Un onduleur est un dispositif qui convertit le courant continu en courant alternatif. Les cellules solaires produisent du courant continu à la lumière du jour et le stockent dans des batteries. Cependant, les systèmes d'alimentation en courant continu présentent de grandes limites, et les charges CA des appareils électroménagers ne peuvent pas être alimentées par du courant continu. Pour que la production d'énergie photovoltaïque soit largement utilisée au quotidien, un onduleur capable de transformer le courant continu en courant alternatif est indispensable. Élément essentiel de la production d'énergie photovoltaïque, la fonction principale de l'onduleur est de convertir le courant continu des modules photovoltaïques en courant alternatif.
Classification
Les onduleurs photovoltaïques sont généralement classés en quatre catégories : les onduleurs centralisés, les onduleurs distribués, les onduleurs de chaîne et les micro-onduleurs.
1. Onduleur centralisé
L'onduleur centralisé est un onduleur PV qui connecte de nombreuses chaînes PV parallèles à l'entrée CC du même onduleur centralisé, et après avoir effectué le suivi du pic de puissance maximale, il est ensuite inversé et connecté au réseau.
La plage de puissance de l'onduleur centralisé est comprise entre 250 kW et 10 MW. Il offre une puissance unitaire élevée, un faible coût et une bonne régulation du réseau. Cependant, une bonne adéquation entre les chaînes photovoltaïques est nécessaire. En cas de ciel couvert, d'ombrage partiel ou de panne d'une chaîne, le rendement et la capacité électrique de l'ensemble du système photovoltaïque sont affectés. La plage de tension de suivi de la puissance maximale de l'onduleur centralisé est plus étroite, la flexibilité de configuration des modules est moindre, le temps de production est court et nécessite un local dédié avec ventilation et dissipation thermique. Il est particulièrement adapté aux centrales photovoltaïques centralisées au sol de grande taille à éclairage uniforme, etc.
2. Onduleur collectif
La plage de puissance est de 1 MW à 10 MW, ce qui est similaire à l'onduleur centralisé, principalement utilisé dans les centrales électriques terrestres complexes à grande échelle, qui peuvent être appliquées à des projets avec différents terrains, avec une grande adaptabilité et une bonne flexibilité.
3. Onduleur de chaîne
L'onduleur de chaîne suit la puissance maximale de plusieurs groupes (généralement de 1 à 4) de chaînes photovoltaïques individuellement, puis se connecte au réseau électrique après onduleur. Sa plage de puissance est comprise entre 1,5 kW et 250 kW. L'avantage de l'onduleur de chaîne réside dans la possibilité d'une disparité de tension et de courant entre les chaînes de différents modules de suivi de puissance maximale. La défaillance ou l'ombrage d'un module n'affecte que la production d'électricité de quelques chaînes de son module de suivi de puissance maximale, sans impact sur l'ensemble du système.
L'onduleur dispose d'une large plage de tension de suivi de puissance maximale, d'une configuration de module flexible et d'une longue durée de production d'énergie ; il peut être installé directement à l'extérieur.Par rapport aux onduleurs centralisés, les onduleurs à chaîne sont légèrement plus chers et nécessitent une suppression technique de la résonance lorsqu'un grand nombre d'onduleurs à chaîne sont connectés en parallèle, qui sont principalement utilisés dans les systèmes de production d'énergie distribuée, mais peuvent également être appliqués dans les systèmes de production d'énergie photovoltaïque centralisés.
4.Micro-onduleur
Le micro-onduleur doit suivre le pic de puissance maximal de chaque module PV individuellement, puis après l'avoir inversé, il est connecté au réseau CA.
La plage de puissance des micro-onduleurs est généralement inférieure à 4 kW. Leur avantage réside dans la possibilité de contrôler indépendamment la puissance maximale de chaque module, ce qui améliore le rendement global en cas d'ombrage partiel ou de variations de performance. De plus, les micro-onduleurs ne fonctionnent qu'avec quelques dizaines de volts de tension continue et sont tous connectés en parallèle pour minimiser les risques. Ils sont coûteux et difficiles à entretenir en cas de panne.
