AQUISAV

AQUISAV DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
Prénom – NOM du Rédacteur : Paguessorhaye Jean-Baptiste
MÉTIER :
Sanitaire et génie climatique
DOMAINE DE COMPÉTENCES :
Energie solaire
CODE AQUISAV :
COM-201006-010800
INTITULÉ DE LA
COMPÉTENCE :
Comprendre le fonctionnement et le rôle de l’onduleur dans un système
photovoltaïque
NIVEAU :
4
INTERMÉTIER : Liste des
autres métiers partageant la
compétence
IMAGE :
mercredi 19 avril 2017 - Page 1 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
Sommaire détaillé
1. Définition et rôle d’un onduleur
2. Caractéristique d’un onduleur destiné au photovoltaïque
3. Les types d’onduleur
a) La compatibilité en tension
b) La compatibilité en courant
c) La compatibilité en puissance
d) Choix d’un onduleur
mercredi 19 avril 2017 - Page 2 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
Références bibliographiques et sites web
NOM DU SITE WEB
GUIDEnR
photovoltaïque
AUTEUR(S) /
ORGANISME /
ENTREPRISE
DATE DE
PUBLICATION / MISE
À JOUR
LIEN WEB
http://www.photovoltaique.guidenr.fr/cours_photov
oltaique.php
mercredi 19 avril 2017 - Page 3 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
Documentation
1) Définition et rôle d’un onduleur :
Sa fonction première consiste à mettre l'électricité photovoltaïque aux normes électriques. L’onduleur transforme un
courant continu à faible voltage en un courant alternatif de 230V 50Hz, identique au réseau électrique distribué en
France. Ils sont utilisés en électrotechnique pour :
- Soit fournir des tensions ou courants alternatifs de fréquence et amplitudes variables.
Ex : C’est le cas des onduleurs servant à alimenter des moteurs à courant alternatif devant tourner à vitesse
variable par exemple (la vitesse est liée à la fréquence des courants qui traversent la machine).
- Soit fournir une ou des tensions alternatives de fréquence et d’amplitude fixes.
Ex : C’est le cas en particulier des alimentations de sécurité destinées à se substituer au réseau en cas de
défaillance de celui-ci par exemple. L’énergie stockée dans les batteries de secours est restituée sous forme
continue, l’onduleur est alors nécessaire pour recréer la forme de tension et fréquence du réseau.
On distingue les onduleurs de tension et les onduleurs de courant, en fonction de la source d’entrée continue :
source de tension ou source de courant. La technologie des onduleurs de tension est la plus maîtrisée et est
présente dans la plupart des systèmes industriels, dans toutes les gammes de puissance (quelques Watts à
plusieurs MW).
(source :photovoltaique.info)
2) Caractéristique d’un onduleur destiné au photovoltaïque :
Les onduleurs destiné au photovoltaïque sont légèrement différent, il recherche la puissance maximale à injecter dans
le réseau. Les caractéristiques d’un onduleur dépendent de plusieurs paramètres :
- Branchement en série
- Branchement en parallèle
- Degrés d’inclinaison
- Tension de sortie de l’installation
- Flux lumineux
- Ecart de puissance entre les modules
mercredi 19 avril 2017 - Page 4 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
3) Les types d’onduleur :
En fonction des paramètres cités ci-dessus plusieurs types d’onduleur sont disponibles :
Onduleur
Centralisé
Caractéristiques
Un onduleur pour l’ensemble
du générateur
Utilisation d’un boitier de
raccordement entre le
générateur et l’onduleur
Paramètres
Avantages
Pour les montages série et
parallèle
Possibilité de monter à
plusieurs MW
Flux lumineux identique pour
tous les modules
Installation possible de
parafoudres dans le boitier
de raccordement général
mercredi 19 avril 2017 - Page 5 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
Onduleur « string »
Caractéristiques
Paramètres
Avantages
MPP tracking * personnalisé
pour chaque rangée
Module branchée en série
dans une rangée
Adaptée aux rangées
d’inclinaison différentes
Flux lumineux différent entre
les rangées
Un onduleur par rangée
Pas besoin de boitier général
de raccordement
MPP tracking : Maximum Power Point tracking : dispositif de poursuite du point de puissance maximale.
