Onduleurs

Définition

La plupart de nos applications électriques actuelles fonctionnent en courant alternatif ; or une installation photovoltaïque produit un courant continu. Le premier rôle d’un onduleur sera d’assurer cette transformation. Mais son rôle ne s’arrête pas là.

Il doit permettre en plus :

• La recherche du point de fonctionnement maximal (MPP tracker) par rapport à l’intensité et à la tension générée par les modules, par exemple, par modification d’impédance.
• De se synchroniser avec le réseau du GRD afin de pouvoir réinjecter le courant généré. Pour cela, il devra adapter la tension (transformation), la fréquence et l’impédance.
• De se découpler automatiquement en cas de chute de tension dans le réseau.
• Le relevé et l’enregistrement des valeurs caractéristiques du fonctionnement nécessaire à la maintenance et au contrôle de l’installation.

Un onduleur possède des plages de travail bien définies :

• Puissance maximale ;
• Tensions minimum et maximum ;
• Courant maximum.

Ces valeurs devront donc être en cohérence avec les caractéristiques du champ de capteurs pour éviter tout risque de mauvais fonctionnement voire de détérioration de l’appareil.

Un onduleur peut être caractérisé par son rendement “européen”, obtenu sur base de rendement à charge partielle. Celui-ci atteint actuellement  95 %.

> Plus d’infos sur le fonctionnement de l’onduleur.

Différentes configurations sont possibles pour la position du ou des onduleurs par rapport aux modules photovoltaïques : sur chaque panneau, string, champ de capteurs,… La configuration idéale d’une installation (raccordement des modules en série parallèle et place de l’onduleur) dépendra essentiellement de l’homogénéité du champ de capteurs (ombrage, orientation et inclinaison, types de cellules, défaillance, encrassement,…).

Onduleur central : un onduleur gère l’ensemble de l’installation

1. Champ de capteur (ou générateur).
2. Boitier de raccordement.
3. Onduleur.
4. Compteur.
5. Réseau.

Dans cette configuration,  l’onduleur ne perçoit pas les différences de caractéristiques entre les courants produits par les différents strings. Ils sont en effet couplés au préalable au niveau du boitier de raccordement. C’est à partir de ce courant (d’intensité égale à la somme des courants et de tension égale à la tension la plus haute des différents strings) réellement perçu par  l’onduleur est que celui-ci adaptera ses caractéristiques d’entrées pour faire fonctionner le générateur photovoltaïque à son point de puissance maximum.

Avantage

• Coût.
• Simplicité et rapidité de montage.

Inconvénient

• La tension de sortie et donc la production énergétique est très facilement perturbée par un string plus faible (ombrage, nombres de panneaux, type de cellule,…).
• Ce type de raccordement ne permet pas de travailler avec des strings de natures différentes sans altérer considérablement la production.

Note : Deux types  de raccordement sont possibles avec un onduleur central: à tension faible (peu de modules composent les strings) ou à tension élevée (beaucoup de modules par string). Le principe de fonctionnement est similaire.

Onduleur string : un onduleur par string (rangée de modules en série)

Dans cette configuration, chaque onduleur peut exploiter aux mieux chaque string.

Avantage

• Recherche du point de puissance maximale (MPP) pour chaque string.

Inconvénient

• Influence de la perte de rendement d’un module (du à l’ombrage, à la saleté, ou à une défaillance) sur les performances des modules du string (mais limitée à celui-ci !).

Onduleur Multistring : un onduleur gère différents strings en parallèle

Dans ce cas, combinant en quelque sorte les configurations “string et centralisées”, les entrées sont équipées chacune de leur propre MPPT. Les différents courants continus générés sont d’abord synchronisés avant d’être transformés en courant alternatif.

Avantage

• Association de string de natures différentes (types de cellules, orientation, nombres de modules,…) sans perturbation globale des performances.
• Rendement nettement supérieur comparé à la configuration centralisée, en présence de string de natures différentes.

Onduleur modulaire : un onduleur par panneau

Avantage

• Facilité d’emploi.
• Pas de câblage en courant continu.
• Indépendance de chaque module (l’ombrage d’un panneau et sa perte de rendement résultante n’affecte pas la production des autres panneaux. De même que la panne d’un onduleur n’influence pas les autres modules).

Inconvénient

• Coût.
• Maintenance : en général ce type d’onduleur est directement intégré au panneau. Sa défaillance entraine le remplacement du panneau (hors la durée de vie de celui-ci est normalement inférieure à celle du panneau).

Branchement d’onduleur

En charge partielle faible, c’est-à-dire lorsque le flux lumineux est faible, le rendement des onduleurs est plus bas.
Pour écourter le temps de travail en faible charge d’un seul onduleur, il est possible d’utiliser plusieurs onduleurs en communication.

Le principe est simple : Si l’éclairement est important, plusieurs onduleurs travaillent ensemble à pleine charge si par contre, l’éclairement est faible, un seul onduleur fait le travail !

Deux cas de figure sont possibles :

• Suivant que les onduleurs s’allument et s’éteignent selon les besoins :  principe maitre esclave. Le raccordement est identique à la configuration centralisée.
• Suivant que les strings soient répartis ou non sur différents onduleurs : principe team. Cette configuration est un prolongement de la configuration onduleur string.

Conclusion

Les onduleurs photovoltaïques évoluent rapidement pour répondre aux besoins croissants en efficacité énergétique et en intégration intelligente. Les modèles hybrides, combinant production et stockage d’énergie, se généralisent et permettent d’optimiser l’autoconsommation tout en renforçant la résilience énergétique des foyers et des bâtiments. De plus, les systèmes dotés de micro-onduleurs ou d’optimiseurs de puissance offrent des performances accrues, même dans des conditions complexes comme l’ombrage partiel. Enfin, la compatibilité croissante avec les réseaux intelligents et les solutions de gestion énergétique domestique confirme le rôle central des onduleurs dans la transition énergétique vers un réseau électrique plus flexible et durable.