Onduleurs solaires photovoltaïques pour l’injection réseau

Onduleur solaire photovoltaïque raccordé au réseau au Sénégal

Le solaire photovoltaïque raccordé au réseau est aujourd’hui une technique très au point, fiable et économiquement rentable en Afrique. Un système solaire raccordé au réseau fonctionne grâce à un composant très important : l’onduleur solaire raccordé au réseau. Cet onduleur bourré d’électronique présente l’avantage de fonctionner sans batterie. Apprenez en plus sur ce composant

 Principe

L’onduleur solaire raccordé au réseau fonctionne au fil du soleil. Il transforme directement l’énergie des panneaux solaire pour la rendre compatible avec l’électricité du réseau de la Sénélec. Cette conversion électrique est réalisée entre :

  • le courant continu qui varie sur une plage de 200V à 800V (entrée de l’onduleur solaire)
  • le courant alternatif fixe de 230V et 50Hz injecté dans le réseau (sortie de l’onduleur)

Cette conversion est réalisée par l’électronique à l’intérieur de l’onduleur. La seule grandeur qui varie en sortie de l’onduleur (côté AC, c’est à dire côté réseau) est le courant. Plus les panneaux solaires produisent de puissance, et plus le courant est fort.

 

 

L’onduleur à pour rôle de tirer à chaque instant le maximum de puissance des panneaux solaires photovoltaïques. Il doit aussi assurer des fonctions de sécurité des personnes et du matériel. Un affichage permet à l’utilisateur de l’onduleur solaire de connaitre l’état de son système solaire raccordé au réseau. Toutes ces fonctions sont détaillées dans le paragraphe suivant.

Fonctionnement technique

Un onduleur solaire est équipé :

  • d’une entrée en courant continu (entrée DC). La tension peut varier sur une plage importante, généralement de 200 à 500V ou de 300 à 800V.
  • d’une sortie en courant alternatif 230V, monophasé ou triphasé (sortie AC)
  • d’un bornier de raccordement à la terre

Sa fonction est de transformer le courant continu provenant des panneaux solaires en courant alternatif compatible avec le réseau, pour y injecter de l’énergie.

L’onduleur solaire comprend différentes parties :

  • Un MPPT (Maximum Power Point Tracking), ou recherche du point de puissance maximum, cliquez ici pour en savoir plus sur le MPPT. Ce MPPT fait varier la tension des panneaux solaires pour en extraire la puissance maximale, en fonction de l’ensoleillement présent. Cette fonction est assurée par un hacheur DC/DC piloté par un algorithme mathématique
  • Un transformateur pour assurer l’isolation galvanique du champ solaire, c’est à dire éviter que du courant circule à travers l’onduleur entre les panneaux solaires et le réseau. De plus en plus d’onduleurs solaires n’ont plus de transformateur, ce qui les rend moins chers et plus efficaces et plus légers, mais aussi plus sensibles aux courants de défauts
  • Des condensateurs de grande capacité pour stocker une petite quantité d’énergie servant de “tampon” pour le fonctionnement fluide de l’onduleur et pour lisser le signal électrique
  • Un onduleur qui transforme la tension continue en tension alternative
  • Un module de synchronisation avec la fréquence du réseau, pour être sûr de ne pas avoir de déphasage entre la fréquence de l’onduleur et celle du réseau
  • Un module de déconnexion de l’onduleur en cas d’absence de courant sur le réseau (VDE 126-1). Cette sécurité empêche d’injecter de l’électricité sur le réseau, quand les techniciens de la Sénélec font de la maintenance, par exemple
  • Différentes protections internes contre les surchauffes, surtensions, courants de défaut à la terre, inversion de polarité des panneaux, etc

Schéma fonctionnel interne d’un onduleur solaire UNO avec transformateur HF. Source : Power One

Le rendement des onduleurs solaires à beaucoup progressé depuis 10 ans. Les meilleurs onduleurs atteignent aujourd’hui des rendements max de 98%, contre 90% il y a 10 ans. Les fabricants visent pour le futur des rendements de 99% en pointe, ce qui permettra de limiter les pertes sous forme de chaleur et donc :

  • faire des onduleurs plus compact car il y aura moins de chaleur à évacuer
  • faire des onduleurs plus fiables et plus durables car c’est surtout la chaleur qui endommage les composants électroniques (condensateurs, transistors, etc)

L’affichage de l’onduleur permet à l’utilisateur de connaitre l’état et les performances de son appareil. Il indique généralement :

  • la puissance instantannée, le pic de la journée, de l’année et depuis le jour de l’installation
  • la production d’énergie en kWh de la journée, du mois, de l’année et cumulée depuis le début
  • le temps de fonctionnement dans la journée, le mois, l’année et depuis le début
  • les paramètres du réseau : tension, fréquence et courant injecté
  • les défauts éventuels : surchauffe, surtension, fuite de courant, erreur interne, etc

 

Afficheur d’un onduleur SMA Sunny Boy.

Enfin les onduleurs solaires sont équipés d’une connexion TCP/IP ou RS485 pour communiquer sur internet ou par réseau téléphonique sans fil avec une plateforme de supervision. Cela permet de suivre à distance le fonctionnement de la centrale solaire et de vérifier que tout fonctionne bien. En cas de défaillance, une personne est averti et peut intervenir imédiatement pour limiter les pertes de production.

 

Défauts des appareils

Les onduleurs photovoltaïques raccordés au réseau sont extrêmement fiables. Il emploie une technologie très mature et les fabricants garantissent aujourd’hui les produits de 5 à 10 ans.

Cependant certains problèmes peuvent arriver :

Avec un réseau instable, l’onduleur solaire peut se déconnecter souvent et la production sera diminuée

Avec un champ solaire mal dimensionné, l’onduleur risque de réduire sa puissance ou même se mettre en défaut quand la tension est trop faible ou trop haute (surtout avec de grands écarts de température)

Si l’onduleur est installé dans un endroit chaud et qu’il n’est pas ventilé normalement (un obstacle bloque les aérations par exemple) la puissance pourra être souvent réduite et la durée de vie aussi

Avec les onduleurs solaires sans transformateur, il peut y avoir des faibles courants qui circulent entre les panneaux et le réseau. Dans ce cas là, l’onduleur se met en défaut jusqu’au lendemain matin. Ce problème arrive surtout avec les panneaux mal isolés électriquement de la terre (panneaux membrane ou avec une polarité mise à la terre).

 

Principaux fabricants

Les principaux fabricants d’onduleurs solaires connectés au réseau sont :

  • SMA (Allemagne - création 1982)
  • Solarmax (Suisse - création 1991)
  • Power One (USA)
  • Kaco (Allemagne - création 1960)
  • Fronius (Autriche - création 1995 pour la division onduleurs PV)

Et il y en a des dizaines d’autres sur le marché qu’il serait difficile d’énumérer ici.

Installation

 Prix

Les prix de vente aux clients varient suivant les marques, les fonctionnalités de l’appareil, le vendeur, etc.

 En 2013, un petit onduleur solaire de moins de 5 kW se vend de 250 à 350 Fcfa/Watt. Ce qui fait l’onduleur de 3000W à 900 000 Fcfa en moyenne.

 Les onduleurs de moyenne puissance (jusqu’à 20 kW) se vendent plutot de 150 à 200 Fcfa/Watt. Soit l’onduleur de 15000W à 2 700 000 Fcfa en moyenne.

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