mercredi 19 avril 2017 - Page 6 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
Onduleur « multi string »
Caractéristiques
Association d’onduleur
centralisée et « string »
Onduleur centralisé du côté
branchement
Onduleur « string » du côté
des générateurs
Paramètres
Nombre de module par
rangée différent
Avantages
Meilleur rendement qu’un
onduleur centralisé grâce à
la possibilité d’un MPP
Orientation des modules
différents
Type de modules différents
tracking pour chaque rangée
mercredi 19 avril 2017 - Page 7 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
Onduleur modulaire
Caractéristiques
Paramètres
Pas de câblage de courant
continue
Branchement des modules en
direct sur le réseau
Un onduleur par module
Avantages
Convient aux installations de
petites puissances
Un module ombragé
n’influence pas sur l’ensemble
de l’installation
4) Choix d’un onduleur :
La puissance des panneaux photovoltaïques ainsi que la puissance de l’onduleur doivent s’accorder, pour ce faire on va
tenir compte de plusieurs paramètres :
-
La compatibilité en tension
La compatibilité en courant
La compatibilité en puissance
De manière raccourcie, on peut dire que le rapport de puissance entre les panneaux et l’onduleur est comprise entre 0.9
et 0.10, dans la pratique les onduleurs sont toujours sous dimensionné de 10% par rapport aux PV.
mercredi 19 avril 2017 - Page 8 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
a) La compatibilité en tension :
Un onduleur est caractérisé par une tension d'entrée maximale admissible Umax. Si la tension délivrée par les panneaux
photovoltaïques est supérieure à cette tension maximale, l'onduleur sera irrémédiablement détruit. On retrouve cette
valeur sur la fiche technique de l’onduleur.
Par ailleurs, comme la tension des modules* photovoltaïques s’ajoute lorsqu'on les branche en série, la valeur d’Umax va
donc déterminer le nombre maximum de modules en série. Cela dépendra évidemment de la tension délivrée par les
panneaux photovoltaïques. Dans le calcul de dimensionnement, on considèrera que la tension délivrée par un module
est sa tension à vide, notée Uco.
Le nombre maximum de PV en série se calcule par la formule suivante :
Le coefficient de 1.15 est imposé par le guide UTE C 15-712
Fiche technique du panneau
fiche technique de l’onduleur
Exemple : à l’aide des fiches techniques ci-dessus
500
47×1.15
=9
Avec ces données nous pourrons installer un maximum de 9 modules* en séries.
Module : panneau photovoltaïque
mercredi 19 avril 2017 - Page 9 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
L'onduleur doit à tout moment demander aux modules leur maximum de puissance. Pour cela, il déplace le point de
fonctionnement du groupe photovoltaïque (c'est-à-dire le couple U-I). Ce point de fonctionnement correspond au point
de puissance maximum. Il varie en permanence en fonction de l'intensité de l'irradiation, de la température, des
ombres, etc.
La recherche du point de puissance maximum est réalisée par un système intégré en amont de l'onduleur, nommé
MPPT (Maximum Power Point Tracking).
Cependant, le système MPPT ne fonctionne que pour une plage de tension d'entrée d'onduleur définie par le fabricant,
et indiquée sur la fiche technique de l'onduleur. Lorsque la tension d'entrée de l'onduleur côté DC est inférieure à la
tension minimale MPPT, l'onduleur continue de fonctionner mais fournit au réseau la puissance correspondante à la
tension minimale MPPT.
(Source : guidenr photovoltaïque)
Ainsi qu'illustrés ci-dessus, le fait d'avoir un point de puissance maximum en dehors de la plage de tension MPPT induit
une perte de puissance du groupe PV.
