L`onduleur

FNEBTP / CSNER
F O R M AT I O N 2 0 11 : I N S TA L L AT I O N & M A I N T E N A C E D E S
SYSTÈMES PV
Animateurs de la formation
Rachid Mokni
Ingénieur
[email protected]
Néji AMAIMIA
Ingénieur en Chef en Energie
[email protected]
Formation sur les Systèmes Photovoltaïques
Module de formation 2 – Les Onduleurs
Module de formation 2 – Les Onduleurs
Un onduleur est un dispositif permettant de transformer en
alternatif une énergie électrique de type continue.
Ils sont utilisés en électrotechnique pour :
- Soit fournir des tensions ou courants alternatifs de fréquence et
amplitudes variables.
Ex : Alimentation des moteurs à courant alternatif à vitesse variable.
- Soit fournir une ou des tensions alternatives de fréquence et
d’amplitude fixes.
Ex : Alimentations de sécurité, Ordinateurs, Surveillances, … . L’énergie stockée dans les
batteries de secours est restituée 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 courante (de
quelques Watts à plusieurs MW).
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Symboles et principe d´un onduleur connecté au réseau
• Convertisseur CC-CA
• Onduleur Jusqu´à 5 KWc courant monophasé
• > 5 KWc – courant triphasé ou plusieurs onduleurs
générateur
Réseaux
DC
AC
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Les onduleurs destinés aux systèmes PV sont quelques peu différents des
onduleurs classiques utilisés mais l’objectif de conversion DC/AC est le
même.
La principale caractéristique de l’onduleur PV est la recherche du
meilleur point de fonctionnement du système. L’unité de régulation de
l’onduleur assure un fonctionnement du générateur PV au point de
fonctionnement optimal (Point de Puissance Maximale ou MPP) pour
garantir une production de puissance électrique maximale.
Il existe plusieurs méthodes de recherche du point de puissance maximale
d’un champ de modules (Maximum Power Point Tracking ou MPPT), dont
l’efficacité et la rapidité varient.
Dans les applications PV raccordées réseau, deux types d’onduleurs sont
utilisés:
Les onduleurs assistés
Les onduleurs autonomes
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Possède la particularité de ne fonctionner qu’en présence du réseau. Il fait appel à la
technologie thyristor, ce qui le rend bon marché et robuste, mais ne lui permet pas de
générer un signal de grande qualité.
La technologie thyristor dans les applications photovoltaïques raccordées réseau est de
moins en moins utilisée
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Onduleurs Assisté par le réseau
• Thyristors dans
l´enclenchement de
pontage coulent le courant
continu au temps de 50 Hz
• Stockage de l´énergie au
moment du couplage des
condensateurs
• Thyristors seulement
peuvent activer le courant,
pas l´arrêter; la tension
électrique du réseau est
nécessaire pour
déconnecter des thyristors
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L’onduleur autonome est commandé par des signaux de
référence internes. Il fait appel aux nouvelles technologies
d’électronique de puissance, fiables et performantes .
Il existe deux grandes catégories d’onduleurs autonomes:
L’onduleur autonome à transformation Basse Fréquence.
L’onduleur autonome à transformation Haute Fréquence.
Les onduleurs autonomes sont maintenant très
répandus en Europe. Ils sont utilisés dans la majorité
des programmes photovoltaïques raccordés au réseaux
européens, notamment pour les installations de petite
puissance.
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Onduleur sans transformateur d’isolement.
Le premier étage est convertisseur élévateur de la tension
d’entrée et alimente un circuit intermédiaire qui est relié au pont
de sortie qui hache la tension et crée une tension de sortie
sinusoïdale de fréquence 50Hz.
L’utilisation d’un convertisseur élévateur élargit la gamme de
tensions MPP* entre 90V et 560V.
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Onduleurs sans transformateur
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Performance onduleur
Caractéristiques des types d´onduleurs différents ηWR
Performance relative
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Rendement énergétique (%)
Rendements d’une installation photovoltaïque
pour différentes puissances normées
Rapport des puissances Wc
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Trois architectures principales pour un onduleur
PV connecté au réseau :
Architecture à onduleur centralisé.
Architecture à onduleurs « string ».
Architecture à onduleurs « master/slave ».
