Qu’est-ce qu’un onduleur solaire et comment fonctionne-t-il ?

Qu’est-ce qu’un onduleur solaire et comment fonctionne-t-il ?

Un onduleur solaire est essentiel à un système de panneaux solaires. Sans lui, le système ne peut pas produire d'électricité.

Les panneaux solaires sont généralement fabriqués en silicium, qui constitue une surface semi-conductrice. Les panneaux sont placés dans un cadre métallique entouré de verre. Lorsque des particules de lumière - les photons - frappent le silicium de chaque panneau solaire, les électrons s'agitent. Cela crée une charge photovoltaïque (PV), qui produit à son tour un courant électrique continu (CC). Le câblage du panneau capture ce courant, et c'est l'onduleur solaire qui convertit le courant continu en courant alternatif (CA). Les onduleurs solaires relient le système de panneaux solaires au compteur électrique existant ou alimentent le réseau électrique.

Comment fonctionne un onduleur solaire ?

Le courant continu circule dans un seul sens. Les appareils ménagers fonctionnent en courant alternatif, il faut donc procéder à une conversion. L'onduleur de panneau solaire accomplit cette opération en quatre étapes. Certains spécialistes annoncent pouvoir stocker l'électricité pendant 18 ans.

Convertisseur de courant continu en courant alternatif :

Convertisseur de panneau solaire de courant continu en courant alternatif

• Étape 1) L'onduleur achemine le courant continu à travers son transformateur interne.
• Étape 2) Le transformateur de l'onduleur a pour fonction d'abaisser la tension et de passer en courant alternatif.
• Étape 3) Le courant continu passe par deux ou plusieurs transistors.
• Étape 4) Les transistors sont rapidement activés et désactivés pour alimenter les deux côtés différents du transformateur.

Sur réseau ou hors réseau ?

La connexion des onduleurs solaires aux réseaux gagne en popularité. La connexion s'effectue lors du câblage du système pendant l'installation. Si le système solaire du client produit plus d'électricité que ce dont il a besoin, celle-ci est transférée au compteur du service public, puis au réseau.

Avec un onduleur solaire raccordé au réseau, le client peut soit se constituer un crédit pour réduire sa facture lorsqu'il a besoin du réseau (c'est ce qu'on appelle la facturation nette), soit, selon l'endroit où il vit, bénéficier d'un tarif de rachat (FIT). L'avantage pour les clients n'est pas seulement de réduire leur facture d'électricité, mais, en substance, le réseau leur sert de batterie de stockage. Cela dit, il est également possible d'ajouter une batterie à ce type de système et de stocker de l'énergie soi-même, mais le client aura besoin d'un onduleur spécifique aux batteries pour convertir l'électricité du courant alternatif au courant continu afin de la stocker et de la décharger.

Un système d'onduleur solaire hors réseau est connecté directement à la résidence ou au site commercial pour fonctionner avec le réseau du bâtiment. Le client n'ayant pas accès au réseau, une batterie, qui n'est pas bon marché, est nécessaire pour stocker l'énergie excédentaire. Cela peut ne pas suffire à garantir que l'énergie sera toujours disponible, c'est pourquoi un générateur de secours est une bonne idée.

Système d’onduleur solaire hybride intelligent

Il existe également un onduleur hybride, qui est relié au réseau. Il s'agit d'un onduleur solaire avec stockage sur batterie. L'onduleur solaire et l'onduleur à batterie s'associent pour former un seul équipement qui garantit une alimentation électrique ininterrompue. Avec un onduleur solaire hybride, les utilisateurs incorporent le stockage sans avoir besoin de batteries séparées.

L'avantage d'un onduleur hybride est que l'alimentation de secours est disponible, grâce à la batterie intégrée - ce qui explique aussi pourquoi ces appareils ont tendance à être chers.