Il faut donc s'assurer que la tension délivrée par le groupe photovoltaïque est comprise dans la plage de tension MPPT
de l'onduleur auquel il est connecté.
Cette plage de tension MPPT va donc aussi avoir un impact sur le nombre de modules photovoltaïques en série. En
effet, on cherchera à avoir une tension délivrée par le groupe photovoltaïque comprise dans la plage MPPT, et ce
quelque soit la température des modules.
mercredi 19 avril 2017 - Page 10 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
Pour calculer le nombre de module en série nécessaires afin que la chaîne photovoltaïque délivre une tension comprise
dans la plage de tension MPPT de l'onduleur, on pourra considérer les deux critères suivants :

La tension MPP délivrée par la chaîne photovoltaïque, à une température des modules de -20 °C et sous une
irradiation de 1000 W/m², doit être inférieure à la valeur maximal de la plage de tension MPPT de l'onduleur.
Cela permet de déterminer le nombre maximum de modules photovoltaïques en série.

La tension MPP délivrée par la chaîne photovoltaïque, à une température des modules de 70 °C et sous une
irradiation de 1000 W/m², doit être supérieure à la valeur minimale de la plage de tension MPPT de l'onduleur.
Cela permet de déterminer le nombre minimum de modules photovoltaïques en série.
Le nombre minimum et le nombre maximum de modules photovoltaïques en série se calculent par la formule suivante.
𝑈𝑚𝑝𝑝𝑡 𝑚𝑖𝑛
= 𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑚𝑖𝑛𝑖 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒
𝑈𝑚𝑝𝑝×0.85
𝑈𝑚𝑝𝑝𝑡 𝑚𝑎𝑥
= 𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 max 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒
𝑈𝑚𝑝𝑝 ×1.15
Le coefficient 1.15 est un coefficient de majoration permettant de calculer la tension MPP à -20 °C.
Le coefficient 0.85 est un coefficient de minoration permettant de calculer la tension MPP à 70 °C.
Exemple pour le calcul du nombre de module :
200
= 6 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒𝑠 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑢𝑚
36.9 × 0.85
400
= 9 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒𝑠 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚
36.9 × 1.15
Nous prendrons entre 6 et 9 modules en série.
mercredi 19 avril 2017 - Page 11 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
b) La compatibilité en courant :
Un onduleur est caractérisé par un courant maximal admissible en entrée. Il correspond au courant MAX que peut
supporter l’onduleur coté DC. On retrouve cette valeur sur la fiche technique de l’onduleur.
(Source : guidenr photovoltaïque)
Quand l’intensité à l’entrée de l’onduleur est supérieure à la valeur max admissible, l’onduleur délivre la puissance qui
correspond à son courant max. A l’inverse si l’intensité est inférieure à la valeur max admissible l’onduleur ne délivrera
pas sa valeur max.
On veillera donc à s'assurer que le courant débité par le groupe photovoltaïque ne dépasse pas la valeur du courant
maximal admissible Imax par l'onduleur. Par ailleurs, comme les courants s'ajoutent lorsque les modules sont en
parallèles, la valeur de Imax va déterminer le nombre maximum de chaînes* photovoltaïque en parallèle. Cela dépendra
évidemment du courant délivré par une chaine photovoltaïque. Dans le calcul de dimensionnement on considérera que
le courant délivré par la chaîne est égale au courant de court-circuit des modules photovoltaïques, noté Icc et indiqué sur
la fiche technique des modules photovoltaïques.
Le nombre maxi de chaines en parallèle se calcule à l’aide la formule suivante :
𝐼𝑚𝑎𝑥
𝐼𝑐𝑐
= 𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑐ℎ𝑎𝑖𝑛𝑒 max 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑙è𝑙𝑒
×1.25
Le coefficient de 1.25 est imposé par le guide UTE C 15-712
Chaîne : ensemble de modules branchée en série.
mercredi 19 avril 2017 - Page 12 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
Exemple :
20
=1
8.47 × 1.25
Avec ces données on pourra faire qu’une seule chaine en parallèle.
c) La compatibilité en puissance :
Un onduleur est caractérisé par une puissance maximale admissible en entrée.
