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La technologie photovoltaïque,
une réalité
La technologie photovoltaïque est une réalité. Elle fait partie des
solutions qui permettront à la fois de diversifier les sources d’énergie
et de préserver la planète en luttant contre l’effet de serre.
Du module photovoltaïque, jusqu’à la production d’énergie au
réseau électrique, les équipements qui composent l’installation
photovoltaïque relèvent de l’activité des constructeurs et des
metteurs en œuvre du secteur électrique.
Ce marché à haut niveau d’exigence en matière de sécurité et
de qualité est en forte croissance. Il est passé en une décennie
d’un stade expérimental à un stade industriel qui appelle à une
professionnalisation s’appuyant sur la normalisation des règles
d’installation, des composants et de leur mise en œuvre.
La maîtrise de cette technologie photovoltaïque est une
opportunité pour les constructeurs de matériels électriques
regroupés au sein du Gimélec de démontrer leur implication
dans la recherche de solutions pour optimiser les installations
électriques concourant à la préservation de l’environnement.
C’est une profession consciente de sa responsabilité
qui vous propose cette plaquette d’information.
Les principes
La conversion d’énergie solaire
en énergie électrique
La transformation du courant continu
en courant alternatif
En frappant les cellules semi-
conductrices à base de silicium (ou
d’autres matériaux) qui constituent
le panneau solaire, les photons du
rayonnement solaire provoquent
l’apparition d’un courant électrique
continu de l’ordre de quelques
ampères sous une tension de l’ordre
de quelques centaines de millivolts.
Afin d’augmenter la tension, les
cellules sont assemblées en séries
pour former des modules (« panneaux
solaires »). Les modules sont à
leur tour mis en séries appelées
« chaînes » (‘strings’) et les chaînes
mises en parallèle pour obtenir des
générateurs (‘arrays’). Ces derniers
peuvent aller de quelques centaines
de VA à plusieurs MVA.
Le courant continu produit
varie en permanence en fonction
de l’intensité lumineuse reçue et
de la température.
L’unité de mesure photovoltaïque est
le Watt-crête (Wc). C’est la puissance
théorique exprimée en Wc ou en
kWc d’une installation lorsqu’elle
est soumise à un éclairement
de 1000 W/m2
perpendiculaire
à la surface des capteurs, à une
température conventionnelle de 25°C.
L’énergie électrique est distribuée
et utilisée principalement sous forme
de courant alternatif. C’est pourquoi
l’énergie photovoltaïque produite
en courant continu doit faire
l’objet d’une conversion en courant
alternatif à l’aide d’un onduleur.
L’impératif de rendement optimum
du système complet impose que
l’onduleur s’adapte aux variations de
la puissance (celle-ci étant fonction
de l’ensoleillement), tout en restant
synchronisé sur le réseau alternatif
de distribution.
En outre, le système présente les
spécificités suivantes :
• 	Etant impossible d’arrêter
l’ensoleillement, l’énergie toujours
présente engendre des risques
d’électrocution ou d’incendie. Ces
risques sont anticipés par la mise
en œuvre de coffrets, canalisations,
connectiques très sécurisées en
plus des dispositions constructives
particulièrement sévères des
panneaux photovoltaïques.
• 	L’installation en courant continu 
nécessite la mise en œuvre
d’appareillage de commande, de
coupure et de protection dédié à
ce type de tension.
• 	L’exposition à la foudre des
infrastructures et des capteurs
prédispose ces installations aux
surtensions engendrées. Une mise
en œuvre adaptée de parafoudre est
nécessaire à ce niveau de réseau.
La fourniture et la mise en place de
dispositifs adaptés pour garantir
la sûreté de fonctionnement et
d’exploitationdecetyped’installation
implique la contribution de
professionnels avertis.
Photons
Zone dopée N
Zone dopée P
(tranche de silicium)
300 µm
Schéma symbolique d’un onduleur
Courant continu
Courant alternatif
L
N
Principe d’un panneau photovoltaïque
À l’échelle mondiale comme en
Europe, les 7 dernières années ont
vu la puissance installée multipliée
par 10 ce qui a permis une réduction
des coûts de 40% pour les systèmes
et de 30% pour les modules.
