Le principe de fonctionnement de l'onduleur :
Le cœur du dispositif onduleur est le circuit de commutation, appelé circuit inverseur. Ce circuit assure la fonction onduleur en allumant et en éteignant l'interrupteur électronique de puissance.
Caractéristiques:
(1) Une efficacité élevée est requise.
En raison du prix élevé actuel des cellules solaires, afin de maximiser l'utilisation des cellules solaires et d'améliorer l'efficacité du système, nous devons essayer d'améliorer l'efficacité de l'onduleur.
(2) Une grande fiabilité est requise.
À l'heure actuelle, le système de centrale photovoltaïque est principalement utilisé dans les zones reculées, et de nombreuses centrales électriques sont sans surveillance et sans entretien, ce qui nécessite que l'onduleur ait une structure de circuit raisonnable, une sélection stricte des composants et nécessite que l'onduleur ait diverses fonctions de protection, telles que : protection contre l'inversion de polarité CC d'entrée, protection contre les courts-circuits de sortie CA, surchauffe, protection contre les surcharges, etc.
(3) La tension d’entrée doit avoir une plage d’adaptation plus large.
La tension aux bornes de la cellule solaire varie en fonction de la charge et de l'intensité du rayonnement solaire. Surtout lorsque la batterie vieillit, sa tension aux bornes varie considérablement. Par exemple, pour une batterie de 12 V, sa tension aux bornes peut varier entre 10 V et 16 V, ce qui nécessite que l'onduleur fonctionne normalement dans une large plage de tension d'entrée CC.
Classification des onduleurs photovoltaïques：
Il existe de nombreuses façons de classer les onduleurs. Par exemple, selon le nombre de phases de la tension alternative délivrée, on distingue les onduleurs monophasés et triphasés ; les onduleurs à transistors, les onduleurs à thyristors et les onduleurs à thyristors de blocage. Selon le principe du circuit onduleur, on distingue également les onduleurs à oscillation auto-excitée, les onduleurs à superposition d'ondes étagées et les onduleurs à modulation de largeur d'impulsion. Selon l'application, en réseau ou hors réseau, on distingue les onduleurs connectés au réseau et les onduleurs hors réseau. Afin de faciliter le choix des onduleurs par les utilisateurs optoélectroniques, seuls les onduleurs sont classés ici selon leur application.
1. Onduleur centralisé
La technologie des onduleurs centralisés consiste à connecter plusieurs chaînes photovoltaïques en parallèle à l'entrée CC d'un même onduleur centralisé. Généralement, des modules de puissance triphasés IGBT sont utilisés pour les puissances élevées, tandis que des transistors à effet de champ sont utilisés pour les puissances faibles. Le DSP convertit le contrôleur afin d'améliorer la qualité de l'énergie produite, la rapprochant d'un courant sinusoïdal, généralement utilisé dans les grandes centrales photovoltaïques (> 10 kW). L'avantage principal du système réside dans sa puissance élevée et son faible coût. Cependant, la tension et le courant de sortie des différentes chaînes photovoltaïques étant souvent inadaptés (notamment en cas de blocage partiel dû à la nébulosité, à l'ombre, etc.), l'onduleur centralisé est privilégié. Ce changement de méthode entraîne une baisse du rendement de l'onduleur et une baisse de la consommation d'énergie. Parallèlement, la fiabilité de la production d'électricité de l'ensemble du système photovoltaïque est affectée par le mauvais fonctionnement d'un groupe d'unités photovoltaïques. La dernière direction de recherche est l'utilisation du contrôle de la modulation vectorielle spatiale et le développement d'une nouvelle connexion topologique des onduleurs pour obtenir un rendement élevé dans des conditions de charge partielle.
2. Onduleur de chaîne
L'onduleur de chaîne repose sur un concept modulaire. Chaque chaîne photovoltaïque (1 à 5 kW) passe par un onduleur, suit la puissance maximale côté CC et est connectée en parallèle côté CA. C'est l'onduleur le plus populaire du marché.
De nombreuses grandes centrales photovoltaïques utilisent des onduleurs de chaîne. L'avantage est qu'ils ne sont pas affectés par les différences de modules et l'ombrage entre les chaînes, et réduisent simultanément l'écart entre le point de fonctionnement optimal des modules photovoltaïques et celui de l'onduleur, augmentant ainsi la production d'électricité. Ces avantages techniques réduisent non seulement le coût du système, mais augmentent également sa fiabilité. Parallèlement, le concept de « maître-esclave » est introduit entre les chaînes, permettant au système de connecter plusieurs groupes de chaînes photovoltaïques et d'en faire fonctionner une ou plusieurs, à condition qu'une seule chaîne d'énergie ne puisse pas faire fonctionner un seul onduleur, produisant ainsi davantage d'électricité.
