d’acier de la toiture (swisspanels). Ils sont orientés sud-est (azimut ≈ 126°), sur un toit incliné à 40°. Avec cette orientation, la production démarre tôt le matin et décline plus tôt l’après-midi. Cette inclinaison assez forte favorise la production en hiver, quand le soleil est bas, et aide la neige à glisser.

Caractéristique d’un panneau (conditions standard)	Valeur
Puissance	435 Wc
Tension à puissance maximale (Vmpp)	32,96 V
Courant à puissance maximale (Impp)	13,20 A
Tension à vide (Voc)	38,92 V
Courant de court-circuit (Isc)	13,80 A
Coefficient de température de la tension	−0,25 %/°C
Calibre maximal du fusible série	22 A
Dimensions	1722 × 1134 × 30 mm

Pour les raccorder, on ne relie pas tous les panneaux ensemble : on les répartit en 4 champs de 8 panneaux, chacun raccordé à son propre régulateur MPPT. Dans chaque champ, les panneaux sont câblés en 2 chaînes de 4 panneaux en série, puis ces deux chaînes sont mises en parallèle :

• En série, les tensions s’additionnent et le courant reste le même. Une chaîne de 4 panneaux fournit environ 4 × 33 V = 132 V.
• En parallèle, ce sont les courants qui s’additionnent et la tension reste la même. Chaque chaîne fournit environ 13,2 A, donc les deux chaînes ensemble fournissent environ 26 A.

Chaque champ représente ainsi 8 × 435 W = 3,48 kWc.

Pourquoi ce découpage ?

Le nombre de panneaux en série dépend de la tension maximale que le régulateur accepte en entrée : 250 V pour le MPPT 250/85. Or la tension d’un panneau augmente quand il fait froid. Un panneau qui affiche 38,9 V à vide à 25 °C monte à environ 42,3 V par une matinée d’hiver ensoleillée à −10 °C. Avec 4 panneaux en série, la tension à vide reste autour de 170 V par grand froid, avec une bonne marge. Avec 8 panneaux en série, on atteindrait près de 340 V et le régulateur serait détruit.

Ce découpage a d’autres avantages :

• Sécurité : une tension d’environ 130 V est plus facile et plus sûre à manipuler qu’une chaîne de plusieurs centaines de volts, ce qui compte pour une installation réalisée en partie par nos soins.
• Pas de fusible de chaîne : avec seulement deux chaînes en parallèle, le courant qui pourrait refluer dans une chaîne en défaut ne dépasse pas le courant de court-circuit de l’autre chaîne (13,8 A). C’est moins que ce que le panneau supporte (22 A). Les fusibles de chaîne ne deviennent nécessaires qu’à partir de trois chaînes en parallèle.
• Moins de pertes en cas d’ombrage : chaque champ a son propre MPPT. Si une cheminée ou un arbre fait de l’ombre sur un champ, les trois autres continuent à produire au maximum de leurs possibilités.

Chaque champ est protégé par un parafoudre en courant continu, placé avant le régulateur. Il dévie vers la terre les surtensions dues à la foudre, auxquelles les longs câbles qui descendent du toit sont exposés.

Les régulateurs MPPT : tirer le maximum des panneaux

La courbe I-V d’un panneau

Un panneau solaire ne se comporte pas comme une pile qui fournirait une tension fixe. Sa tension et son courant dépendent de ce qu’on lui branche. On le représente par sa courbe I-V (courant en fonction de la tension) :

• À gauche de la courbe, la tension est faible et le courant est presque constant, proche du courant de court-circuit. Le panneau se comporte comme une source de courant.
• À droite, le courant s’effondre rapidement jusqu’à zéro, atteint à la tension à vide. Le panneau se comporte alors comme une source de tension.

La puissance est le produit de la tension par le courant (P = U × I). Elle est nulle aux deux extrémités et passe par un maximum dans le « coude » de la courbe : c’est le point de puissance maximale (Maximum Power Point, MPP).

La droite de charge

Ce que l’on branche au panneau impose son point de fonctionnement. Une charge qui se comporte comme une résistance R suit la loi d’Ohm, I = U / R. Sur le graphique, c’est une droite qui passe par l’origine, avec une pente de 1/R. Le panneau fonctionne à l’intersection de cette droite et de sa courbe I-V :

1. Charge trop « lourde » (R trop faible, droite trop raide) : on se retrouve sur le plateau de la courbe, avec beaucoup de courant mais peu de tension. Une partie importante de la puissance disponible est perdue.
2. Charge adaptée : la droite passe exactement par le coude de la courbe. Le panneau donne toute sa puissance.
3. Charge trop « légère » (R trop élevée, droite trop plate) : on se retrouve dans la descente, avec une tension élevée mais peu de courant. Là aussi, on perd de la puissance.