Les études récentes affichent une
capacité cumulée au niveau mondial
de 800 GWc à 1800 GWc en 2030,
ce qui représenterait plus de 20% de
la production d’électricité.
En France, les prévisions du
Grenelle de l’environnement fixent
un objectif national à 5,4 GWc d’ici
2020. Cependant une vision du
marché s’appuyant sur la prospective
de pénétration prioritaire du
photovoltaïque dans le bâtiment neuf
permet d’envisager pour 2020 une
puissance installée de 13,4 GWc soit
le triple de cet objectif, si l’on inclut
les centrales au sol.
Les enjeux
Un énorme potentiel
Les sources d’énergies
renouvelables
offrent l’équivalent
de 3078 fois la
consommation actuelle
mondiale d’énergie
(UVS e.V. / Source DLR,
Dr Nitsch)
En 2050, 20 % de
l’énergie utilisée dans
le monde sera produite
par des installations
photovoltaïques
(DENA/ Source WBGU)
France :
une croissance
exponentielle
MWc installés annuellement en France
Taux d’énergie primaire [EJ/an]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
20122011201020092008200720062005
2100205020402030202020102000
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Solaire (photovoltaïque
et thermo-électrique)
et solaire thermique
Autres énergies renouvelables
dont éolien et géothermie
Biomasse
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Energies fossiles
Les sources d’énergies renouvelables
offrent l’équivalent de 3078 fois
la consommation actuelle
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L’efficacité énergétique et la
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majeurs pris en compte par le secteur
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Les constructeurs du Gimélec
apportent des réponses au défi
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réalité à l’échelle industrielle.
Les solutions proposées en
technologie photovoltaïque en
constituent un parfait exemple.
Elles englobent la totalité de
l’installation électrique depuis la
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raccordement au réseau public.
L’environnement
L’objectif européen des 3 x 20
Présenté le 23 janvier 2008, le
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Arriver d’ici 2020 à…
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ments en réduisant la consomma-
tion énergétique d’une moyenne de
250 kWh/m2
/an aujourd’hui à moins
de 100 kWh/m2
/an en 2020.
L’investissement
Le photovoltaïque est un excellent
outil pour atteindre les deux autres
objectifs, puisque :
• 	Un module photovoltaïque est conçu
pour durer de l’ordre de 20 ans.
• 	 Il rembourse en 2 à 4 ans,
suivant son exposition et son lieu
d’installation,l’énergie nécessaire à
sa production.
• 	Sa production d’énergie n’est
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de modules photovoltaïques
permettent de produire l’équivalent
de la consommation électrique
moyenne annuelle d’un ménage
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Facilement intégrable au bâtiment,
le photovoltaïque est donc le
complément idéal aux mesures
d’amélioration de la performance
Logement économe
Logement énergivore
Logement
kWh/m2
/an
≤ 50 A
51 à 90 B
91 à 150 C
151 à 230 D
231 à 330 E
331 à 450 F
 450 G
énergétique pour atteindre le
« bâtiment zéro énergie », dont la
production et la consommation
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Des conditions favorables
pour investir
Pour favoriser le développement de
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pouvoirs publics ont mis en place
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Evolution du coût de l’électricité photovoltaïque (EUR/kWh)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
20402030202020102000
Heures de pointe
Coût de l’électricité
conventionnelle
Heures creuses
Zone de rentabilité
de l’électricité
photovoltaïque
Une réalité
La première maison d’habitation résidentielle
alimentée par des cellules photovoltaïques a été
construite à l’Université de Delaware (USA) en 1973.
Au cours des cinq dernières années, la production de
modules photovoltaïques et leur utilisation en Europe
ont augmenté de façon spectaculaire en s’étendant aux
fermes solaires puis aux bâtiments tertiaires.
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•	 la maison individuelle (2 à 5 kWc),
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•	 les toitures industrielles ou grand tertiaires
(au-delà de 250 kWc),
•	 et les centrales au sol ou « fermes solaires »
(plusieurs MWc).
Cette notion oblige les distributeurs
à conclure, si les producteurs
intéressés en font la demande, un
contrat pour l’achat de l’électricité
produite sur le territoire national
par les installations photovoltaïques
d’une puissance inférieure à 12 MW.
