Un onduleur est un appareil électronique. La fonction de l'onduleur est de changer une tension d'entrée en courant continu en une tension de sortie en courant alternatif symétrique, avec l'amplitude et la fréquence souhaitées par l'utilisateur.
Au début, les installations photovoltaïques utilisaient l'électricité pour la consommation sous la même tension et sous la même forme qu'elles la recevaient des panneaux solaires et des batteries. C'est-à-dire qu'il fonctionnait avec un courant continu de 12, 24 ou 48 volts.
Cette fonctionnalité a fait une grande différence auprès des utilisateurs disposant d'un réseau de distribution électrique ou de groupes électrogènes à courant alternatif de 220 volts. C’est pour cette raison que des onduleurs électriques ont été introduits.
A quoi sert un onduleur ?
Les onduleurs sont utilisés dans une grande variété d'applications, depuis les petites alimentations informatiques jusqu'aux applications industrielles.
Ci-dessous, nous énumérons quelques exemples dans lesquels un onduleur électrique est utilisé :
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Dans une installation photovoltaïque, ils servent à convertir le courant continu fourni par les panneaux solaires en courant alternatif.
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Dans les alimentations sans coupure d'une installation électrique, l'onduleur convertit la tension fournie par la batterie en courant alternatif.
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Lors du transport d'énergie électrique, l'onduleur convertit l'énergie en courant continu transféré dans certaines lignes électriques pour alimenter le réseau de courant alternatif.
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La réalisation d'une alimentation à découpage, pour transformation en courant continu, avec des avantages considérables en termes d'efficacité, d'encombrement et de poids
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Dans le secteur aéronautique, ils sont utilisés pour fournir à l'avionique des avions un courant alternatif très stable même alimenté par batteries (en cas de panne de courant)
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Variation de vitesse dans les moteurs électriques.
Comment fonctionne un onduleur ?
Un simple inverseur se compose d'un oscillateur qui contrôle un transistor, utilisé pour interrompre le courant entrant et générer une onde rectangulaire.
Les onduleurs à onde sinusoïdale ont un transformateur qui adoucit leur forme et ressemble un peu plus à une onde sinusoïdale. Une bonne technique pour y parvenir consiste à utiliser la technique PWM, rendant la composante sinusoïdale principale beaucoup plus grande que les harmoniques supérieures.
La forme d'onde carrée générée par ces appareils a le problème d'être riche en harmoniques supérieures, alors que l'onde sinusoïdale du réseau électrique en est dépourvue.
Avantages
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C’est le type de courant qui est utilisé dans le monde entier et qui donne donc un point de normalité.
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Cela facilite l’achat d’appareils électroménagers pour pouvoir accéder à ceux qui sont les plus efficaces.
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Il permet de maintenir des valeurs de tension et de forme d'onde stables, malgré la variabilité de l'état de charge des batteries.
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Travailler avec des tensions plus élevées (220 V équivaut à 18 fois 12 V) permet de travailler avec une intensité de courant plus faible conformément à la loi d'Ohm. De cette manière, des conducteurs électriques plus fins peuvent être utilisés et les pertes dues à l'effet Joule sont minimisées.
Désavantages
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L'installation se compose d'un élément supplémentaire, le convertisseur. La fiabilité du système diminue donc.
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Le convertisseur a des pertes électriques à compenser en générant plus d'électricité aux modules (5%).
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Dans les petites installations, le convertisseur peut représenter une part importante du budget ; Par exemple, pour une installation d’environ 100 Wc de puissance module, un convertisseur de 250 W peut représenter 20 % du coût total.
Caractéristiques principales
Principales caractéristiques qui définissent un convertisseur
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Tension d'entrée (Vcc) : cette valeur doit être égale à celle de la batterie (12, 24, 48 V).
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Tension de sortie (Vac) : cette valeur doit être normalisée (230 Vac).