Types d’onduleurs solaires

Il existe trois principaux types d'onduleurs solaires :

L’onduleur solaire à branche

Application : commerciale et résidentielle

Schéma de fonctionnement des onduleurs solaires

Un onduleur string fonctionne dans un circuit en série. Les panneaux sont installés en rangées. Ainsi, s'il y a 12 panneaux au total, ils peuvent être installés en trois rangées croisées sur quatre rangées. C'est ce qu'on appelle un "string en série" ou, comme certains l'appellent, un onduleur solaire multi-string.

Chaque chaîne achemine le courant continu produit par les panneaux solaires vers l'onduleur. L'onduleur convertit le courant continu en courant alternatif utilisable. Selon la taille de l'installation, plusieurs onduleurs de branche peuvent être nécessaires.

Comme les panneaux sont tous câblés en série, ce qui arrive à l'un d'entre eux leur arrive à tous. Si un panneau est à l'ombre, son exposition au soleil est limitée, ce qui affaiblit non seulement le rendement de ce panneau, mais aussi celui de tous les autres. Autre point : si le client souhaite ajouter des panneaux supplémentaires à un moment donné, il faudra ajouter un nouvel onduleur.

Optimiseurs de puissance

Pour lutter contre ce problème, les onduleurs de branche peuvent être associés à des optimiseurs de puissance. Ces dispositifs sont installés au niveau des modules. Chaque panneau en possède un. Ils sont également disponibles déjà intégrés aux panneaux. L'avantage des optimiseurs de puissance est qu'ils atténuent l'impact de l'ombrage. Ils permettent de récolter une grande quantité d'énergie solaire avant d'envoyer le courant continu à l'onduleur.

Micro-onduleur pour panneaux solaires

Application : commerciale et résidentielle

micro-onduleur pour panneau solaire

Les micro-onduleurs sont similaires aux optimiseurs de puissance, car il s'agit d'électronique au niveau du module. On en place un sur chaque panneau, bien qu'il en existe qui peuvent en gérer deux ou quatre. Les optimiseurs de puissance ne convertissent pas le courant continu en courant alternatif, alors que les micro-onduleurs le font. La conversion a lieu au niveau des panneaux, de sorte que si un panneau est à l'ombre, cela n'affecte pas les performances des autres panneaux.

Comme les micro-onduleurs sont installés au niveau du module, ils peuvent également surveiller les performances de chaque panneau individuel. En comparaison, les onduleurs à branche ne peuvent indiquer que les performances de chaque branche, ce qui explique pourquoi les micro-onduleurs sont plus chers. L'installation de panneaux solaires avec des micro-onduleurs prend également plus de temps que l'installation d'onduleurs à branche, ce qui augmente le coût.

Onduleurs centraux

Application : Industrielle - généralement utilisée dans les fermes solaires

L'installation de cet onduleur solaire nécessite un socle de montage. Les onduleurs centraux sont similaires aux onduleurs à branche. Ils sont plus grands, se montent sur le sol ou le plancher, et sont capables de supporter beaucoup plus de chaînes de panneaux. Au lieu de se connecter directement à un onduleur, les panneaux sont reliés à un boîtier de combinaison. Le boîtier de combinaison achemine le courant continu vers l'onduleur central, qui le convertit en courant alternatif.

La puissance des panneaux peut varier et ils sont conçus pour être utilisés à l'intérieur ou à l'extérieur. L'architecture varie dans les structures de cette taille, mais la plus simple consiste en un seul étage de conversion CC-CA. Vous constaterez que certains onduleurs sont équipés d'un étage d'amplification CC-CC pour augmenter la plage de tension du point de puissance maximale (MPP). Pour augmenter la tension alternative et assurer l'isolation, un transformateur basse fréquence est parfois installé à la sortie. L'inconvénient de cette solution est qu'elle réduit le rendement et augmente la taille, le poids et le coût de l'onduleur. Pour contourner cet inconvénient, on peut utiliser des onduleurs sans transformateur avec un étage élévateur frontal.