Ce contrat est établi pour une durée
de vingt ans.
2 - 	Les avantages fiscaux
Pour les particuliers, l’article 90
de la loi de finances 2005 a mis en
place un crédit d’impôt dédié aux
dépenses d’équipements de l’habitation
principale en faveur des économies
d’énergie et du développement durable.
Les entreprises ne bénéficient pas
de ces dispositions, mais peuvent
par contre amortir leur installation
de production d’électricité au même
titre que leurs investissements de
production.
3 - 	Les aides et subventions
Certaines collectivités locales ont
complété le dispositif par des aides
et des subventions qui peuvent être
attribuées aussi bien aux particuliers
qu’aux entreprises, suivant les cas.
Une installation
résidentielle
Une installation sur un
bâtiment commercial
Une centrale
de production
… d’une puissance
typique de :
3 kWc 250 kWc 4 MWc
… représente : 25 m2
de modules
silicium cristallin
intégrés en toiture
6000 m2
de modules
couches minces sur
revêtement d’étanchéité
80 000 m2
d’emprise au sol
… coûte (*) : 7 à 8 k€ le kWc 5,5 à 6 k€ le kWc 4,5 à 5 k€ le kWc
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annuellement :
3000 à 3500 kWh 250 à 300 MWh 4000 à 4500 MWh
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Schéma
Protection des chaînes PV
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Garantir une exploitation optimale
• 	Les installations photovoltaïques
nécessitent des précautions dans
le choix de produits adaptés et
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avertis pour la mise en œuvre.
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Impliqués dans les Comités de
normalisation, les constructeurs
du Gimélec proposent des
équipements à la fois adaptés et
compatibles entre eux.
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installation s’en trouve facilitée et son
exploitation optimisée et sécurisée.
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Groupement des industries de l’équipement électrique, du contrôle-commande et des services associés
11-17 rue de l’Amiral Hamelin - 75783 Paris cedex 16 - France - Tél. : +33 (0) 1 45 05 70 70 - Fax : +33 (0) 1 47 04 68 57 - www.gimelec.fr
* le cas échéant
Ce document a été élaboré
avec le concours
des membres de la commission
« Photovoltaïque »
du Gimélec
©GimélecPromotion-Tousdroitsréservés-Editionmai2009
Démarches administratives
1	Faire établir un devis
	 Consulter un bureau
d’étude ou un installateur
2	Déposer le permis de construire
ou l’autorisation de travaux
	 Mairie du site de l’implantation
8	Effectuer les travaux et obtenir
l’attestation de conformité
	 Maître d’œuvre : BE ou installateur
9	Faire assurer l’installation
	 auprès d’une compagnie d’assurance
3*
	Déposer une demande
d’aide ou de subvention
	 Info. : www.ademe.fr
4	Déposer une demande
de raccordement au réseau
	 auprès d’un distributeur
5	Demander un
certificat d’éligibilité à
l’obligation d’achat
	 www.drire.gouv.fr
7	Demander un contrat d’achat
	 http://achat-photovoltaique.edf.fr
10	Établir le contrat
de raccordement
	 avec votre distributeur
11	Établir le contrat d’achat et
l’accord de rattachement au
périmètre d’équilibre
	 http://achat-photovoltaique.edf.fr
6	Demander une autorisation d’exploiter
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  • 1.
  • 2. La technologie photovoltaïque, une réalité La technologie photovoltaïque est une réalité. Elle fait partie des solutions qui permettront à la fois de diversifier les sources d’énergie et de préserver la planète en luttant contre l’effet de serre. Du module photovoltaïque, jusqu’à la production d’énergie au réseau électrique, les équipements qui composent l’installation photovoltaïque relèvent de l’activité des constructeurs et des metteurs en œuvre du secteur électrique. Ce marché à haut niveau d’exigence en matière de sécurité et de qualité est en forte croissance. Il est passé en une décennie d’un stade expérimental à un stade industriel qui appelle à une professionnalisation s’appuyant sur la normalisation des règles d’installation, des composants et de leur mise en œuvre. La maîtrise de cette technologie photovoltaïque est une opportunité pour les constructeurs de matériels électriques regroupés au sein du Gimélec de démontrer leur implication dans la recherche de solutions pour optimiser les installations électriques concourant à la préservation de l’environnement. C’est une profession consciente de sa responsabilité qui vous propose cette plaquette d’information.