Le point de puissance maximale se déplace sans cesse : il descend quand un nuage réduit l’ensoleillement (point 4) et sa tension change avec la température des cellules. La droite de charge idéale n’est donc jamais la même d’un instant à l’autre.

Le rôle du MPPT

Si l’on branchait directement les panneaux sur les batteries, c’est la tension des batteries (environ 52 V) qui imposerait le point de fonctionnement, loin des 132 V du point optimal. Le régulateur MPPT (Maximum Power Point Tracking) s’intercale entre les deux. C’est un convertisseur électronique qui joue le rôle d’une résistance variable vue depuis les panneaux : en ajustant son rapport de conversion, il fait pivoter la droite de charge.

Concrètement, il modifie très légèrement la tension demandée aux panneaux, mesure la puissance obtenue et garde la direction qui l’augmente. Il répète cette opération en continu, et suit ainsi le point de puissance maximale quand les nuages passent ou que les panneaux chauffent. Le SmartSolar balaie aussi régulièrement toute la courbe. Il évite ainsi de rester bloqué sur un maximum « local », qui peut apparaître quand une partie du champ est à l’ombre.

En sortie, le régulateur restitue la même puissance (moins 1 à 2 % de pertes) sous la tension des batteries : 132 V × 26 A en entrée deviennent environ 52 V × 66 A en sortie.

Le choix du MPPT 250/85

Nous utilisons 4 Victron SmartSolar MPPT 250/85, un par champ. Le nom résume les deux limites principales de l’appareil, l’une côté panneaux, l’autre côté batteries :

Limite	Côté	Valeur du MPPT	Notre champ
Tension maximale (le « 250 »)	Entrée (panneaux)	250 V	≈ 170 V à vide par −10 °C
Courant de court-circuit maximal des panneaux	Entrée (panneaux)	70 A	2 × 13,8 A ≈ 28 A
Puissance PV nominale en 48 V	Entrée (panneaux)	4,9 kW	3,48 kWc
Courant de charge maximal (le « 85 »)	Sortie (batteries)	85 A	≈ 67 A au maximum

Les quatre régulateurs sont reliés entre eux et au Cerbo GX par le bus de communication VE.Can, ce qui leur permet de charger les batteries de manière synchronisée.

Les Lynx Distributor : la colonne vertébrale en 48 V

En 48 V, la puissance circule sous forme de courants élevés. À pleine production, les quatre régulateurs peuvent envoyer jusqu’à environ 270 A vers la barre 48 V. Les onduleurs, eux, peuvent en tirer autant lorsqu’ils alimentent la maison depuis les batteries. Il faut donc un point de raccordement robuste et bien protégé.

C’est le rôle des Lynx Distributor de Victron. Chaque module contient deux barres en cuivre, une positive et une négative, dimensionnées pour 1 000 A. La barre positive compte quatre départs protégés chacun par un fusible MEGA. Nous en avons couplé deux, ce qui forme une seule barre continue avec 8 départs :

• 4 départs pour les 4 régulateurs MPPT ;
• 3 départs pour les 3 MultiPlus-II (Victron recommande un fusible de 250 A pour un MultiPlus-II 48/6k5) ;
• 1 départ commun pour les 2 batteries, raccordées en parallèle.

Ce montage présente trois avantages :

• Protection appareil par appareil : en cas de court-circuit, seul le fusible concerné fond et isole l’appareil en défaut.
• Câblage court et symétrique : les câbles de forte section restent courts, ce qui limite les pertes et les échauffements.
• Surveillance : un voyant par fusible signale immédiatement un fusible fondu.

Les batteries Pylontech : stocker le surplus

Le stockage repose sur 2 batteries Pylontech US5000. Ce sont des batteries lithium fer phosphate (LiFePO₄), une chimie réputée pour sa stabilité thermique et sa longévité.