Lorsque la puissance en entrée de l'onduleur, côté DC, est supérieure à la puissance maximale admissible par l'onduleur,
celui-ci continue de fonctionner mais fournit au réseau sa puissance maximale. Celle-ci n'est pas la puissance maximale
que pourrait délivrer les modules, car l'onduleur s'est caler sur un point de fonctionnement (c'est-à-dire un couple
Tension - Courant) ne correspondant pas au point de puissance maximale. Le groupe photovoltaïque ne délivre donc pas
toute sa puissance : il est sous-exploité.
La puissance maximale d'entrée est indiquée sur la fiche technique de l'onduleur.
mercredi 19 avril 2017 - Page 13 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
La valeur de la puissance maximale en entrée de l'onduleur va limiter la quantité de modules du groupe photovoltaïque
relié à l'onduleur. Il faut veiller que la puissance du groupe photovoltaïque ne dépasse pas la puissance maxi admissible.
La puissance délivrée par le groupe variant en fonction de la luminosité et de la température, on pourra considérer,
pour le calcul de dimensionnement, une puissance égale à la somme des puissances crêtes* de tous les modules du
groupe photovoltaïque. Il faudra que cette puissance calculée soit inférieure à la puissance max de l'onduleur. La
puissance délivrée par le groupe photovoltaïque doit être sensiblement égal à la puissance maximale admissible de
l'onduleur.
*
La "puissance-crête" est une donnée normative utilisée pour caractériser les cellules et modules photovoltaïques. Elle correspond à la puissance
que peut délivrer une cellule, un module ou un champ sous des conditions optimales et standardisées d’ensoleillement (1000 W/m2) et de
température (25°C).
d) Choix d’un onduleur :
Exemple tiré de : « guidenr photovoltaïque »
Appliquons les règles ci-dessus pour dimensionner les onduleurs d'une installation photovoltaïque comportant 40
modules photovoltaïques.
Les modules photovoltaïques sont les modules SeT230G de la marque SILLIA. Les données importantes de la fiche
technique des modules photovoltaïques sont les suivantes :




La puissance crête d'un module : Pc = 230 Wc
La tension à vide : Uco = 37.95 V
La tension MPP : Umpp = 30.45 V
Le courant de court-circuit : Icc = 8.1 A
Les onduleurs que nous utiliserons appartiennent à la marque SMA.
Etape 1 : Effectuer un dimensionnement rapide grâce à la puissance de l'installation.
L'installation est composée de 40 modules d'une puissance crête de 230 Wc, soit une puissance crête totale de :
40 × 230 = 9200 𝑊𝑐
mercredi 19 avril 2017 - Page 14 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
En explorant la gamme d'onduleurs que propose SMA, on peut remarquer qu'un onduleur SB 4 000 TL additionné à un
onduleur SB 5 000 TL peuvent convenir aussi. (4200 + 5300 = 9500 W pour 9200 Wc)
Explorons cette dernière solution : 1 onduleur SB 4 000 TL et 1 SB 5 000 TL.
Etape 2 : Calculer le nombre de modules photovoltaïques en série
La fiche technique des onduleurs SB 4 000 TL et SB 5 000 TL nous indiquent les éléments suivants :


La tension maximale admissible en entrée de l'onduleur est Umax = 550 V.
La plage de tension MPPT en entrée de l'onduleur est [Umppt, min - Umppt, max ] = [125 V - 440 V ].
Déterminons le nombre de modules photovoltaïques en série compatible avec la plage de tension MPPT de l'onduleur :
𝑈𝑚𝑝𝑝𝑡 𝑚𝑖𝑛
= 𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑚𝑖𝑛𝑖 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒
𝑈𝑚𝑝𝑝×0.85
𝑈𝑚𝑝𝑝𝑡 𝑚𝑎𝑥
= 𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 max 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒
𝑈𝑚𝑝𝑝 ×1.15
125
=4
30.45 × 0.85
440
= 12
30.45 × 1.15
Le nombre de module en série doit être compris entre 4 et 12.
