De l’installation solaire de balcon à une source d’énergie à part entière?

La demande en matière de systèmes photovoltaïques enfichables croît de manière fulgurante. Un projet de recherche achevé au printemps, soutenu par l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) et mené par la Haute école spécialisée bernoise (BFH), Electrosuisse, Meteotest et l’Association suisse pour le contrôle des installations électriques (ASCE), a révélé le potentiel effectif des kits solaires prêts à brancher en Suisse ainsi que les aspects relatifs à la sécurité à prendre en compte. Un groupe de travail du comité technique TK 82 se consacre désormais à l’évolution des règles existantes, qui prévoient notamment une augmentation de la limite de puissance des systèmes à 800 W. Un nouveau guide suisse SNG pour les systèmes photovoltaïques enfichables devrait paraître début 2027.

Plus qu’un produit de niche

Les systèmes photovoltaïques enfichables – souvent appelés «installations solaires de balcon», «installations photovoltaïques enfichables» ou «kits solaires prêts à brancher» – permettent notamment aux locataires d’accéder facilement à l’énergie solaire. Si ces systèmes, qui peuvent être simplement branchés sur une prise électrique, sont autorisés en Suisse depuis 2014 jusqu’à une puissance de raccordement de 600 W par circuit alimenté par un compteur, ils restent interdits dans certains pays. D’autres pays, notamment européens, ont toutefois adapté leurs prescriptions ces dernières années et levé les obstacles à l’utilisation des kits solaires prêts à brancher. L’Allemagne, par exemple, autorise depuis 2024 des puissances allant jusqu’à 800 W. De plus, de nombreux systèmes photovoltaïques enfichables sont désormais disponibles avec de petits systèmes de stockage, ce qui les rend de plus en plus attractifs sur le plan économique. L’utilisation de systèmes de stockage n’est toutefois pas encore standardisée dans de nombreux endroits.

Dans ce contexte, le projet de recherche «Plug & Play PV-Systems» a examiné le potentiel énergétique des systèmes photovoltaïques enfichables et cherché à déterminer si les prescriptions suisses actuelles en la matière sont encore d’actualité.

Un potentiel énergétique relativement important en hiver

Les résultats de l’étude de potentiel montrent que les systèmes photovoltaïques enfichables peuvent être bien plus qu’un symbole de la transition énergétique. Les installations solaires de balcon pourraient produire en Suisse environ 0,9 à 1,0 TWh d’électricité solaire par an. À noter en particulier la part élevée de la production d’électricité en hiver, qui atteint environ 37% de la production annuelle, une proportion nettement supérieure à celle de nombreuses installations conventionnelles en toiture. La principale raison réside dans le montage vertical ou légèrement incliné des modules sur des balcons peu exposés à l’ombrage.

Ce potentiel sera encore plus important si l’on tient compte à l’avenir de catégories supplémentaires de systèmes enfichables (figure 1). L’étude estime à environ 2 TWh par an le potentiel additionnel qu’offrent les petites surfaces de toiture, les dépendances, les abris de jardin ou autres applications similaires. Au total, cela représente un potentiel techniquement réalisable d’environ 3 TWh par an.

À titre de comparaison, ce potentiel correspond aux besoins annuels en électricité de plus d’un demi-million de ménages consommant en moyenne 5000 kWh par an. En raison de leur part élevée de production en hiver et de leur simplicité d’intégration au réseau, les systèmes photovoltaïques enfichables offrent un potentiel particulièrement intéressant pour l’approvisionnement futur de la Suisse en électricité.

La sécurité au premier plan: simulations et essais

À mesure que les systèmes photovoltaïques enfichables se généralisent, les interrogations concernant leur sécurité électrique se multiplient. Le projet a donc examiné de manière systématique divers scénarios de défauts possibles, tels que les chocs électriques, la surcharge des circuits terminaux, les risques d’incendie ou encore l’influence sur les dispositifs de protection à courant différentiel résiduel.

La conclusion principale: pour autant que les exigences techniques appropriées soient respectées, les systèmes photovoltaïques enfichables présentent un niveau de sécurité élevé. Le risque d’incendie lié à une surcharge des circuits électriques domestiques a été évalué autant pour les systèmes monophasés de 600 W, ce qui correspond à la limite de puissance de raccordement actuellement en vigueur, que pour des systèmes de 800 W: conformément aux conclusions d’études menées en Allemagne [1], ce risque a été considéré comme faible. Les simulations réalisées montrent que les installations domestiques suisses conformes aux exigences actuelles et intactes disposent généralement de réserves suffisantes et qu’aucun risque supplémentaire significatif n’est engendré.