  • 3. Les principes La conversion d’énergie solaire en énergie électrique La transformation du courant continu en courant alternatif En frappant les cellules semi- conductrices à base de silicium (ou d’autres matériaux) qui constituent le panneau solaire, les photons du rayonnement solaire provoquent l’apparition d’un courant électrique continu de l’ordre de quelques ampères sous une tension de l’ordre de quelques centaines de millivolts. Afin d’augmenter la tension, les cellules sont assemblées en séries pour former des modules (« panneaux solaires »). Les modules sont à leur tour mis en séries appelées « chaînes » (‘strings’) et les chaînes mises en parallèle pour obtenir des générateurs (‘arrays’). Ces derniers peuvent aller de quelques centaines de VA à plusieurs MVA. Le courant continu produit varie en permanence en fonction de l’intensité lumineuse reçue et de la température. L’unité de mesure photovoltaïque est le Watt-crête (Wc). C’est la puissance théorique exprimée en Wc ou en kWc d’une installation lorsqu’elle est soumise à un éclairement de 1000 W/m2 perpendiculaire à la surface des capteurs, à une température conventionnelle de 25°C. L’énergie électrique est distribuée et utilisée principalement sous forme de courant alternatif. C’est pourquoi l’énergie photovoltaïque produite en courant continu doit faire l’objet d’une conversion en courant alternatif à l’aide d’un onduleur. L’impératif de rendement optimum du système complet impose que l’onduleur s’adapte aux variations de la puissance (celle-ci étant fonction de l’ensoleillement), tout en restant synchronisé sur le réseau alternatif de distribution. En outre, le système présente les spécificités suivantes : • Etant impossible d’arrêter l’ensoleillement, l’énergie toujours présente engendre des risques d’électrocution ou d’incendie. Ces risques sont anticipés par la mise en œuvre de coffrets, canalisations, connectiques très sécurisées en plus des dispositions constructives particulièrement sévères des panneaux photovoltaïques. • L’installation en courant continu  nécessite la mise en œuvre d’appareillage de commande, de coupure et de protection dédié à ce type de tension. • L’exposition à la foudre des infrastructures et des capteurs prédispose ces installations aux surtensions engendrées. Une mise en œuvre adaptée de parafoudre est nécessaire à ce niveau de réseau. La fourniture et la mise en place de dispositifs adaptés pour garantir la sûreté de fonctionnement et d’exploitationdecetyped’installation implique la contribution de professionnels avertis. Photons Zone dopée N Zone dopée P (tranche de silicium) 300 µm Schéma symbolique d’un onduleur Courant continu Courant alternatif L N Principe d’un panneau photovoltaïque
  • 4. À l’échelle mondiale comme en Europe, les 7 dernières années ont vu la puissance installée multipliée par 10 ce qui a permis une réduction des coûts de 40% pour les systèmes et de 30% pour les modules. Les études récentes affichent une capacité cumulée au niveau mondial de 800 GWc à 1800 GWc en 2030, ce qui représenterait plus de 20% de la production d’électricité. En France, les prévisions du Grenelle de l’environnement fixent un objectif national à 5,4 GWc d’ici 2020. Cependant une vision du marché s’appuyant sur la prospective de pénétration prioritaire du photovoltaïque dans le bâtiment neuf permet d’envisager pour 2020 une puissance installée de 13,4 GWc soit le triple de cet objectif, si l’on inclut les centrales au sol. Les enjeux Un énorme potentiel Les sources d’énergies renouvelables offrent l’équivalent de 3078 fois la consommation actuelle mondiale d’énergie (UVS e.V. / Source DLR, Dr Nitsch) En 2050, 20 % de l’énergie utilisée dans le monde sera produite par des installations photovoltaïques (DENA/ Source WBGU) France : une croissance exponentielle MWc installés annuellement en France Taux d’énergie primaire [EJ/an] 0 50 100 150 200 250 300 350 400 20122011201020092008200720062005 2100205020402030202020102000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Solaire (photovoltaïque et thermo-électrique) et solaire thermique Autres énergies renouvelables dont éolien et géothermie Biomasse Nucléaire Energies fossiles Les sources d’énergies renouvelables offrent l’équivalent de 3078 fois la consommation actuelle mondiale d’énergie Rayonnement solaire direct 2850 fois Vent 200 fois Biomasse 20 fois Géothermie 20 fois Océans 2 fois Hydro-électrique 1 fois
