Alors que le monde progresse dans sa quête de solutions énergétiques durables et propres, l'énergie solaire s'impose comme un fer de lance dans la course vers un avenir plus vert. Exploitant l'énergie abondante et renouvelable du soleil, les systèmes solaires photovoltaïques (PV) ont gagné en popularité, ouvrant la voie à une transformation remarquable de notre façon de produire de l'électricité. 
Au cœur de chaque système solaire photovoltaïque se trouve un composant crucial qui permet la conversion de la lumière du soleil en énergie utilisable : leonduleur solaireFaisant office de passerelle entre les panneaux solaires et le réseau électrique, les onduleurs solaires jouent un rôle essentiel dans l'utilisation efficace de l'énergie solaire. Comprendre leur principe de fonctionnement et explorer leurs différents types est essentiel pour appréhender les mécanismes fascinants de la conversion de l'énergie solaire. HComment fait ASolarIonduleurWorque? Un onduleur solaire est un dispositif électronique qui convertit le courant continu (CC) produit par les panneaux solaires en courant alternatif (CA) pouvant alimenter les appareils électroménagers et être injecté dans le réseau électrique. Le fonctionnement d'un onduleur solaire se décompose en trois étapes principales : conversion, régulation et production. Conversion: L'onduleur solaire reçoit d'abord le courant continu produit par les panneaux solaires. Ce courant continu se présente généralement sous la forme d'une tension fluctuante qui varie en fonction de l'intensité du rayonnement solaire. La fonction principale de l'onduleur est de convertir cette tension continue variable en une tension alternative stable et adaptée à la consommation. Le processus de conversion implique deux éléments clés : un ensemble de commutateurs électroniques de puissance (généralement des transistors bipolaires à grille isolée ou IGBT) et un transformateur haute fréquence. Ces commutateurs commutent et coupent rapidement la tension continue, créant ainsi un signal impulsionnel haute fréquence. Le transformateur élève ensuite la tension jusqu'au niveau de tension alternative souhaité. Contrôle: L'étage de contrôle d'un onduleur solaire garantit l'efficacité et la sécurité du processus de conversion. Il utilise des algorithmes de contrôle et des capteurs sophistiqués pour surveiller et réguler divers paramètres. Parmi les fonctions de contrôle importantes, on peut citer : a. Suivi du point de puissance maximale (MPPT) : les panneaux solaires ont un point de fonctionnement optimal, appelé point de puissance maximale (MPP), où ils produisent la puissance maximale pour une intensité solaire donnée. L'algorithme MPPT ajuste en continu le point de fonctionnement des panneaux solaires afin de maximiser la puissance produite en suivant le MPP. b. Régulation de tension et de fréquence : Le système de contrôle de l'onduleur maintient une tension et une fréquence de sortie CA stables, généralement conformes aux normes du réseau électrique. Cela garantit la compatibilité avec d'autres appareils électriques et permet une intégration transparente au réseau. c. Synchronisation du réseau : Les onduleurs solaires connectés au réseau synchronisent la phase et la fréquence de la sortie CA avec le réseau électrique. Cette synchronisation permet à l'onduleur de réinjecter l'excédent d'énergie dans le réseau ou d'en prélever lorsque la production solaire est insuffisante. Sortir: Au stade final, l'onduleur solaire fournit l'électricité CA convertie aux charges électriques ou au réseau. La production peut être utilisée de deux manières : a. Systèmes connectés au réseau ou raccordés au réseau : Dans les systèmes raccordés au réseau, l'onduleur solaire injecte directement le courant alternatif dans le réseau électrique public. Cela réduit la dépendance aux centrales électriques à combustibles fossiles et permet la facturation nette, où l'excédent d'électricité produit pendant la journée peut être crédité et utilisé pendant les périodes de faible production solaire. b. Systèmes hors réseau : Dans les systèmes hors réseau, l'onduleur solaire charge un parc de batteries en plus d'alimenter les charges électriques. Les batteries stockent l'énergie solaire excédentaire, qui peut être utilisée en période de faible production solaire ou la nuit, lorsque les panneaux solaires ne produisent pas d'électricité. Caractéristiques des onduleurs solaires : Efficacité: Les onduleurs solaires sont conçus pour fonctionner avec un rendement élevé afin de maximiser le rendement énergétique du système photovoltaïque. Un rendement plus élevé se traduit par une réduction des pertes d'énergie lors de la conversion, garantissant ainsi une meilleure