Le concept le plus récent consiste à regrouper plusieurs onduleurs en équipe, au lieu du concept « maître-esclave », ce qui renforce considérablement la fiabilité du système. Actuellement, les onduleurs string sans transformateur dominent.
3. Micro-onduleur
Dans un système photovoltaïque traditionnel, l'entrée CC de chaque onduleur de chaîne est connectée en série par environ 10 panneaux photovoltaïques. Lorsque 10 panneaux sont connectés en série, si l'un d'eux ne fonctionne pas correctement, cette chaîne sera affectée. Si le même MPPT est utilisé pour plusieurs entrées de l'onduleur, toutes les entrées seront également affectées, ce qui réduira considérablement le rendement de la production d'électricité. En pratique, divers facteurs d'obstruction tels que les nuages, les arbres, les cheminées, les animaux, la poussière, la glace et la neige peuvent être à l'origine des facteurs mentionnés ci-dessus, et ce cas est très courant. Dans un système photovoltaïque avec micro-onduleur, chaque panneau est connecté à un micro-onduleur. Si l'un des panneaux ne fonctionne pas correctement, seul ce panneau sera affecté. Tous les autres panneaux photovoltaïques fonctionneront de manière optimale, améliorant ainsi le rendement global du système et produisant davantage d'énergie. En pratique, une panne de l'onduleur de chaîne entraînera la panne de plusieurs kilowatts de panneaux solaires, l'impact de la panne du micro-onduleur étant relativement faible.
4. Optimiseur de puissance
L'installation d'un optimiseur de puissance dans un système de production d'énergie solaire peut améliorer considérablement le rendement de conversion et simplifier le fonctionnement de l'onduleur, réduisant ainsi les coûts. Pour réaliser un système de production d'énergie solaire intelligent, l'optimiseur de puissance permet d'optimiser les performances de chaque cellule solaire et de surveiller à tout moment la consommation de la batterie. L'optimiseur de puissance est un dispositif situé entre le système de production d'énergie et l'onduleur, dont la fonction principale est de remplacer la fonction de suivi du point de puissance optimal (PPO) de l'onduleur. L'optimiseur de puissance effectue un balayage extrêmement rapide du PPO par analogie, en simplifiant le circuit. Une seule cellule solaire correspond à un optimiseur de puissance, permettant ainsi à chaque cellule solaire d'atteindre son PPO. De plus, l'état de la batterie peut être surveillé à tout moment et en tout lieu grâce à une puce de communication. Le problème peut être signalé immédiatement afin que le personnel concerné puisse le réparer au plus vite.
La fonction de l'onduleur photovoltaïque
L'onduleur assure non seulement la conversion CC-CA, mais aussi l'optimisation des performances des cellules solaires et la protection contre les pannes du système. Il offre des fonctions de fonctionnement et d'arrêt automatiques, de suivi de puissance maximale, d'anti-indépendantisme (pour les systèmes connectés au réseau), de réglage automatique de la tension (pour les systèmes connectés au réseau), de détection CC (pour les systèmes connectés au réseau) et de détection de mise à la terre CC (pour les systèmes connectés au réseau). Voici une brève introduction aux fonctions de fonctionnement et d'arrêt automatiques et au suivi de puissance maximale.
(1) Fonctionnement automatique et fonction d'arrêt
Le matin, après le lever du soleil, l'intensité du rayonnement solaire augmente progressivement, tout comme la puissance de sortie des cellules solaires. Lorsque la puissance de sortie requise par l'onduleur est atteinte, celui-ci se met automatiquement en marche. Après sa mise en service, l'onduleur surveille en permanence la puissance de sortie du module solaire. Tant que la puissance de sortie du module solaire est supérieure à la puissance de sortie requise, l'onduleur continue de fonctionner ; il s'arrête au coucher du soleil, même par temps nuageux ou pluvieux. L'onduleur peut également fonctionner. Lorsque la puissance de sortie du module solaire 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 d'un module solaire varie en fonction de l'intensité du rayonnement solaire et de sa température (température de la puce). De plus, comme la tension diminue avec l'augmentation du courant, il existe un point de fonctionnement optimal permettant d'obtenir la puissance maximale. L'intensité du rayonnement solaire varie, et le point de fonctionnement optimal évolue donc 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 contrôle est appelé suivi de puissance maximale. La principale caractéristique des onduleurs pour systèmes solaires est leur fonction de suivi du point de puissance maximale (MPPT).
Date de publication : 26 octobre 2022