  • 5. L’efficacité énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre sont des éléments majeurs pris en compte par le secteur de la construction de bâtiments. En effet, l’habitat (tertiaire et résidentiel) représente environ 40% de la consommation énergétique française. Les constructeurs du Gimélec apportent des réponses au défi énergétique de ce siècle. Ils s’organisent et travaillent ensemble pour que les innovations apportées par la recherche deviennent une réalité à l’échelle industrielle. Les solutions proposées en technologie photovoltaïque en constituent un parfait exemple. Elles englobent la totalité de l’installation électrique depuis la boîte de jonction positionnée en aval des cellules photovoltaïques, jusqu’au raccordement au réseau public. L’environnement L’objectif européen des 3 x 20 Présenté le 23 janvier 2008, le « paquet climat – énergie » de la commission européenne propose un objectif dit des « 3 x 20 » : Arriver d’ici 2020 à… • 20% d’économies d’énergie • 20% de réduction des émissions de gaz à effet de serre • 20% d’énergie renouvelable dans la consommation totale d’énergie L’atteinte du premier objectif nécessitera une amélioration considérable de l’efficacité énergétique des bâtiments et loge- ments en réduisant la consomma- tion énergétique d’une moyenne de 250 kWh/m2 /an aujourd’hui à moins de 100 kWh/m2 /an en 2020. L’investissement Le photovoltaïque est un excellent outil pour atteindre les deux autres objectifs, puisque : • Un module photovoltaïque est conçu pour durer de l’ordre de 20 ans. • Il rembourse en 2 à 4 ans, suivant son exposition et son lieu d’installation,l’énergie nécessaire à sa production. • Sa production d’énergie n’est accompagnée d’aucune émission de gaz à effets de serre. • 25 m2 de modules photovoltaïques permettent de produire l’équivalent de la consommation électrique moyenne annuelle d’un ménage (3500 kWh par an). Facilement intégrable au bâtiment, le photovoltaïque est donc le complément idéal aux mesures d’amélioration de la performance Logement économe Logement énergivore Logement kWh/m2 /an ≤ 50 A 51 à 90 B 91 à 150 C 151 à 230 D 231 à 330 E 331 à 450 F 450 G énergétique pour atteindre le « bâtiment zéro énergie », dont la production et la consommation s’équilibreront. Des conditions favorables pour investir Pour favoriser le développement de l’énergie photovoltaïque et enclencher le cercle vertueux augmentation du volume – réduction des coûts,les pouvoirs publics ont mis en place différents dispositifs incitatifs qui peuvent être classés en trois catégories : 1 - L’obligation d’achat et le tarif d’achat La loi n° 2000-108 du 10 février 2000 relative à la modernisation et au développement du service public de l’électricité a introduit la notion d’obligation d’achat. … Une rentabilité croissante En France, une parité du coût avec l’électricité conventionnelle devrait être atteinte entre 2014 et 2019, en fonction des utilisations. (UVS e.V. / Source RWE Schott Solar) Espagne France Allemagne Evolution du coût de l’électricité photovoltaïque (EUR/kWh) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 20402030202020102000 Heures de pointe Coût de l’électricité conventionnelle Heures creuses Zone de rentabilité de l’électricité photovoltaïque