utilisation de l'énergie solaire. Puissance de sortie : Les onduleurs solaires sont disponibles en différentes puissances, allant des petits systèmes résidentiels aux grandes installations commerciales. Pour des performances optimales, la puissance de sortie d'un onduleur doit être adaptée à la capacité des panneaux solaires. Durabilité et fiabilité : Les onduleurs solaires sont exposés à des conditions environnementales variables, notamment aux fluctuations de température, à l'humidité et aux surtensions potentielles. Par conséquent, ils doivent être fabriqués avec des matériaux robustes et conçus pour résister à ces conditions, garantissant ainsi une fiabilité à long terme. Suivi et communication : De nombreux onduleurs solaires modernes sont équipés de systèmes de surveillance permettant aux utilisateurs de suivre les performances de leur installation photovoltaïque. Certains onduleurs peuvent également communiquer avec des appareils externes et des plateformes logicielles, fournissant des données en temps réel et permettant une surveillance et un contrôle à distance. Caractéristiques de sécurité : Les onduleurs solaires intègrent diverses fonctions de sécurité pour protéger le système et les personnes qui l'utilisent. Ces fonctions incluent la protection contre les surtensions, les surintensités, la détection des défauts à la terre et la protection anti-îlotage, qui empêche l'onduleur d'injecter de l'électricité dans le réseau en cas de panne de courant. Classification des onduleurs solaires par puissance nominale Les onduleurs photovoltaïques, également appelés onduleurs solaires, peuvent être classés en différents types selon leur conception, leurs fonctionnalités et leur application. Comprendre ces classifications peut aider à choisir l'onduleur le plus adapté à un système photovoltaïque spécifique. Voici les principaux types d'onduleurs photovoltaïques classés par niveau de puissance : Onduleur selon le niveau de puissance : principalement divisé en onduleur distribué (onduleur de chaîne et micro-onduleur), onduleur centralisé Inversion de chaîneers: Les onduleurs de chaîne sont les plus couramment utilisés dans les installations solaires résidentielles et commerciales. Ils sont conçus pour gérer plusieurs panneaux solaires connectés en série, formant ainsi une « chaîne ». Les onduleurs de chaîne photovoltaïque (1 à 5 kW) sont aujourd'hui devenus les onduleurs les plus populaires sur le marché international, grâce à leur suivi de crête de puissance maximale côté CC et leur connexion au réseau en parallèle côté CA. L'électricité CC produite par les panneaux solaires est injectée dans l'onduleur de chaîne, qui la convertit en électricité CA pour une utilisation immédiate ou pour être exportée vers le réseau. Les onduleurs de chaîne sont réputés pour leur simplicité, leur rentabilité et leur facilité d'installation. Cependant, la performance de l'ensemble de la chaîne dépend du panneau le moins performant, ce qui peut impacter l'efficacité globale du système. Micro-onduleurs : Les micro-onduleurs sont de petits onduleurs installés sur chaque panneau solaire d'un système photovoltaïque. Contrairement aux onduleurs de chaîne, les micro-onduleurs convertissent le courant continu en courant alternatif directement au niveau du panneau. Cette conception permet à chaque panneau de fonctionner indépendamment, optimisant ainsi la production énergétique globale du système. Les micro-onduleurs offrent plusieurs avantages, notamment le suivi du point de puissance maximale (MPPT) au niveau du panneau, une meilleure performance du système pour les panneaux ombragés ou non appariés, une sécurité accrue grâce à des tensions continues plus faibles et un suivi détaillé des performances de chaque panneau. Cependant, le coût initial plus élevé et la complexité potentielle de l'installation sont des facteurs à prendre en compte. Onduleurs centralisés : Les onduleurs centralisés, également appelés onduleurs de grande capacité ou onduleurs industriels (> 10 kW), sont couramment utilisés dans les installations photovoltaïques de grande envergure, telles que les parcs solaires ou les projets solaires commerciaux. Ces onduleurs sont conçus pour gérer des entrées de courant continu élevées provenant de plusieurs chaînes ou réseaux de panneaux solaires et les convertir en courant alternatif pour le raccordement au réseau. La principale caractéristique est la puissance élevée et le faible coût du système, mais comme la tension et le courant de sortie des différentes chaînes PV ne correspondent souvent pas exactement (en particulier lorsque les chaînes PV sont partiellement ombragées en raison de la nébulosité, de l'ombre, des taches, etc.), l'utilisation