Photovoltaïque en moyenne tension : la révolution technologique de Fraunhofer ISE

Le secteur de l’énergie solaire est à l’aube d’une transformation majeure. L’Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires (ISE), leader mondial de la recherche photovoltaïque, a lancé le projet pionnier PVgoesMV. Cette initiative vise à développer et à déployer les premières centrales solaires au monde fonctionnant directement en moyenne tension (3 kV). Une avancée technologique qui promet de réduire drastiquement les coûts et l’empreinte matérielle des grandes fermes photovoltaïques, accélérant ainsi la transition énergétique.

Les limites du photovoltaïque basse tension à grande échelle

Actuellement, les centrales photovoltaïques de grande puissance reposent sur une architecture basse tension, typiquement inférieure à 1 500 volts en courant continu. Ce standard présente un inconvénient majeur : pour éviter des pertes d’énergie importantes, il nécessite l’utilisation de câbles de section très importante. Pour une centrale de 50 mégawatts (MW), cela peut représenter plusieurs centaines de kilomètres de câbles en cuivre ou en aluminium.

Dans un contexte de tension sur les marchés des matières premières et d’objectifs de déploiement massif du solaire, cette dépendance au cuivre devient un frein économique et logistique. Le passage à une tension plus élevée est une solution physique éprouvée : elle permet de transporter la même puissance avec un courant plus faible, réduisant ainsi la section nécessaire des câbles et les pertes par effet Joule.

PVgoesMV : le projet pilote pour un nouveau standard

Le projet PVgoesMV a pour objectif de faire passer cette théorie dans la pratique. Il consiste en la construction et l’exploitation de deux centrales pilotes d’environ 135 kW chacune, situées dans le Bade-Wurtemberg et en Rhénanie-Palatinat, en Allemagne.

Les configurations techniques testées

Ces installations expérimentales fonctionneront avec un côté courant continu (DC) à 3 000 volts et un côté courant alternatif (AC) à 1 200 volts. Deux architectures de chaînes de modules (strings) seront comparées :

• Une configuration utilisant des modules photovoltaïques standards (1 500 V) avec une mise à la terre au point médian pour atteindre les 3 kV.
• Une configuration innovante basée sur des modules prototypes spécialement conçus pour supporter des tensions continues plus élevées.

Le cœur de l’innovation : l’onduleur moyenne tension

La pièce maîtresse de ce système est un onduleur string révolutionnaire, développé par Fraunhofer ISE. Celui-ci utilise des semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC), un matériau permettant des commutations plus rapides et des pertes énergétiques bien inférieures à celles du silicium classique, même à des tensions de blocage élevées. Cet onduleur est l’aboutissement du projet de recherche antérieur MS-Leikra et est désormais testé en conditions réelles.

Les bénéfices attendus de la moyenne tension pour le PV

La généralisation de cette technologie pourrait apporter des avantages décisifs pour l’industrie solaire :

• Réduction massive des coûts de câblage : Jusqu’à 50% d’économie sur les câbles en cuivre ou en aluminium.
• Optimisation des coûts de balance of system (BOS) : Réduction des besoins en tranchées, supports de câbles et main-d’œuvre d’installation.
• Amélioration du rendement énergétique : Moins de pertes en ligne signifie un meilleur facteur de performance (PR) de la centrale.
• Simplification de l’intégration au réseau : Un raccordement plus direct aux postes de transformation moyenne tension.

Un consortium pour industrialiser l’innovation

Fraunhofer ISE ne travaille pas seul. Le projet PVgoesMV fédère un consortium d’experts industriels couvrant toute la chaîne de valeur : fabricants de modules, spécialistes des connecteurs et câbles haute tension, développeurs d’onduleurs et fournisseurs de systèmes de surveillance. L’objectif est triple : démontrer la fiabilité technique, établir des protocoles de validation et de sécurité, et contribuer activement à la future normalisation internationale des systèmes PV en moyenne tension.

Une contribution clé à la transition énergétique

Soutenu par le ministère fédéral allemand de l’Économie et de l’Énergie dans le cadre de son programme de recherche énergétique, PVgoesMV répond à un enjeu stratégique. Pour atteindre les objectifs de neutralité carbone à l’horizon 2050, le déploiement du photovoltaïque doit s’accélérer tout en devenant plus efficace dans l’utilisation des ressources. En réduisant la dépendance aux matières premières critiques et en abaissant les coûts nivelés de l’électricité (LCOE), la technologie moyenne tension ouvre une voie prometteuse pour des centrales solaires plus durables, plus économiques et plus faciles à déployer à très grande échelle.