Rôle de l'onduleur photovoltaïque autonome

Actuellement, la plupart des appareils électriques présent sur le marché étant adaptés à la tension alternative du réseau, les fabricants ne proposent pas d’équivalents révisés à la tension continue. De ce fait, la présence d’un onduleur devient incontournable afin de permettre à l’usager un large choix pour ces équipements électriques.

Il convient de différencier deux grandes familles d’onduleurs :

• Les onduleurs assistés par une source de tension alternative. Ceux-ci convertissent un signal continu en un signal alternatif compatible avec cette source de tension, c’est-à-dire présentant les mêmes propriétés (valeur efficace, fréquence). Ces onduleurs sont utilisés dans le cas des installations photovoltaïques raccordées au réseau (l’onduleur fournit alors une tension alternative équivalente à la tension du réseau.
• Les onduleurs autonomes. Ceux-ci peuvent fonctionner sans la présence d’une source de tension alternative externe. Ils fournissent une tension alternative conforme à la demande de l’utilisateur.

Dans une installation photovoltaïque autonome (en site isolé par exemple), on installera un onduleur dit autonome.

Dimensionnement de l'onduleur photovoltaïque autonome

Partie CC

Côté CC, l'onduleur doit être adapté à la tension du système imposé par le parc de batteries. Les fabricants prévoient généralement des tensions d'entrée de 12 V, 24 V ou 48 V.

Partie CA

Côté CA, l'onduleur imposera un signal de sortie adaptée aux appareils qu'il alimente, par exemple (cas général) :

• Tension alternative de fréquence 50 Hz
• Valeur de la tension efficace : U_eff = 230 V

Puissance nominale

L’onduleur doit être dimensionné de manière à ce que sa puissance nominale couvre la somme des puissances de tous les utilisateurs que l’on souhaite utiliser en même temps. Une marge de dimensionnement de 20 à 30% est recommandée pour garantir le bon fonctionnement de l'onduleur à une température ambiante supérieure à 25°C.

Courants de démarrage des appareils électriques

Certains appareils électriques fonctionnant sous une tension alternative nécessitent un fort courant au démarrage. C’est le cas par exemple des réfrigérateurs, ou plus généralement tous les appareils disposant d’un moteur électrique. Ainsi, l’onduleur doit être capable de délivrer un courant élevé pendant une période brève.



Les onduleurs doivent donc être capables de fournir ce courant de démarrage, sinon l’appareil électrique ne se mettra jamais en marche.

Nous dressons ci-dessous un tableau des coefficients de démarrage pour différents appareils électriques.

Récepteur électrique	Intensité IMAX du courant de démarrage (A)
Réfrigérateur	IMAX ≈ 5 × IN
Congélateur	IMAX ≈ 2.5 × IN
Climatiseur	IMAX ≈ 4 × IN
Machine à laver	IMAX ≈ 3 × IN
Sèche linge	IMAX ≈ 5 × IN
Ventilateur	IMAX ≈ 2 × IN
Sèche cheveux	IMAX ≈ 1.5 × IN
Aspirateur	IMAX ≈ 1.5 × IN
Four micro-ondes	IMAX ≈ 2 × IN
Eclairage fluorescent	IMAX ≈ 2 × IN
Système d'ouverture d'une porte de garage	IMAX ≈ 3 × IN
Cafetière	Pas de courant de démarrage IMAX ≈ 1 × IN
Téléviseur
Ordinateur
Photocopieur
Ampoule halogène
Tableau des coefficients de démarrage pour différents appareils électriques

Performance de l'onduleur photovoltaïque autonome

Rendement de l'onduleur

L'onduleur effectue la conversion CC?CA grâce à des composants électriques qui chauffent (diodes, condensateurs, etc.). Une partie de la puissance continue en entrée de l’onduleur est donc dissipée sous forme de chaleur.

On définit alors le rendement de l’onduleur comme le rapport de la puissance de sortie (alternative) sur la puissance d’entrée (continue): η = (Puissance alternative)/(Puissance continue).

Les fabricants indiquent généralement le rendement maximum de leur produit. Celui-ci est de l'ordre de 95%. En réalité, le rendement d'un onduleur dépend de la puissance qui y transite (voir courbe ci-contre). Le point fort des onduleurs est qu'ils atteignent un rendement supérieur à 90% même à faible charge (à partir de 10% de leur puissance nominale).

Effet de la température sur l'onduleur

Un onduleur chauffe du fait de son rendement de conversion. Il faut alors évacuer cette chaleur afin de ne pas dépasser la température maximale de fonctionnement de l'onduleur. L'évacuation peut se faire simplement par convection naturelle pour les onduleurs de petite puissance ou par ventilation forcée (présence de ventilateur) pour les onduleurs de plus grosses puissances. La présence de ventilateur introduit une consommation supplémentaire qui pénalise légèrement le rendement globale du système. Dans tous les cas, il faut s'assurer que l'onduleur se situe dans un local bien ventilé, avec un espacement d'au moins 10 cm tout autour.

En général, la plage de température de fonctionnement d’un onduleur est compris entre -25°C et 60 °C. La température de fonctionnement d'un onduleur est indiquée sur sa fiche technique.



Dans la plage de température de fonctionnement, l'onduleur fonctionne normalement.

Lorsque la température de l'onduleur dépasse la valeur maximale, l'onduleur limite volontairement la puissance délivrée (afin de protéger les composants contre toute surchauffe). L'onduleur continue donc de fonctionner mais limite le courant des équipements électriques. Par ailleurs, un fonctionnement sous une température continuellement élevée réduit la durée de vie de l'onduleur.

Lorsque la température de l'onduleur est inférieure à la température minimale, l'onduleur ne se met pas en marche.

Consommation en veille

Beaucoup d'onduleurs continuent à consommer du courant alors que tous les appareils électriques sont éteints. Afin d'économiser l'énergie des batteries, il est préférable de sélectionner un onduleur qui présente la fonction stand-by (consommation en mode d'attente). Avec cette fonction, l'onduleur s'arrête et se met automatiquement en mode de recherche de charge. L'onduleur se remet en marche dès qu'un appel de puissance est détectée côté CA.

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