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1 Générateur, 1a/b Générateurs partiels, 2 Boîtier de raccordement pour le générateur (BRG), 3 Onduleur
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1 Générateur, 2 Boîtier de raccordement pour générateur (BRG), 3 Interrupteur principal CC, 4 Onduleur, 5 Réseau
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1 Générateur, 2 Interrupteur principal CC, 3 Onduleur, 4 Réseau
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1 Générateur, 2 Interrupteur principal CC, 3 Onduleur, 4 Réseau
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Conception „multi-string“
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Connexion du champ PV à un ensemble d’onduleurs couplés l’un à l’autre par une
relation de « maître/esclave » : L’onduleur « maître », est sollicité en permanence pour
convertir l’énergie photovoltaïque, alors que les onduleurs « esclave » n’entrent en
action qu’au moment où la puissance délivrée par le champ n’est plus adaptée au travail
de l’onduleur « maître ».
Ce concept permet d’optimiser le nombre d’onduleurs en service en fonction de la
puissance appelée, car chaque onduleur travaille à un niveau de puissance pour lequel
son rendement est le plus élevé.
L’inconvénient majeur est que l’onduleur « master » est toujours fortement sollicité,
accroissant ainsi son risque de panne.
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Conception „master-slave“, domaine de
puissance petite conception „team“
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1 Générateur, 2 Onduleur, 3 Réseau
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1 Générateur, 2 Fiche multi-contact, 3 Boîtier de raccordement pour le générateur (BRG), 4 Onduleur
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Raccordement au réseau des installations PV avec des
onduleurs mono- ou triphasés
Réseau triphasé
générateur photovoltaique
Onduleur triphasé
générateur dans la centrale électrique
Onduleur monophasé
consommateur
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La détermination de configurations « champ
photovoltaïque/onduleur » a pour but de choisir pour
chaque puissance considérée, une installation qui valorise
au mieux sa production énergétique.
Il est important de respecter certaines contraintes de
dimensionnement pour obtenir des générateurs
performants:
Une puissance d’onduleur comprise entre 0.7 fois et 1.2
fois la puissance du champ PV
Une adéquation « champ/onduleur » au niveau des
paramètres de courant et de tension :
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L’intensité maximale admissible par l’onduleur doit être au moins égale à
l’intensité maximale fournie par le champ, sous peine d’endommager le
matériel. Cette intensité est fonction du nombre de modules à placer en parallèle
et de l’intensité maximale de court-circuit ICC du module, obtenue dans des
conditions maximales de températures.
La tension maximale admissible par l’onduleur doit être au moins égale à la
tension maximale fournie par le champ photovoltaïque, sous peine
d’endommager le matériel. Cette tension max est fonction du nombre de
modules n à placer en série et de la tension maximale de circuit ouvert UCO du
module, obtenue dans des conditions minimales de température.
La tension minimale de déclenchement de l’onduleur doit être au plus égale à la
tension minimale fournie par le champ, sous peine de ne pas optimiser la
production photovoltaïque. Cette tension est fonction du nombre de modules à
placer en série et de la tension minimale de circuit ouvert UCO du module,
obtenue dans des conditions maximales de température.
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Rendement maximal:
L’efficacité des onduleurs ne cesse
d’augmenter. Aujourd’hui, les meilleurs onduleurs atteignent des
pics de rendement de 98% et la moyenne est supérieure à 92%.
Exemple:
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Gamme de tensions d’entrée: Certains constructeurs ont choisi
l’élargissement de cette gamme comme axe d’amélioration de leurs
nouveaux produits. Une large gamme d’entrée facilite le choix de
l’onduleur lors du dimensionnement.
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Fonction d'affichage et de communication des données:
L'écran de l'onduleur constitue l'interface entre l'onduleur et l'utilisateur. L'écran
est conçu pour une manipulation facile et une disponibilité permanente des
données de l'installation.
L'onduleur dispose des fonctions essentielles pour l’affichage à l'écran des
valeurs minimales et maximales des données, sur une base journalière et
globale. Une importante offre d'éléments de communication de données permet
de nombreuses variantes d'enregistrement et de visualisation.
Les données collectées peuvent se révéler utiles pour trouver plus facilement la
cause d’une défaillance si l’onduleur connaît des problèmes de fonctionnement.
Les données sauvegardées peuvent être transférées à différents dispositifs (PC,
Data logger (enregistreur), systèmes de surveillance et écrans d’affichage) au
moyen d’interfaces.
Un onduleur avec une connexion Ethernet peut simplement être rattaché au
réseau interne de la maison avec un simple câble et ensuite connecté à Internet,
pouvant ainsi recevoir les nouveaux logiciels du constructeur.
