L'onduleur photovoltaïque autonome (pour sites isolés)
Rôle de l'onduleur photovoltaïque autonome
Rôle de l'onduleur au sein d'une installation 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.
Beaucoup d'onduleurs bon marché et de mauvaise qualité ne sont pas conçus pour le photovoltaïque et sont largement inefficaces. Il faut, en tout état de cause, choisir des onduleurs autonomes spécifiquement adaptés au photovoltaïque.
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 : Ueff = 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.
Certains appareils électriques nécessitent un courant de démarrage très important par rapport au courant nominal d’utilisation normale
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 |
Pourquoi faut-il connecter l'onduleur directement aux batteries ?
Les régulateurs ne sont pas en mesure d'absorber les forts courants de démarrage appelé côté CA. De ce fait, il est proscrit de connecter l'onduleur à une des sorties CC du régulateur. Il convient de le brancher directement sur les batteries, car les batteries jouent le rôle de tampon et sont en mesure de délivrer de forts courants d'appel.
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).
Onduleur photovoltaique autonome sans sa carcasse
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.
Effet de la température sur l'onduleur
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.