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Stabilité de la tension de sortie/entrée : des variations allant jusqu'à 10 % sont prises en charge pour les convertisseurs à onde carrée et 5 % pour les convertisseurs à onde sinusoïdale.
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Type d'onde : Actuellement, les onduleurs doivent présenter un format standardisé de type courant alternatif avec une onde sinusoïdale pure.
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Capacité de surcharge (puissance de pointe) et protection thermique : très utiles dans les installations avec moteurs, car au démarrage la puissance nécessaire au fonctionnement nominal peut être doublée, mais seulement pour quelques secondes.
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L'efficacité énergétique ou performance du convertisseur est la relation entre l'énergie que le convertisseur fournit pour la consommation de courant alternatif et l'énergie dont ce convertisseur d'entrée a besoin (de la batterie).
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Démarrage automatique et état de veille : permet de déconnecter les parties de puissance d'un même convertisseur en l'absence de consommation. Ils se reconnectent ensuite lorsqu'ils détectent une demande d'énergie supérieure à un seuil préalablement fixé.
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Protection contre l'inversion de polarité et les courts-circuits : options de base, compte tenu des possibilités d'erreur ou de dysfonctionnement des circuits consommateurs, élevées pendant la durée de vie du convertisseur.
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Faible distorsion harmonique : paramètre lié à la qualité de l'onde générée. Les harmoniques sont normalement éliminées par des filtres, même si cela entraîne des pertes. La variation de fréquence de la tension de sortie sera inférieure à 3 % de la valeur nominale.
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Possibilité de combinaison en parallèle : cela permettra une éventuelle croissance de l'installation et de la consommation électrique.
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Bon comportement aux variations de température : plage de fonctionnement entre -5ºC et 40ºC.
Onduleurs pour cellules solaires
Les onduleurs des installations photovoltaïques pour l'entrée au réseau électrique sont spécialement conçus à cet effet. Sa fonction est de transformer l'énergie électrique sous forme de courant continu produit par les cellules solaires en courant alternatif pour pouvoir la fournir au réseau électrique.
Vous trouverez ci-dessous quelques types d'onduleurs utilisés dans les systèmes d'énergie solaire :
Onduleurs de chaîne
Ces onduleurs sont les plus courants dans les systèmes résidentiels et commerciaux.
Ils convertissent l'énergie de plusieurs panneaux solaires connectés en série (une chaîne) en courant alternatif. Ils conviennent aux systèmes de taille moyenne et offrent un bon équilibre entre coût et performances.
Micro-onduleurs
Chaque panneau solaire possède son propre micro-onduleur qui lui est directement connecté. Cela permet un plus grand contrôle et une plus grande efficacité, car chaque panneau fonctionne indépendamment. Ils sont particulièrement utiles dans les systèmes où l'ombrage ou l'obstruction peuvent affecter un ou plusieurs panneaux.
Onduleurs centraux
Ces onduleurs sont utilisés dans des systèmes à grande échelle tels que les centrales solaires commerciales et utilitaires. Ils convertissent l'énergie de plusieurs panneaux solaires en une seule unité centrale. Ils sont efficaces et adaptés aux systèmes hautes performances.
Onduleurs hybrides
Les onduleurs hybrides convertissent non seulement l’énergie solaire du courant continu en courant alternatif, mais peuvent également fonctionner dans des systèmes de stockage d’énergie tels que les batteries. Cela permet d'utiliser l'énergie solaire stockée la nuit ou par temps nuageux.
Onduleurs raccordés au réseau
Ces onduleurs sont utilisés dans les systèmes solaires connectés au réseau électrique. Ils convertissent l’énergie solaire en courant alternatif et permettent l’injection d’électricité dans le réseau public. Certains modèles permettent également de mesurer l’énergie générée et consommée.
Onduleurs indépendants
Ces onduleurs sont utilisés dans des systèmes solaires autonomes qui ne sont pas connectés au réseau électrique. Ils convertissent l'énergie solaire CC en CA pour alimenter des appareils et des systèmes dans des zones éloignées ou hors réseau.