d'un onduleur centralisé entraînera une efficacité moindre du processus d'inversion et une consommation d'énergie électrique domestique plus faible. Les onduleurs centralisés offrent généralement une puissance supérieure à celle des autres types d'onduleurs, allant de quelques kilowatts à plusieurs mégawatts. Ils sont installés dans un emplacement central ou une station d'onduleurs, et plusieurs chaînes ou réseaux de panneaux solaires y sont connectés en parallèle. À quoi sert un onduleur solaire ? Les onduleurs photovoltaïques remplissent de multiples fonctions, notamment la conversion CA, l'optimisation des performances des cellules solaires et la protection du système. Ces fonctions comprennent le fonctionnement et l'arrêt automatiques, le suivi de puissance maximale, la protection contre l'îlotage (pour les systèmes raccordés au réseau), le réglage automatique de la tension (pour les systèmes raccordés au réseau), la détection CC (pour les systèmes raccordés au réseau) et la détection de terre CC (pour les systèmes raccordés au réseau). Examinons brièvement le fonctionnement et l'arrêt automatiques, ainsi que le suivi de puissance maximale. 1) Fonction de fonctionnement et d'arrêt automatique Après le lever du soleil, l'intensité du rayonnement solaire augmente progressivement, entraînant la production des cellules solaires. Lorsque la puissance de sortie requise par l'onduleur est atteinte, celui-ci se met automatiquement en marche. Une fois en fonctionnement, l'onduleur surveille en permanence la production des composants des cellules solaires. Tant que la puissance de sortie des composants est supérieure à la puissance requise, l'onduleur continue de fonctionner jusqu'au coucher du soleil, même en cas de pluie. Lorsque la production des modules solaires diminue et que la puissance de sortie de l'onduleur est proche de 0, l'onduleur passe en mode veille. 2) Fonction de contrôle de suivi de puissance maximale La puissance du module solaire varie en fonction de l'intensité du rayonnement solaire et de sa température (température de la puce). De plus, la tension du module solaire diminuant avec l'augmentation du courant, il existe un point de fonctionnement optimal permettant d'obtenir la puissance maximale. L'intensité du rayonnement solaire change, et le point de fonctionnement optimal évolue également. En fonction de ces variations, le point de fonctionnement du module solaire se situe toujours au point de puissance maximale, et le système obtient toujours la puissance maximale. Ce type de contrôle est appelé suivi de puissance maximale. La principale caractéristique de l'onduleur utilisé dans les systèmes de production d'énergie solaire est la fonction de suivi du point de puissance maximale (MPPT). Les principaux indicateurs techniques d'un onduleur photovoltaïque 1. Stabilité de la tension de sortie Dans un système photovoltaïque, l'énergie électrique produite par la cellule solaire est d'abord stockée par la batterie, puis convertie en courant alternatif de 220 V ou 380 V par l'onduleur. Cependant, la batterie est soumise à ses propres variations de charge et de décharge, et sa tension de sortie varie considérablement. Par exemple, une batterie nominale de 12 V a une tension qui peut varier entre 10,8 et 14,4 V (au-delà, elle peut être endommagée). Pour un onduleur homologué, lorsque la tension aux bornes d'entrée varie dans cette plage, la variation de sa tension de sortie en régime permanent ne doit pas dépasser ± 5 % de la valeur nominale. En revanche, en cas de variation soudaine de la charge, la tension de sortie ne doit pas dépasser ± 10 % de la valeur nominale. 2. Distorsion de la forme d'onde de la tension de sortie Pour les onduleurs sinusoïdaux, la distorsion d'onde maximale admissible (ou teneur en harmoniques) doit être spécifiée. Elle est généralement exprimée par la distorsion totale de la tension de sortie et ne doit pas dépasser 5 % (10 % pour une sortie monophasée). Étant donné que le courant harmonique d'ordre élevé produit par l'onduleur génère des pertes supplémentaires, telles que des courants de Foucault, sur la charge inductive, une distorsion d'onde trop importante peut entraîner un échauffement important des composants de la charge, ce qui nuit à la sécurité des équipements électriques et affecte gravement l'efficacité du système. 3. Fréquence de sortie nominale Pour les charges comprenant des moteurs, tels que les machines à laver, les réfrigérateurs, etc., étant donné que le point de fonctionnement optimal de la fréquence des moteurs est de 50 Hz, des fréquences trop élevées ou trop basses entraîneront un échauffement de l'équipement, réduisant ainsi l'efficacité de fonctionnement et la durée de vie du système. La fréquence de sortie de l'onduleur doit donc être une valeur relativement stable, généralement une fréquence d'alimentation de 50 Hz, et son écart doit être compris entre + 1 % et + 1 % dans des conditions de travail normales. 