Caractéristique	Une batterie	Total (×2)
Tension nominale	48 V	48 V
Capacité nominale	4,8 kWh	9,6 kWh
Capacité utilisable (profondeur de décharge 95 %)	4,56 kWh	≈ 9,1 kWh
Courant continu de charge et de décharge	100 A	200 A
Durée de vie annoncée	plus de 8 000 cycles à 25 °C

Les deux batteries sont reliées en parallèle et raccordées ensemble sur un même départ de la barre Lynx. Elles communiquent avec le Cerbo GX par bus CAN. Leur système de gestion (BMS) indique en permanence leur état de charge et les courants de charge et de décharge qu’elles acceptent. Le Cerbo GX transmet ces limites aux MPPT et aux onduleurs. Ce sont donc les batteries elles-mêmes qui fixent la manière dont elles sont chargées.

L’installation est modulaire : d’autres batteries US5000 pourront être ajoutées en parallèle si nos besoins augmentent.

Les trois MultiPlus-II : le lien avec la maison et le réseau

Les Victron MultiPlus-II 48/6k5 sont des onduleurs-chargeurs bidirectionnels. Ils peuvent :

• transformer le 48 V continu des batteries et des panneaux en 230 V alternatif pour la maison ;
• inversement, prélever de l’énergie sur le réseau pour charger les batteries si nécessaire ;
• injecter le surplus de production dans le réseau public.

Caractéristique (un appareil)	Valeur
Puissance de sortie continue à 25 °C	6 kW (5,7 kW à 40 °C)
Puissance de crête	11 kW pendant 1 minute
Courant de charge maximal des batteries	100 A
Courant maximal traversant depuis le réseau	50 A
Rendement maximal	96 %

Nous en avons trois, un par phase (L1, L2 et L3), configurés ensemble en triphasé. Les trois appareils peuvent ainsi fournir 18 kW en continu depuis les batteries et les panneaux. La maison dispose d’un vrai réseau triphasé, utile pour la cuisinière, l’atelier et la borne de recharge du véhicule électrique. Les trois appareils communiquent entre eux et avec le Cerbo GX par le bus VE.Bus.

Les MultiPlus-II intègrent aussi deux fonctions de sécurité :

• Commutation en cas de coupure : si le réseau public tombe en panne, ils se déconnectent du réseau et continuent d’alimenter la maison à partir des batteries et des panneaux. Le basculement prend moins de 20 millisecondes, un délai assez court pour que les appareils électroniques ne s’éteignent pas.
• Anti-îlotage : pendant une coupure, ils n’injectent jamais de courant dans le réseau public. C’est indispensable pour la sécurité des techniciens qui interviennent sur les lignes.

Le Cerbo GX : le chef d’orchestre

Le Cerbo GX est un petit ordinateur qui coordonne tous les appareils. Il fait fonctionner le mode ESS (Energy Storage System) de Victron, qui décide à chaque instant où va l’énergie, selon cet ordre de priorité :

1. Le jour, la production solaire alimente d’abord la maison.
2. Le surplus charge ensuite les batteries.
3. Une fois les batteries pleines, le reste est injecté dans le réseau public.
4. Le soir et la nuit, les batteries prennent le relais pour alimenter la maison.
5. Le réseau ne fournit de l’énergie que lorsque le soleil et les batteries ne suffisent pas.

Pour appliquer ces règles, le système doit connaître l’énergie échangée avec le réseau. Le compteur officiel, au point de raccordement, est celui fourni par Groupe E. Toute la maison est branchée sur la sortie des MultiPlus-II : tout ce qui entre ou sort du réseau traverse donc les onduleurs, qui le mesurent eux-mêmes. Aucun compteur supplémentaire n’est nécessaire.

Le Cerbo GX envoie aussi ses données au portail VRM de Victron, où nous suivons la production, la consommation et l’état des batteries depuis un téléphone.

En résumé

Étage	Tension	Appareil	Rôle
Toit	≈ 130 V continu	32 panneaux de 435 Wc en 4 × (2 × 4)	Produire 13,92 kWc
Conversion	130 V → 48 V	4 MPPT 250/85	Suivre le point de puissance maximale et charger
Distribution	48 V continu	2 Lynx Distributor	Raccorder et protéger
Stockage	48 V continu	2 Pylontech US5000	Stocker 9,6 kWh
Maison et réseau	3 × 230 V alternatif	3 MultiPlus-II 48/6k5	Alimenter, échanger, secourir
Pilotage	—	Cerbo GX	Décider et surveiller

Cette architecture privilégie la consommation sur place de l’énergie produite sur le toit. Elle reste raccordée au réseau public, qui sert d’appoint et absorbe le surplus. Chaque élément peut aussi être agrandi séparément si nos besoins évoluent.