Les onduleurs dans les systèmes de panneaux solaires : en un coup d’œil

Onduleur	String	Micro onduleurs	Central
Résumé	-Les panneaux solaires sont installés en rangées, chacun sur une chaîne.	-L'électronique est au niveau du module, de sorte qu'un module est installé sur chaque panneau. Les micro-onduleurs sont les plus petits onduleurs et gagnent lentement en popularité et en parts de marché.	-Semblable aux onduleurs à chaîne, mais beaucoup plus grand et pouvant supporter plus de chaînes de panneaux. Ce type d'onduleur est le plus grand en termes de capacité.
Design	-Convient aux installations sans problèmes d'ombrage - Peut être associé à des optimiseurs de puissance pour atténuer ces effets - Disponible en 3 types : sur réseau, hors réseau et hybride	-Idéal pour les installations avec des problèmes d'ombrage ou avec des panneaux sur plusieurs plans orientés dans différentes directions.	-Conçu pour se connecter directement au réseau électrique. Requièrent moins de connexions de composants, mais nécessitent une plaque et une boîte de combinaison.
Puissance de sortie	De 1kW à 100kW	Utilisé de 250W to 1kW	Peut délivrer de 100kW à quelques megawatts
Tension d'entrée maximale - se réfère à la tension continue maximale que l'onduleur peut supporter du côté de son entrée ; dicte la tension maximale que le générateur PV peut avoir.	1000 V	Sans objet : les fabricants de micro-onduleurs précisent les valeurs nominales des modules PV avec lesquels leurs micro-onduleurs sont compatibles.	-Normallement 1,000V, mais certains atteignent 1500V
Suivi du point de puissance maximale (MPPT)	-Généralement, 2 ou 3 entrées MPP qui s'adaptent à 2 ou 3 chaînes de modules P	-Meilleure capacité MPPT, car chaque module PV est connecté à sa propre entrée MPP	-Le plus petit nombre d'entrées MPP et sont les plus inefficaces en termes d'optimisation de la production d'énergie des modules PV. Cependant, ce n'est généralement pas un problème puisque les onduleurs centraux sont généralement utilisés lorsque l'inclinaison et l'orientation des modules PV sont uniformes.
Coût	-Moins cher que les systèmes avec micro-onduleurs	-Efficace, mais coûte souvent plus cher que les onduleurs de chaîne-L'installation peut être bon marché et facile car les micro-onduleurs sont souvent déjà intégrés dans le panneau	-peu coûteux en termes de coût par kilowatt
Fiabilité	-Moins fiable en raison d'un point de défaillance unique	-Extrêmement fiable, car il n'y a pas de point de défaillance unique.	-Souvent placés dans des environnements protecteurs, mais toujours exposés à un point de défaillance unique.
Généralement utilisé	-Idéal pour les applications résidentielles et commerciales. Peut également être une alternative populaire aux onduleurs centraux dans les petites installations électriques de moins de 1 MW.	-Choix populaire pour les installations résidentielles et commerciales - Au fur et à mesure que la technologie s'améliore, elle est utilisée pour les applications commerciales et même pour les applications à l'échelle du réseau.	-Parfait pour les grandes installations avec une production constante sur l'ensemble du champ solaire - Systèmes à grande échelle tels que les fermes solaires.

Systèmes de surveillance des onduleurs solaires

Les systèmes de surveillance fonctionnent par le biais de l'onduleur. Comme nous l'avons déjà mentionné, les micro-onduleurs surveillent les performances de chaque panneau solaire. Aujourd'hui, la plupart des fabricants et distributeurs d'onduleurs solaires proposent une configuration logicielle de surveillance qui fonctionne sur le cloud, et c'est une fonction intéressante pour les clients. Lorsque le système d'onduleur solaire convertit le courant continu en courant alternatif, ils reçoivent des informations sur les niveaux de puissance et la quantité d'énergie produite. Ils peuvent accéder à ces détails sur des apps et d'autres appareils intelligents. Les systèmes de surveillance fournissent également des informations de diagnostic, ce qui aide les fabricants à identifier et à corriger tout problème.

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