4. Facteur de puissance de charge Caractériser la capacité de l'onduleur avec une charge inductive ou capacitive. Le facteur de puissance de charge d'un onduleur sinusoïdal est compris entre 0,7 et 0,9, et sa valeur nominale est de 0,9. Pour une certaine puissance de charge, un faible facteur de puissance de l'onduleur augmente sa capacité. D'une part, le coût augmente, et d'autre part, la puissance apparente du circuit CA du système photovoltaïque augmente. L'augmentation du courant entraîne inévitablement une augmentation des pertes et une diminution du rendement du système. 5. Efficacité de l'onduleur Le rendement d'un onduleur correspond au rapport entre sa puissance de sortie et sa puissance d'entrée dans des conditions de fonctionnement spécifiées, exprimé en pourcentage. En général, le rendement nominal d'un onduleur photovoltaïque correspond à une charge purement ohmique. Avec un rendement de charge de 80 %, le rendement est de 80 %. Compte tenu du coût global élevé d'un système photovoltaïque, il est essentiel d'optimiser son rendement afin de le réduire et d'améliorer son rapport coût-efficacité. Actuellement, le rendement nominal des onduleurs classiques se situe entre 80 % et 95 %, tandis que celui des onduleurs de faible puissance ne doit pas être inférieur à 85 %. Lors de la conception d'un système photovoltaïque, il est essentiel de choisir non seulement un onduleur à haut rendement, mais aussi de concevoir une configuration judicieuse pour que la charge photovoltaïque fonctionne au plus près de son point de rendement optimal. 6. Courant de sortie nominal (ou capacité de sortie nominale) Indique le courant de sortie nominal de l'onduleur dans la plage de facteur de puissance de charge spécifiée. Certains onduleurs indiquent la capacité de sortie nominale, exprimée en VA ou en kVA. La capacité nominale de l'onduleur est le produit de la tension de sortie nominale et du courant de sortie nominal lorsque le facteur de puissance de sortie est égal à 1 (charge purement résistive). 7. Mesures de protection Un onduleur avec d'excellentes performances doit également disposer de fonctions ou de mesures de protection complètes pour faire face à diverses situations anormales qui se produisent lors de l'utilisation réelle, afin de protéger l'onduleur lui-même et les autres composants du système contre les dommages. 1) Saisissez le compte d'assurance sous-tension : Lorsque la tension aux bornes d'entrée est inférieure à 85 % de la tension nominale, l'onduleur doit disposer d'une protection et d'un affichage. 2) Protecteur de surtension d'entrée : Lorsque la tension de la borne d'entrée est supérieure à 130 % de la tension nominale, l'onduleur doit disposer d'une protection et d'un affichage. 3) Protection contre les surintensités : La protection contre les surintensités de l'onduleur doit pouvoir intervenir rapidement en cas de court-circuit de la charge ou de dépassement du courant admissible, afin d'éviter tout dommage dû à une surintensité. Lorsque le courant de fonctionnement dépasse 150 % de la valeur nominale, l'onduleur doit pouvoir se protéger automatiquement. 4) protection contre les courts-circuits de sortie Le temps d'action de protection contre les courts-circuits de l'onduleur ne doit pas dépasser 0,5 s. 5) Protection contre l'inversion de polarité d'entrée : Lorsque les pôles positif et négatif de la borne d'entrée sont inversés, l'onduleur doit avoir une fonction de protection et un affichage. 6) Protection contre la foudre : L'onduleur doit être équipé d'une protection contre la foudre. 7) Protection contre la surchauffe, etc. De plus, pour les onduleurs sans mesures de stabilisation de tension, l'onduleur doit également disposer de mesures de protection contre les surtensions de sortie pour protéger la charge contre les dommages causés par les surtensions. 8. Caractéristiques de départ Caractériser la capacité de l'onduleur à démarrer sous charge et ses performances en fonctionnement dynamique. L'onduleur doit garantir un démarrage fiable sous charge nominale. 9. Bruit Les composants tels que les transformateurs, les inductances de filtrage, les interrupteurs électromagnétiques et les ventilateurs des équipements électroniques de puissance génèrent du bruit. Lorsque l'onduleur fonctionne normalement, son bruit ne doit pas dépasser 80 dB, et celui d'un petit onduleur ne doit pas dépasser 65 dB. Compétences de sélection des onduleurs solaires
Date de publication : 8 mai 2024