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Onduleurs solaires
L’onduleur est le centre nerveux de toute installation photovoltaïque : il transforme le courant continu des modules solaires en courant alternatif et l’injecte ensuite dans le réseau public. En même temps, il contrôle et surveille toute l’installation.
D’un côté, il veille au rendement maximum des modules solaires en fonction du rayonnement et de la température. D’autre part, il surveille en permanence le réseau électrique et est responsable du respect de divers critères de sécurité.
Un onduleur approprié pour chaque installation
Le marché propose un grand choix d’onduleurs solaires. Les appareils peuvent être classés suivant trois propriétés essentielles : la puissance, l’agencement côté CC et la topologie de circuit.
À partir de brèves impulsions de courant de durées différentes, les onduleurs modernes génèrent une courbe de courant parfaitement sinusoïdale.
1. Puissance
La puissance disponible commence à deux kilowatts et s’étend jusqu’à l’ordre des mégawatts. Les puissances type sont 5 kW pour les installations privées sur le toit, 10–20 kW pour les installations commerciales (par ex. toits de salles ou de granges) et 500 – 800 kW pour l’emploi dans des centrales solaires.
2. Interconnexion des modules
Concernant l’agencement coté CC, il s’agit de la connexion des modules solaires à l’onduleur. On distingue les onduleurs string, multistring et centraux, le terme «string» décrivant l’assemblage de plusieurs modules montés en série.
Les onduleurs multistring disposent de deux ou plusieurs entrées ayant chacune un propre dispositif de recherche MPP. Ils sont particulièrement utiles lorsque le générateur solaire est constitué de surfaces partielles orientées différemment ou partiellement ombragées. Malgré leur puissance supérieure, les onduleurs centraux ne disposent que d’un seul dispositif de recherche MPP. Ils conviennent parfaitement aux grandes installations à générateur homogène.
3. Topologie de circuit
La topologie de circuit distingue les onduleurs monophasés et triphasés ainsi que les appareils dotés ou non d’un transformateur. Tandis que les petites installations utilisent généralement des onduleurs monophasés, les grandes installations solaires, en raison de la limite de déséquilibre des phases de 4,6 kVA, sont équipées soit d’un assemblage de plusieurs onduleurs monophasés, soit d’onduleurs triphasés. Le transformateur garantit la séparation galvanique (imposée dans certains pays) et permet la mise à la terre des modules solaires (nécessaire pour certains types de modules). Dans la mesure du possible, on utilise toutefois des onduleurs sans transformateur. Ils sont un peu plus petits et légers que les appareils à transformateur et offrent un rendement supérieur.
Fonctions de l’onduleur solaire
Les fonctions d’un onduleur solaire sont aussi diversifiées qu’exigeantes:
High-tech en détail: les modules électroniques intégrés à l’onduleur sont fabriqués selon des méthodes ultramodernes.
1. Transformer sans grandes pertes
L’une des principales propriétés d’un onduleur est son rendement de transformation. Il indique quelle part d’énergie introduite sous forme de courant continu ressortira sous forme de courant alternatif. Les appareils modernes atteignent des rendements de 98%.
2. Optimiser la puissance
La courbe caractéristique de puissance des modules solaires dépend fortement de l’intensité de rayonnement et de la température des modules – donc de valeurs qui changent sans arrêt au cours de la journée.
Aussi l’onduleur doit-il rechercher le point de fonctionnement idéal sur la courbe caractéristique et le maintenir en permanence pour tirer des modules solaires la plus grande puissance possible dans chaque situation. Le point de fonctionnement optimal s’appelle Maximum Power Point (MPP, point de puissance maximum), la recherche et la poursuite du MPP est le MPP-Tracking, extrêmement important pour le rendement énergétique d’une installation solaire.
3. Surveiller et sécuriser
D’un côté, l’onduleur surveille le rendement énergétique de l’installation PV et indique les éventuels dérangements. D’un autre côté, il prend également en charge la surveillance du réseau d’alimentation auquel il est branché. Ainsi, pour des raisons de sécurité, il doit couper immédiatement la liaison au réseau en cas de dérangement de ce dernier, ou contribuer à soutenir le réseau le cas échéant, conformément aux exigences de l’exploitant de réseau local.
Transformer, optimiser, surveiller: les fonctions d’un onduleur solaire sont fort diversifiées.
De plus, il possède généralement un système qui permet une interruption efficace du flux électrique des modules solaires. En effet, les modules solaires sont sous tension dès qu’ils reçoivent de la lumière et ne peuvent donc pas être mis hors service. La coupure du câble de raccordement à l’onduleur pendant le service peut provoquer des arcs électriques dangereux qui ne s’éteignent pas à cause de la présence du courant continu. L’intégration directe du dispositif de coupure dans l’onduleur facilite l’installation et réduit le câblage.
4. Communiquer
Les interfaces de communication de l’onduleur permettent le contrôle et la surveillance de tous les paramètres, données de service et rendements.
La consultation des données et le paramétrage de l’onduleur peuvent s’effectuer au moyen d’un raccord par câble et d’un bus de terrain industriel. Généralement, les données sont chargées par un enregistreur de données qui rassemble les données de plusieurs onduleurs, pour les traiter et, le cas échéant, les transmettre à un portail en ligne.
5. Gérer les températures
La température dans le boîtier de l’onduleur influence également le rendement de la transformation. Si elle augmente, l’onduleur doit réduire sa puissance. La puissance de module disponible risque alors de ne pas pouvoir être utilisée dans toute son étendue. D’une part, la température est influencée par le lieu de pose – un environnement refroidi constamment serait donc l’idéal.
D’autre part, elle dépend directement du service de l’onduleur : même avec un rendement de 98%, deux pour cent sont perdus sous forme de chaleur. Avec une puissance de 10 kW, le rendement calorifique maximum s’élève tout de même à 200 watts. Aussi, un refroidissement efficace et fiable du boîtier, par ex. avec le concept de refroidissement « OptiCool » de SMA, revêt-il une grande importance.
Disposés selon un agencement judicieux d’un point de vue thermique, les composants peuvent évacuer la chaleur directement vers l’environnement – tout le boîtier fait en même temps fonction de corps réfrigérant. Ainsi les onduleurs fonctionnent-ils à puissance nominale maximale, même à des températures ambiantes de 50 °C.
6. Protéger
Un boîtier résistant aux intempéries, dans le cas idéal avec un degré de protection IP 65, permet une pose extérieure de l’onduleur à n’importe quel endroit. Avantage : plus l’onduleur est proche des modules, plus le câblage CC nécessaire – comparativement plus cher – sera limité.