En revanche, les installations très anciennes ou certaines installations, plus rares, présentant des sections de conducteurs réduites (par exemple avec des câbles de 1 mm² pour 10 A, de 1,5 mm² pour 16 A et, de manière générale, les installations équipées de fusibles de 6 A) peuvent s’avérer critiques. Pour ces cas particuliers, les auteurs recommandent des mesures de protection spécifiques ou un contrôle préalable de l’installation domestique par des professionnels qualifiés et, le cas échéant, une réduction du calibre de la protection. Ces cas particuliers et les mesures à prendre devront être mentionnés dans le nouveau guide suisse SNG (voir plus bas).

Dans le cadre de ce projet, le Laboratoire photovoltaïque de la BFH, à Burgdorf, a analysé 25 micro-onduleurs afin d’évaluer la tension résiduelle après déconnexion du réseau, la température de fonctionnement ainsi que la régulation du courant. Il en est ressorti que la qualité des produits varie parfois considérablement d’un fabricant à l’autre, ce qui souligne la nécessité de disposer d’un cadre réglementaire contraignant ainsi que d’une surveillance active du marché. Des différences ont notamment été constatées en ce qui concerne les tensions résiduelles au niveau des broches des connecteurs après la déconnexion du réseau: environ 44% des dispositifs testés dépassaient encore la valeur limite de 34 V une seconde après la déconnexion du réseau, seuil actuellement retenu en Allemagne comme critère de qualité afin de prévenir les risques de choc électrique. La figure 2 illustre le comportement conforme de décroissance de la tension résiduelle d’un onduleur photovoltaïque enfichable lors d’un essai en laboratoire.

Un peu plus de la moitié des onduleurs testés présentent une décroissance de la tension plus rapide que celle du bloc d’alimentation d’un ordinateur portable choisi au hasard (figure 3). Le problème lié aux temps de décroissance trop longs peut toutefois être efficacement résolu à l’aide d’adaptateurs de sécurité ou de mécanismes de protection supplémentaires. Ces solutions peuvent être facilement mises en œuvre par les fabricants afin d’atteindre un niveau comparable à celui d’autres appareils électroménagers.

Des différences ont également été constatées entre les produits en ce qui concerne les températures de contact et la régulation du courant en cas de faible tension du réseau. Certains onduleurs ne limitaient pas le courant d’injection à la valeur prescrite de 3,5 A (tolérance de 2%), et 25% des dispositifs testés présentaient, à puissance nominale, des températures de surface supérieures aux valeurs autorisées par la norme CEI 62109-1. Les auteurs estiment par conséquent qu’il est nécessaire de définir des exigences et des procédures d’essai spécifiques pour les systèmes photovoltaïques enfichables dans leur ensemble, et non uniquement pour leurs composants individuels.

La Suisse et son cadre réglementaire libéral

En comparaison internationale, la Suisse dispose déjà d’un cadre réglementaire libéral. Les systèmes photovoltaïques enfichables y sont considérés comme des matériels électriques et peuvent être raccordés directement à des prises de courant standard. Outre le respect de la puissance nominale maximale de 600 W, les conditions requises comprennent notamment une déclaration de conformité, des mécanismes appropriés de protection par courant différentiel résiduel, ainsi que la déclaration du système auprès du gestionnaire de réseau de distribution et de l’autorité compétente en matière de construction. Il est à noter qu’en Suisse, depuis l’introduction de cette réglementation en 2014, aucun dommage corporel ni autre sinistre grave lié aux systèmes photovoltaïques enfichables n’a été signalé. Dans de nombreux autres pays, les conditions liées à l’exploitation d’un système photovoltaïque enfichable restent plus contraignantes qu’en Suisse. On observe néanmoins, à l’échelle internationale, une tendance à la multiplication des petits systèmes photovoltaïques ainsi qu’à un assouplissement des exigences relatives à leur accès au marché.

