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Fonctions de l'onduleur

Dans un système photovoltaïque connecté au réseau l'onduleur est un élément important. C'est le composant qui transforme le courant continu, issu des cellules photovoltaïques, en courant alternatif ajusté à la fréquence du réseau.

 

Sa fonction est en faite plus subtile. Le choix de l'onduleur est un élément clé pour tirer un maximum de puissance des panneaux installés. En effet, le rôle de l'onduleur est également de déterminer le point de fonctionnement de puissance maximale ou MPP pour Maximal Power Point.

 

Ainsi l'onduleur doit trouver quel courant puiser sur les cellules afin d'optimiser la puissance générée.

 

La caractéristique IV d'une cellule photovoltaïque est hautement non linéaire. De manière simplifiée, lorsque l'on augmente la tension aux bornes des cellules le courant est quasi-stable (I ~ Icc, courant de court-circuit) jusqu'à une valeur limite de la tension (proche de la tension à vide) au-delà de laquelle le courant chute rapidement.

 

 Caractéristique IV d'une cellule photovoltaïque.

 

Pour des conditions constantes d'illumination des cellules, la puissance en fonction de la tension a alors le comportement suivant:

 

 

Puissance générée par une cellule en fonction de la tension aux bornes.

 

Il existe donc une zone de puissance maximale dans laquelle il faut se placer. Différentes technologies utilisées dans les onduleurs permettent de déterminer cette zone de puissance maximale. L'efficacité de l'onduleur dans cette tâche aura une influence importante sur le rendement global.

 

Rendement de l'onduleur

Aujourd'hui le rendement des onduleurs est généralement situé au-delà de 95% si l'on considère un fonctionnement à la puissance nominale.

 

Les normes européennes définissent une valeur de rendement qui tient également compte du fonctionnement de l'onduleur lorsque le rayonnement sur les cellules est faibles (temps couvert). Ainsi les valeurs de «  rendement européen  » sont généralement moins élevées de quelques pour-cents par rapport au rendement nominal de l'onduleur.

 

Les pertes sont dues à la fois à une estimation non-optimale du MPP et à des pertes interne sous forme de chaleur. Ces dernières sont d'autant plus embêtantes que la durée de vie de l'onduleur est diminuée lorsqu'il fonctionne à une température élevée. Certaines technologies d'onduleur sont plus critique au niveau de la température interne, c'est pourquoi ils peuvent être équipé de systèmes de refroidissement actifs.

 

Toute amélioration qui engendre une diminution des pertes internes de l'onduleur aura donc le double avantage de générer plus d'énergie avec les mêmes cellules photovoltaïques et d'augmenter la durée de vie de l'onduleur.

 

Choix de l'onduleur

Quelques marques sont présentes sur le marché depuis plusieurs années, notamment SMA, Sputnik, Fronius et Siemens. Ces constructeurs améliorent constamment la qualité de leurs produits soit en élargissant la plage de tension nominale, soit en diminuant les pertes internes.

 

Voici quelques remarques générales sur le choix de l'onduleur :

 

Dimensionnement - Chaque onduleur est dimensionné pour une plage de tension définie. Les spécialistes conseillent de ne pas sur-dimensionner l'onduleur car il travaillerait trop souvent en sous-régime, où son rendement n'est pas optimal.

 

Plage de tensions – Un onduleur avec une large plage de tension permet plus de souplesse au niveau du nombre de panneaux connectés. Cependant son efficacité sera probablement moins bonne qu'un onduleur à petite plage mais adapté à la tension du parc photovoltaïque disponible.

 

Refroidissement – Les onduleurs qui fonctionnent sur la base d'un refroidissement passif sont généralement dans des boîtiers plus grands, avec plus de surfaces thermiquement conductrices pour favoriser l'évacuation de la chaleur. Les onduleurs équipés d'un ventilateur (refroidissement actif) contiennent quant à eux des pièces d'usure qui seront un point faible à long terme. Notez également que si le boîtier présente des ouvertures pour faciliter les échanges thermiques il sera plus sensible à la présence de poussières et à l'humidité.

 

Coût - Pour de petites installations de quelques centaines de Watts, la gamme de prix des onduleurs est assez large, on trouve des modèles pour moins de 100 CHF, jusqu'à 500 CHF.