Les onduleurs photovoltaïques de A à Z

Les onduleurs photovoltaïques ont un rôle très important dans le fonctionnement d'une installation solaire. Beaucoup s’accordent à dire que c’est le cœur d’une installation solaire. Ils appartiennent à la catégorie des appareils d’électronique de puissance.

Même s’ils ont des points communs avec les onduleurs de sécurité (qui fournissent un courant de secours aux systèmes sensibles en cas de coupure du réseau de fourniture d’électricité), ce sont des appareils aux finalités différentes.

L’objectif principal et commun de ces appareils est de convertir un courant continu provenant des panneaux solaires photovoltaïques ou des batteries en un courant alternatif, soit pour faire fonctionner des appareils domestiques nécessitant du 230V alternatif, soit pour injecter dans le réseau d’électricité national.

Nos onduleurs solaires

Sommaire :

Comment fonctionnent les onduleurs photovoltaïques ?
Quelle est la différence entre un micro-onduleur et un onduleur ?
Comment choisir son onduleur ?
Comment installer et brancher l'onduleur ?

Comment fonctionnent les onduleurs photovoltaïques ?

Il y a deux types d'onduleurs photovoltaïques: les onduleurs réseaux et les onduleurs hybrides. Mais avant d'aborder le fonctionnement des onduleurs, il est important de comprendre la différence entre le VA (voltampère) et le W (watt).

A. Quelle est la différence entre VA et W ?

L’unité W (Watt) est utilisée pour la puissance active (P = U x I x cos ρ).

L’unité VA (Voltampère) est utilisée par la puissance apparente (S = U x I).

La valeur de cos ρ est dépendante de la présence d’équipements à comportement capacitif ou inductif comme des moteurs électriques ou des transformateurs de fortes puissances. En l’absence de ce type d’équipements, ce qui est le cas en résidentiel, la valeur de cos ρ est égale à 1.

Par conséquent dans le résidentiel on considère toujours que la puissance active est égale à la puissance réactive.

Dans le cadre des installations solaires photovoltaïques, la puissance maximale d’un onduleur, exprimé en kVA sera directement comparée à la puissance de l’ensemble des panneaux solaires qui lui seront raccordés (kWc).

B. Les onduleurs photovoltaïques réseaux

Les onduleurs photovoltaïques réseaux sont utilisés lorsque l’installation solaire est connectée au réseau, et qu’il n’y a pas de batterie pour le stockage de l’électricité produite (dans ce cas on parlerait d’onduleurs hybrides).

Les principales fonctions d’un onduleur réseau sont de:

Transformer le courant continu produit par les panneaux solaires en courant alternatif
Phaser ce courant alternatif avec celui du réseau (même tension et même phase)
Réguler la tension et l’intensité des panneaux solaires photovoltaïques de sorte à les amener au plus proche des Impp et Vmpp, et maximiser la puissance de sortie : c’est plus spécifiquement la fonction du(es) tracker(s) intégrés à l’onduleur, appelés Maximum Power Point Tracker (MPPT)
Superviser le fonctionnement de l’installation
Empêcher l’injection de courant dans le réseau lorsque ce dernier ne fournit plus de courant, ou lorsque le courant à injecter n’est pas en phase avec le courant du réseau.

Cette dernière fonction est très importante car elle permet de protéger les techniciens qui interviennent sur le réseau lorsque celui-ci est « coupé ». En effet sans cette fonction, le risque serait important car malgré la coupure réseau, en journée un onduleur pourrait injecter du courant produit par les panneaux solaires photovoltaïques mettant ainsi en danger les techniciens qui interviendraient sur le réseau.

Pour cela l’onduleur photovoltaïque utilise le courant du réseau pour fonctionner. Sans courant réseau, l’onduleur ne fonctionne pas et n’exploite donc pas le courant continu produit par les panneaux solaires.

A Noter : Cette caractéristique fait partie de celles reprises dans la norme VDE 0126-1-1. Un onduleur qui n’est pas conforme à cette norme ne peut pas « mélanger » le courant du réseau au courant produit, et donc ne peut pas injecter. Il est important de noter que cette fonction implique qu’avec ce type d’onduleurs photovoltaïque, en cas de coupure de réseau, il n’est pas possible d’utiliser le courant produit par les panneaux solaires qui lui sont reliés. Dans cette configuration, l’installation solaire photovoltaïque ne peut donc pas servir de secours en cas de coupure du courant du réseau. Pour cela il est nécessaire de prévoir un îlotage, ou un onduleur hybride qui propose un circuit de secours.

Zoom sur la régulation MPPT La régulation de la tension et de l’intensité en sortie des panneaux photovoltaïques se fait par le biais d’un « tracker MPPT » contenu dans l’onduleur solaire, MPPT signifiant « Maximum Power Point Tracker ». Le tracker ajuste la tension et l’intensité en sortie de l’ensemble des panneaux raccordés de manière à se situer au plus proche du MPP (Maximum Power Point).

Pour un fonctionnement optimal du tracker MPPT, il est important que tous les modules photovoltaïques qui lui sont reliés soient identiques et donc avec la même courbe courant-tension. En effet l’intensité qui parcourt chacun des panneaux solaires montés en série étant la même, en cas de courbes différentes (donc des Impp différentes) il serait impossible pour le tracker de tirer la puissance maxi de chaque panneau.

Pour bien comprendre la fonction MPPT, nous vous invitons à regarder notre vidéo :

Certains onduleurs photovoltaïques disposent de plusieurs trackers MPPT. Cela permet de scinder le champ de panneaux photovoltaïques en sous-ensembles ayant des caractéristiques différentes, soit intrinsèquement (modèles différents) soit dans leur mise en œuvre : dans les 2 cas les courbes courant-tensions sont différentes car elles dépendent du modèle du panneau solaire photovoltaïque et varient en fonction de la puissance reçue (voir le chapitre précédent : puissance d’un panneau solaire). Cela est particulièrement utile lorsque tous les panneaux photovoltaïques du champ n’ont pas la même orientation, ou que certains panneaux sont susceptibles de subir une ombre. Ainsi la puissance du sous-ensemble victime d’un ombrage ou d’une orientation moins favorable ne viendra pas perturber la puissance maximale obtenue par l’autre sous-ensemble.

Attention : lorsqu'un onduleur propose plusieurs MPPT, il est important de vérifier quelles sont les règles de répartitions tolérées. Ceci est indiqué sur la fiche technique de l'onduleur. Par exemple l'asymétrie autorisée dans la répartition de la puissance (Wc) peut être plus ou moins importante. A l'inverse une asymétrie peut être imposée. Cela signifie que l'onduleur n'accepte pas que les puissances connectées à chaque MPPT soient identiques.

C. Les onduleurs photovoltaïques hybrides

Les onduleurs photovoltaïques hybrides sont des onduleurs qui permettent de gérer, en plus des panneaux solaires et du réseau, d’autres sources d’électricité comme des batteries de stockage, un groupe électrogène, … Il est capable de choisir à quel moment il est préférable d'utiliser l'électricité produite par les panneaux solaires ou l'électricité fournie par le réseau public.

Ils disposent des mêmes fonctionnalités que les onduleurs centraux classiques mais ils renferment plus d’intelligence que ces derniers car ils doivent pouvoir arbitrer entre les différentes sources d’énergie.

En effet ils sont capables d’orienter le courant en prenant en considération :

La puissance instantanée produite pour les panneaux photovoltaïques
La consommation instantanée du logement
L’état de charge et les caractéristiques de la batterie

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