Onduleurs formateurs de réseau : une étude roumaine les juge plus stables et plus rentables pour le solaire résidentiel avec batterie

Oui, selon une étude roumaine, un onduleur formateur de réseau (GFM) rend une maison équipée de panneaux et d’une batterie à la fois plus utile au réseau et plus rentable qu’un onduleur suiveur classique (GFL), et son surcoût se rembourse en un peu moins de trois ans. Le travail, mené par une équipe de l’Université des études économiques de Bucarest, simule un réseau à faible inertie, c’est-à-dire un système électrique où les grandes machines tournantes cèdent la place aux énergies raccordées par électronique de puissance.

Suiveur ou formateur : ce qui distingue les deux onduleurs

Un onduleur suiveur de réseau (grid-following) se cale sur la tension et la fréquence que lui impose le réseau extérieur. Sa mission se limite à injecter la production et à piloter la batterie pour maximiser l’autoconsommation. Si le réseau vacille ou disparaît, il n’a plus de repère.

Un onduleur formateur de réseau (grid-forming) crée lui-même ses références de tension et de fréquence. Il peut donc soutenir activement le réseau lors d’un incident, continuer à alimenter la maison en îlotage pendant une coupure et mieux répartir les flux de puissance. C’est cette capacité que les opérateurs de réseau recherchent à mesure que la part des centrales thermiques et hydrauliques, dont l’inertie stabilise naturellement la fréquence, diminue.

Les auteurs partent d’un constat : la littérature traite surtout de la commande de ces équipements et de leur déploiement à grande échelle, beaucoup moins de leur intérêt économique pour un particulier, pays par pays. Ils ont voulu combler ce manque pour les prosommateurs d’un marché émergent comme la Roumanie.

Une simulation sur une installation domestique type

L’équipe a modélisé sous MATLAB/Simulink une installation photovoltaïque de 5 kW associée à une batterie de 10 kWh, puis a fait fonctionner les deux types d’onduleurs dans des conditions strictement identiques. Deux incidents ont été simulés : un appel de charge soudain de 1,2 kW et un creux de tension de 20 % durant 200 millisecondes.

Pour juger la réponse de chaque système, les chercheurs ont suivi l’écart de fréquence, l’écart de tension, le temps nécessaire pour revenir à l’équilibre et le RoCoF, la vitesse à laquelle la fréquence varie. Ils ont aussi estimé, à partir de l’évolution des capacités installées en Roumanie, à quel moment le réseau du pays pourrait basculer vers un fonctionnement dominé par les onduleurs.

Des écarts nettement réduits

Avec l’onduleur formateur, le RoCoF maximal tombe de 18,99 Hz/s à 6,34 Hz/s, une baisse d’environ 66 %. L’écart de fréquence le plus fort passe de 0,62 Hz à 0,18 Hz. Côté tension, l’écart maximal recule de 0,20 à 0,08 unité relative (p.u.). Les temps de retour à la normale fondent également : 3 secondes au lieu de 7,5 pour la fréquence, 2 secondes au lieu de 5 pour la tension.

Le volet économique : un surcoût vite remboursé

Le calcul financier repose sur une durée de vie de 15 ans et un taux d’actualisation de 6 %. L’investissement de départ est fixé à 7 000 € pour la version à onduleur suiveur et à 8 500 € pour la version à onduleur formateur. Les recettes prises en compte vont au-delà de l’autoconsommation et de la vente du surplus : arbitrage entre heures chères et heures creuses, rémunération des services auxiliaires, coupures évitées et moindre écrêtement de la production. L’usure de la batterie est intégrée.

Résultat : l’installation à onduleur formateur dégage 1 142 € de trésorerie nette par an, contre 615 € pour l’autre. Son taux de rentabilité interne atteint environ 10,4 %, contre 3,7 % environ. Pour savoir si une installation classique est rentable chez vous, notre simulateur de panneaux solaires donne un premier ordre de grandeur.

Un coût de l’énergie qui dépend de ce que l’on compte

Pris isolément, le coût actualisé de l’énergie (LCOE) est plus élevé avec l’onduleur formateur : 0,206 €/kWh contre 0,174 €/kWh. Mais une fois intégrés les gains de flexibilité et de résilience, ce coût ajusté descend à 0,118 €/kWh. Les 1 500 € supplémentaires sont alors récupérés en 2,85 ans environ, ce qui correspond bien à l’écart de trésorerie annuel entre les deux configurations.

Les tests de sensibilité, qui font varier le prix de l’électricité, les recettes de services réseau et le prix des batteries, laissent l’onduleur formateur dans le vert. Les chercheurs le résument ainsi : « Même dans des conditions défavorables, comme des prix de l’électricité plus faibles, des revenus réduits issus des services auxiliaires ou des coûts d’investissement plus élevés pour les batteries, la technologie GFM conserve des indicateurs de rentabilité positifs et une viabilité économique ». La version suiveuse, elle, réagit beaucoup plus aux aléas du marché.

Les limites posées par les auteurs

L’équipe ne présente pas ces chiffres comme acquis. La rentabilité dépend d’abord d’une condition : que le particulier puisse accéder à des marchés de flexibilité et soit payé pour les services qu’il rend au réseau. Elle repose aussi sur des hypothèses qu’il faudra confronter à des données réelles d’exploitation, saison par saison. Pour le choix et le dimensionnement d’un stockage domestique, notre guide sur la batterie pour panneaux solaires fait le point.

Les prochaines étapes envisagées portent sur la coordination de plusieurs foyers équipés d’onduleurs formateurs avec des agrégateurs et des communautés d’énergie, sur des commandes adaptatives pilotées par intelligence artificielle, et sur l’apport du véhicule-réseau (V2G), du stockage d’hydrogène et des échanges d’énergie entre voisins.

L’étude, intitulée « Les onduleurs formateurs de réseau peuvent-ils être rentables ? Analyse technico-économique des systèmes photovoltaïques et des batteries dans les réseaux électriques à faible inertie », est parue dans le Journal of Energy Storage. Elle a été présentée par pv magazine. Pour le contexte français de la stabilité du réseau, les publications de RTE sont la référence.

Questions fréquentes

Qu’est-ce qu’un onduleur formateur de réseau ?

C’est un onduleur qui fixe lui-même la tension et la fréquence de sortie au lieu de les copier sur le réseau. Il peut ainsi aider à stabiliser le réseau électrique lors d’une perturbation et alimenter une maison en îlotage pendant une coupure, à condition d’être associé à une batterie.

Un onduleur formateur de réseau coûte-t-il plus cher ?

Dans l’étude roumaine, l’installation résidentielle de 5 kW avec batterie de 10 kWh coûte 8 500 € avec un onduleur formateur, contre 7 000 € avec un onduleur suiveur, soit 1 500 € de plus. Ce surcoût est amorti en 2,85 ans environ selon les hypothèses des auteurs.

Pourquoi l’onduleur formateur serait-il plus rentable ?

Parce qu’il ouvre des recettes que l’onduleur suiveur ne capte pas : rémunération des services rendus au réseau, coupures évitées, moins de production perdue par écrêtement. L’étude souligne que cet avantage suppose un accès effectif aux marchés de flexibilité.

Que signifie un réseau à faible inertie ?

C’est un réseau où les grandes machines tournantes des centrales classiques, qui amortissent naturellement les variations de fréquence, laissent place à des sources raccordées par onduleurs, comme le solaire et les batteries. La fréquence y varie plus vite après un incident.