Fonctions de l'onduleur
1. Fonctionnement et arrêt automatiques
Après le lever du soleil, l'intensité du rayonnement solaire augmente progressivement, tout comme la puissance de sortie du panneau photovoltaïque. L'onduleur se met alors automatiquement en marche lorsque la puissance de sortie requise est atteinte. Lorsque le soleil se couche progressivement, la puissance de sortie du panneau photovoltaïque diminue et la puissance de sortie de l'onduleur est proche de 0 ; l'onduleur passe alors en mode veille.
2.Fonction d'effet anti-îlotage
Dans le processus de production d'énergie photovoltaïque connectée au réseau, comme le système de production d'énergie photovoltaïque et le système électrique fonctionnent en parallèle, lorsque le réseau public est hors tension en raison d'anomalies, si le système de production d'énergie photovoltaïque ne peut pas arrêter de fonctionner ou se déconnecter du système électrique, il continuera à fournir de l'énergie à la ligne de sortie d'énergie et à se connecter à la charge locale dans un état de fonctionnement indépendant, cet état de fonctionnement est appelé effet d'îlotage.
L'onduleur dispose d'un circuit de protection anti-îlotage interne, qui détecte la tension et la fréquence du réseau à connecter en temps réel, et les compare aux valeurs de tension et de fréquence prédéfinies en temps réel, si les valeurs réelles détectées sont dans une plage raisonnable, l'onduleur fonctionnera normalement ; sinon, il déconnectera le courant et arrêtera la sortie dans le temps correspondant en fonction des différentes valeurs mesurées, et signalera le défaut.
3. Fonction de contrôle du suivi du point de puissance maximale
La technologie MPPT est au cœur de l'onduleur. Elle permet de déterminer en temps réel la puissance de sortie maximale du module (réseau carré). La puissance de sortie des modules photovoltaïques est influencée par divers facteurs, tels que l'ensoleillement et la température, et ne fournit pas toujours la puissance nominale. La fonction de l'onduleur est de déterminer en temps réel la puissance maximale que les modules peuvent produire dans chaque condition momentanée afin d'optimiser la production d'électricité.
En mesurant le courant, la tension et la puissance, l'onduleur détermine la relation entre le point de fonctionnement actuel et le point de crête, et ajuste intelligemment la tension (ou le courant) au point de fonctionnement pour le rapprocher du point de puissance de crête, de sorte que le système PV fonctionne toujours à proximité du point de puissance de crête.
4. Surveillance intelligente des chaînes
Grâce au développement technologique, l'onduleur assure une surveillance intelligente chaîne par chaîne, basée sur la surveillance MPPT d'origine. Comparée à la surveillance MPPT, la surveillance de la tension et du courant est précise pour chaque branche, permettant ainsi aux utilisateurs de visualiser clairement les données de fonctionnement en temps réel de chaque branche.
5. Diagnostic intelligent par balayage de la courbe IV
La courbe I/V d'un module photovoltaïque correspond à la relation entre le courant et la tension de sortie du module. Les chercheurs l'ont exprimée sous forme de courbe. Les courbes I/V des modules et des chaînes changent considérablement en cas d'ombrage, de dommage ou de mauvais contact du module.
6. Effet anti-PID intelligent
L'effet PID d'un module photovoltaïque se traduit par une dégradation progressive de ses performances après une longue période de fonctionnement. L'effet PID a pour effet direct de provoquer l'accumulation d'une grande quantité de charges à la surface de la cellule, ce qui provoque un phénomène de passivation et une diminution du facteur de remplissage (FF), de la tension à vide et du courant de court-circuit. Cela réduit la puissance de sortie de la centrale solaire, sa production d'électricité et ses revenus.
7. Refroidissement par air intelligent
La règle des 10 degrés pour les appareils électroniques signifie que pour chaque augmentation de température de 10 °C, la durée de vie de l'appareil est réduite de moitié. Actuellement, les onduleurs adoptent généralement un refroidissement par air intelligent, avec des ventilateurs externes haute performance, un indice de protection allant jusqu'à IP67, des capteurs de température intégrés et des circuits de commande permettant de surveiller la température de l'appareil en temps réel et de définir un seuil approprié. Lorsque la température dépasse ce seuil, le circuit active automatiquement le ventilateur ; lorsque la température revient à la normale, le circuit de commande se ferme et le ventilateur s'arrête progressivement.