Il reste alors à vérifier qu'avec 12 modules en série, on atteindra jamais la tension maximale admissible en entrée de
l'onduleur Umax = 550 V.
Pour cela, on calcule la tension maximale que peut fournir une chaîne photovoltaïque composé de 12 modules en série.
Cette tension maximale est égale à :
12 × Uco × 1.15 = 12 × 37.95 × 1.15 = 519.57 V
Cette tension maximale délivrée par la chaîne photovoltaïque est bien inférieure à la tension maximale admissible en
entrée de l'onduleur (Umax = 550 V).
Par conséquent, une configuration à 12 modules en série est compatible avec la tension maximale admissible de
l'onduleur.
Etape 3: Calculer le nombre de chaînes photovoltaïques en parallèle
La fiche technique des onduleurs SB 4 000 TL et SB 5 000 TL nous indiquent que le courant maximal admissible de ces
deux onduleurs est Imax= 15 A par trackers* (ces onduleurs disposent de deux trackers chacun).
*
tracker = M.P.P.T.
mercredi 19 avril 2017 - Page 15 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
𝐼𝑚𝑎𝑥
𝐼𝑐𝑐
= 𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑐ℎ𝑎𝑖𝑛𝑒 max 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑙è𝑙𝑒
×1.25
15
=1
8.1 × 1.25
Le nombre de chaine photovoltaïque, par tracker doit être égal à 1.
Etape 4 : Vérifier la compatibilité en puissance
La fiche technique des onduleurs SB 4 000 TL et SB 5 000 TL nous indiquent les éléments suivants :


La puissance maximale admissible de l'onduleur SB 5 000 TL est : Pmax = 5 300 Wc.
La puissance maximale admissible de l'onduleur SB 4 000 TL est : Pmax = 4 200 Wc.
D'après les calculs précédents, nous pouvons mettre au maximum une chaîne par tracker. Chaque chaîne sera
composée au minimum de 4 modules et au maximum de 12 modules en série :
Cette configuration maximale (1 chaîne de 12 modules, par tracker) présente donc 24 modules sur un onduleur. Cela
correspond à une puissance installée de 24 × 230 = 5 520 Wc.
Cette puissance installée est supérieure à la puissance maximale admissible par les deux onduleurs (Pmax = 5 300 Wc
pour l'onduleur SB 5 000 TL et Pmax = 4 200 Wc pour l'onduleur 4 000 TL).
Nous décidons donc de retirer 1 module sur chaque chaîne des Trackers afin d'obtenir une configuration comprenant 1
mercredi 19 avril 2017 - Page 16 sur 17
AQUISAV - DOCUMENTATION
[Contenu de cours]
chaîne de 11 modules sur chaque tracker. Cette nouvelle configuration présente donc 22 modules, ce qui correspond à
une puissance installée de 22 × 230 = 5 060 Wc.
Cette puissance installée est compatible avec la puissance maximale admissible en entrée de l'onduleur SB 5 000 TL.
Nous utiliserons donc un onduleur SB 5 000 TL raccordé à un groupe photovoltaïque de 22 modules photovoltaïques
configuré de la façon suivante : 1 chaîne de 11 modules en série, par tracker.
Mais nous avions, au départ, 40 modules photovoltaïques à installer. Il reste donc 18 modules à placer.
La puissance crête correspondante est 18 × 230 = 4 140 Wc.
Cette puissance installée est compatible avec la puissance maximale admissible en entrée de l'onduleur SB 4 000 TL.
Nous utiliserons donc un onduleur SB 4 000 TL raccordé à un groupe photovoltaïque de 18 modules photovoltaïques
configuré de la façon suivante : 1 chaîne de 9 modules en série, par tracker.
Voici la configuration finale de l’installation.
mercredi 19 avril 2017 - Page 17 sur 17