  • 6. Une réalité La première maison d’habitation résidentielle alimentée par des cellules photovoltaïques a été construite à l’Université de Delaware (USA) en 1973. Au cours des cinq dernières années, la production de modules photovoltaïques et leur utilisation en Europe ont augmenté de façon spectaculaire en s’étendant aux fermes solaires puis aux bâtiments tertiaires. Le marché s’articule autour de quatre segments : • la maison individuelle (2 à 5 kWc), • le bâtiment collectif (5 à 100 kWc), • les toitures industrielles ou grand tertiaires (au-delà de 250 kWc), • et les centrales au sol ou « fermes solaires » (plusieurs MWc). Cette notion oblige les distributeurs à conclure, si les producteurs intéressés en font la demande, un contrat pour l’achat de l’électricité produite sur le territoire national par les installations photovoltaïques d’une puissance inférieure à 12 MW. Ce contrat est établi pour une durée de vingt ans. 2 - Les avantages fiscaux Pour les particuliers, l’article 90 de la loi de finances 2005 a mis en place un crédit d’impôt dédié aux dépenses d’équipements de l’habitation principale en faveur des économies d’énergie et du développement durable. Les entreprises ne bénéficient pas de ces dispositions, mais peuvent par contre amortir leur installation de production d’électricité au même titre que leurs investissements de production. 3 - Les aides et subventions Certaines collectivités locales ont complété le dispositif par des aides et des subventions qui peuvent être attribuées aussi bien aux particuliers qu’aux entreprises, suivant les cas. Une installation résidentielle Une installation sur un bâtiment commercial Une centrale de production … d’une puissance typique de : 3 kWc 250 kWc 4 MWc … représente : 25 m2 de modules silicium cristallin intégrés en toiture 6000 m2 de modules couches minces sur revêtement d’étanchéité 80 000 m2 d’emprise au sol … coûte (*) : 7 à 8 k€ le kWc 5,5 à 6 k€ le kWc 4,5 à 5 k€ le kWc … et produit annuellement : 3000 à 3500 kWh 250 à 300 MWh 4000 à 4500 MWh (*) Matériel, installation et raccordement, hors avantages fiscaux et subventions Schéma Protection des chaînes PV Parafoudres Interrupteur DC Conduire en DC Connectique DC
  • 7. Garantir une exploitation optimale • Les installations photovoltaïques nécessitent des précautions dans le choix de produits adaptés et un réel savoir-faire de spécialistes avertis pour la mise en œuvre. • Une défaillance peut entraîner une production aléatoire d’énergie voire la destruction complète de l’installation, avec des conséquences considérables au regard de l’investissement. Sans parler des risques encourus par les personnes… Impliqués dans les Comités de normalisation, les constructeurs du Gimélec proposent des équipements à la fois adaptés et compatibles entre eux. La cohérence d’ensemble de votre installation s’en trouve facilitée et son exploitation optimisée et sécurisée. de principe Onduleurs PV Relais différentiels Interrupteurs DC Parafoudres Contrôle d’isolement Boîtes de jonction CompteursConnectique Interconnecter Produire Raccorder Convertir en AC Séparer Surveiller Superviser Équipements de monitoring
  • 8. Groupement des industries de l’équipement électrique, du contrôle-commande et des services associés 11-17 rue de l’Amiral Hamelin - 75783 Paris cedex 16 - France - Tél. : +33 (0) 1 45 05 70 70 - Fax : +33 (0) 1 47 04 68 57 - www.gimelec.fr * le cas échéant Ce document a été élaboré avec le concours des membres de la commission « Photovoltaïque » du Gimélec ©GimélecPromotion-Tousdroitsréservés-Editionmai2009 Démarches administratives 1 Faire établir un devis Consulter un bureau d’étude ou un installateur 2 Déposer le permis de construire ou l’autorisation de travaux Mairie du site de l’implantation 8 Effectuer les travaux et obtenir l’attestation de conformité Maître d’œuvre : BE ou installateur 9 Faire assurer l’installation auprès d’une compagnie d’assurance 3* Déposer une demande d’aide ou de subvention Info. : www.ademe.fr 4 Déposer une demande de raccordement au réseau auprès d’un distributeur 5 Demander un certificat d’éligibilité à l’obligation d’achat www.drire.gouv.fr 7 Demander un contrat d’achat http://achat-photovoltaique.edf.fr 10 Établir le contrat de raccordement avec votre distributeur 11 Établir le contrat d’achat et l’accord de rattachement au périmètre d’équilibre http://achat-photovoltaique.edf.fr 6 Demander une autorisation d’exploiter https://ampere.industrie.gouv.fr/ Créditsphotos:SMA,constructeurs,Digitalvision,Elektravision 12 Effectuer la mise en service de l’installation avec votre distributeur