8. Connexion au réseau de récupération intelligent
Le fonctionnement automatique de l'onduleur est dû à sa fonction de rétablissement intelligent du raccordement au réseau. Le fonctionnement normal d'une centrale électrique dépend de divers facteurs, tels que la tension de branche, la tension du réseau, la fréquence, etc. L'onduleur peut être en veille ou hors service en raison d'une indisponibilité des conditions de sortie du réseau. Une fois que les conditions de fonctionnement sont normales, il rétablit automatiquement la connexion au réseau après un autotest, sans intervention humaine, comme une remise en service ou un redémarrage.
9. Compensation intelligente de la puissance réactive
L'onduleur photovoltaïque ne produit de la puissance active que dans des conditions normales de production. Si le facteur de puissance est inférieur aux exigences du fournisseur d'énergie, celui-ci facturera des frais de transfert d'énergie prohibitifs. Les propriétaires commerciaux et industriels utilisent généralement des dispositifs de compensation de puissance réactive côté charge pour garantir un facteur de puissance conforme à la norme et éviter ainsi les frais de transfert d'énergie.
Où installer l'onduleur ?
1. Options de montage pour les projets distribués au sol courants
L'onduleur peut être installé sous une chaîne de modules à proximité, à l'aide de supports fixes ou d'un arceau de fixation pour fixer l'équipement directement sur la colonne. Cette option nécessite de veiller à la résistance des supports et des colonnes, ainsi qu'à la hauteur de l'onduleur photovoltaïque par rapport au sol, afin d'éviter que l'équipement ne soit placé trop bas et inondé par la pluie les jours d'orage.
2. Plan d'installation d'usines commerciales et industrielles à grande échelle
Les grandes toitures commerciales et industrielles sont généralement ouvertes, sans toit ni murs secondaires, où les onduleurs photovoltaïques peuvent être suspendus. Afin de réduire les coûts de câblage, il est généralement nécessaire de fabriquer ses propres supports de montage et d'y suspendre les onduleurs. Il faut tenir compte de la capacité de charge et de la forme de fixation de l'onduleur, ainsi que de sa résistance aux typhons dans les zones côtières.
3. Schéma d'installation d'une centrale électrique sur le toit d'un projet de maison commune distribuée
L'onduleur photovoltaïque doit être installé autant que possible sur le mur sud, et son panneau doit être orienté vers le nord, avec un ensoleillement réduit. L'appareil doit être installé à une hauteur suffisante pour permettre l'observation et la lecture de l'affichage LED. Pour une installation en extérieur, un auvent doit être installé sur l'onduleur afin de le protéger du soleil et de la pluie.
4. Systèmes avec micro-onduleurs
Les micro-onduleurs peuvent être installés directement sur le support sous le module ou intégrés à celui-ci pour une conception modulaire et plug-and-play. Compacts, ils n'occupent pratiquement pas d'espace d'installation. L'installation distribuée est facile à configurer et permet d'optimiser l'espace et de s'adapter à des applications avec différents sens et angles d'installation.
Qu'est-ce que le MPPT ?
MPPT, abréviation de Maximum Power Point Tracking, fait référence à la capacité de l'onduleur à ajuster la puissance de sortie du panneau photovoltaïque en fonction des différentes températures ambiantes et intensités lumineuses, de sorte que le panneau photovoltaïque délivre toujours la puissance maximale.
Sous la même puissance d'entrée, le nombre de chemins MPPT de l'onduleur affecte la production d'énergie de l'installation photovoltaïque, en particulier lorsqu'il y a des problèmes tels que l'ombrage, une orientation différente des modules et des performances incohérentes des modules, etc. Plus la durée de vie de l'installation est longue (décroissance du module), plus le nombre de chemins MPPT est élevé, plus la précision du suivi du chemin unique MPPT est élevée, plus la réponse dynamique est rapide, la capacité de s'adapter aux changements rapides de lumière et d'améliorer la production d'énergie.
Les micro-onduleurs sont entièrement parallèles : chaque module possède un MPPT indépendant et la production d'énergie entre les modules n'a aucune influence. En l'absence d'effet de court-circuit, les facteurs tels que l'ombre et la poussière de certains modules n'affectent pas la production d'énergie de l'ensemble de la chaîne de modules, ce qui optimise la puissance de chaque module et améliore la production d'énergie de la centrale.
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