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Exigences techniques (CC ANME)
Ils doivent être de type onduleurs pour installations
solaires compatibles avec les caractéristiques du réseau
électrique de distribution et permettant :
Une bonne synchronisation avec le réseau, ce qui
inclue de délivrer un signal proche de la sinusoïde,
un déphasage faible et peu d’harmoniques par
rapport à la phase du réseau, de faibles
perturbations électromagnétiques ;
Un déclenchement automatique en cas de coupure
du réseau et une qualité de courant qui correspond
aux valeurs maximales admissibles pour le réseau ;
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Exigences techniques
Une isolation galvanique entre le champ et le
réseau ;
Un rendement de conversion du courant
photovoltaïque le plus élevé possible sur la
plage de tension la plus large possible ;
Une plage d’entrée en tension importante car
elle conditionne le nombre de panneaux à
connecter en série dans le champ.
Un bon comportement à puissance maximale.
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Exigences techniques
Les onduleurs de puissance inférieure à 5 KVA
devront être équipés d’un système de protection
de découplage intégré conformément aux
spécifications de la norme allemande DIN VDE
0126 (certificat d’essais de type à l’appui).
L’onduleur doit être capable d’accepter le courant
et la tension maximum du champ photovoltaïque.
Si l’onduleur, de part sa technologie de
fabrication, génère une composante continue sur
le réseau, sa valeur ne doit pas dépasser celle
précisée par la CEI 61000-3-2.
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Exigences techniques
Le dimensionnement de l’onduleur doit être
réalisé en adéquation avec la puissance du champ
photovoltaïque et doit être compris entre 0,7 et
1,2 fois la puissance du champ photovoltaïque.
Afin de limiter les pertes, l’onduleur doit être
placé le plus près possible des panneaux
photovoltaïques.
Le Rendement maximum de l’onduleur devra être
supérieur ou égal à 95%. Son rendement pour une
charge égale à 10% de sa charge nominale devra
être supérieur ou égal à 90%.
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Exigences techniques
L’onduleur devra être garanti pour une période
minimale de 5 ans.
L’onduleur doit disposer d’un certificat de test
établi par un organisme spécifié.
Si la protection de découplage est incorporée à
l’onduleur, il faut fournir le procès verbal délivré
par un laboratoire d’essai agrée mentionnant sa
conformité à la norme allemande DIN VDE 0126.
L’onduleur doit être installé dans un local ventilé
et facile d’accès
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Procédure d’action en cas de sinistre
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Saisie des données
Saisie des données
Saisie des données
Onduleur central
Onduleur string
et onduleur pour
panneau
Lors du montage, tenez compte des conditions suivantes :
Montage
• Le lieu de montage et le type de montage doivent être adaptés
au poids et aux dimensions du Sunny Boy
• Le montage doit être effectué sur une surface solide.
• Le lieu de montage doit être accessible à tout moment.
• Montage vertical ou incliné vers l'arrière à un angle max. de 45°.
• La zone de raccordement doit pointer vers le bas.
• N'effectuez pas un montage avec une inclinaison vers l'avant.
• N'effectuez pas un montage à l'horizontale.
Montage
Lors du montage, tenez compte des conditions suivantes (2) :
• Effectuez le montage à hauteur des yeux afin d'être en mesure
de lire les états de fonctionnement à tout moment.
• La température ambiante doit être inférieure à + 40 °C pour
assurer un fonctionnement optimal.
• Le Sunny Boy doit pouvoir se retirer aisément du lieu de
montage à tout moment.
• N'exposez pas le Sunny Boy directement aux rayons du soleil afin
d'éviter une réduction de puissance due à la surchauffe.
• Ne réalisez pas le montage sur du placo-plâtre ou des matériaux
similaires en intérieur afin d'éviter toute vibration audible.
Lorsqu'il est en service, il est
possible que le Sunny Boy émette
des sons qui peuvent déranger à
l'intérieur des habitations
•
Afin
de
garantir
une
dissipation adéquate de la
chaleur et un espace suffisant
pour retirer l'Electronic Solar
Switch, respectez les distances
minimales représentées dans
le graphique par rapport aux
murs, aux autres onduleurs ou
objets.
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Montage
Lors du montage, tenez compte des conditions suivantes (3) :
Les points à retenir
-Il faut respecter les plages des tensions d’entrées de l’onduleur à savoir Umin
et Umax.
- Le courant admissible maximum.
- la puissance max admissible
-Son emplacement dans un local protégé et aéré.
-Respecter lors du câblage le plus et le moins.
-Respecter lors du câblage la phase, le neutre et la terre.
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