Le projet de recherche conclut que l’approche libérale reste pertinente et qu’elle ne présente pas de risques significatifs, à condition de respecter les exigences concrètes en matière de conformité des systèmes. Et ce, même si la puissance nominale maximale autorisée pour les systèmes photovoltaïques enfichables venait à être portée à 800 W, comme c’est déjà le cas en Allemagne.

Propositions pour de futures catégories de systèmes

L’un des principaux résultats du projet de recherche est la proposition de classer à l’avenir les systèmes photovoltaïques enfichables dans des catégories clairement définies et de revoir la limite de puissance actuellement en vigueur. Cette proposition s’appuie sur le potentiel énergétique nettement plus important mis en évidence par l’étude, toutes catégories confondues, ainsi que sur le constat que la plupart des installations électriques suisses sont en mesure d’absorber des puissances plus élevées en toute sécurité.

Dans le but de permettre à l’avenir une utilisation facilitée des petits systèmes photovoltaïques en Suisse, avec un minimum de contraintes administratives, deux catégories de systèmes, nouvelles ou adaptées, sont proposées à titre indicatif:

• Catégorie de systèmes C1: systèmes monophasés jusqu’à 800 VA (AC) et 2 kW (DC).
• Catégorie de systèmes C2: systèmes triphasés jusqu’à 2400 VA (AC) et 6 kW (DC).

Les catégories de systèmes nouvellement définies visent à étendre le potentiel d’utilisation des systèmes photovoltaïques enfichables aux petites toitures, aux carports, aux dépendances ainsi qu’à d’autres surfaces de petite taille jusqu’ici peu exploitées, sans pour autant renoncer à la simplicité de mise en œuvre des systèmes «plug-and-play».

De plus, les systèmes de stockage par batterie intégrés aux systèmes devraient désormais être pris explicitement en compte, ces solutions combinées étant déjà de plus en plus répandues sur le marché.

Conclusion et perspectives relatives à la SNG 480800

Le projet de recherche démontre que les systèmes photovoltaïques enfichables ne constituent pas seulement une solution simple d’accès à l’énergie solaire pour le grand public. Ils disposent d’un potentiel énergétique significatif, fournissent une part d’électricité hivernale supérieure à la moyenne, et peuvent être exploités en toute sécurité lorsqu’ils sont correctement conçus et dimensionnés.

L’élaboration du guide suisse SNG 480800 «Systèmes photovoltaïques enfichables» permet de transposer les enseignements tirés de la recherche et de la pratique dans un nouveau cadre réglementaire suisse. L’objectif consiste à établir une compréhension commune des exigences en matière de sécurité et des conditions d’utilisation de ces systèmes de plus en plus répandus dans le domaine de la basse tension. Le guide traitera en particulier de l’intégration en toute sécurité de ces systèmes dans les circuits terminaux existants, pour les fabricants, les distributeurs et les utilisateurs, et complètera ainsi les exigences de la norme sur les installations à basse tension (NIBT) ainsi que de l’ordonnance sur les matériels électriques à basse tension (OMBT). Son élaboration est assurée par un groupe de travail largement représentatif, composé de membres des comités et sous-comités techniques UK 23B, TK 8, TK 64 et TK 82. Cette approche permet de prendre en compte de manière appropriée les aspects liés au réseau, à l’installation ainsi qu’aux produits.

Le guide suisse SNG 480800 se concentrera sur les systèmes photovoltaïques enfichables relevant des catégories de systèmes présentées précédemment – toujours à raison d’un système par circuit alimenté par un compteur. Il définira des catégories de systèmes monophasés et triphasés, avec ou sans système de stockage couplé. La classification fixera les puissances maximales admissibles, les dispositifs de raccordement autorisés ainsi que les limites des systèmes, assurant ainsi davantage de transparence pour la planification, l’exploitation et le marché. Les principes essentiels concerneront la protection contre les chocs électriques, la prévention des surcharges ainsi que le respect des exigences en matière de comportement conforme au réseau. Le guide concrétisera ainsi les objectifs essentiels en matière de protection des personnes et des biens, tout en tenant compte d’une évaluation des risques.

Dans son ensemble, le guide suisse SNG 480800 constituera une étape importante pour concilier innovation et sécurité dans le domaine des systèmes photovoltaïques enfichables ainsi que pour favoriser concrètement leur intégration dans le système électrique suisse. Sa publication est prévue pour 2027. D’ici là, la communication ESTI 7/2014 reste en vigueur sans modification.