Introduction encyclopédique aux onduleurs solaires

Onduleur , également appelé régulateur de puissance et régulateur de puissance, est un élément essentiel du système photovoltaïque. La fonction principale de l’onduleur photovoltaïque est de convertir l’énergie continue générée par les panneaux solaires en énergie alternative utilisée par les appareils électroménagers. Toute l’électricité générée par les panneaux solaires doit être traitée par l’onduleur avant de pouvoir être émise vers le monde extérieur. [1] Grâce au circuit en pont complet, le processeur SPWM est généralement utilisé pour subir une modulation, un filtrage, une augmentation de tension, etc. afin d'obtenir une puissance alternative sinusoïdale qui correspond à la fréquence de charge d'éclairage, à la tension nominale, etc. pour les utilisateurs finaux du système. Avec un onduleur, une batterie CC peut être utilisée pour fournir une alimentation CA aux appareils.

Introduction:

Le système de production d'énergie solaire AC est composé de panneaux solaires, d'un contrôleur de charge, d'un onduleur et d'une batterie ; le système de production d'énergie solaire CC ne comprend pas d'onduleur. Le processus de conversion du courant alternatif en courant continu est appelé rectification, le circuit qui complète la fonction de rectification est appelé circuit redresseur et le dispositif qui met en œuvre le processus de rectification est appelé dispositif redresseur ou redresseur. De manière correspondante, le processus de conversion du courant continu en courant alternatif est appelé onduleur, le circuit qui remplit la fonction de l'onduleur est appelé circuit onduleur et le dispositif qui met en œuvre le processus onduleur est appelé équipement onduleur ou onduleur.

Le cœur du dispositif onduleur est le circuit de commutation de l’onduleur, appelé circuit onduleur. Ce circuit complète la fonction de l'onduleur en allumant et éteignant l'interrupteur électronique de puissance. La commutation de dispositifs de commutation électroniques de puissance nécessite certaines impulsions de commande, et ces impulsions peuvent être ajustées en modifiant un signal de tension. Le circuit qui génère et régule les impulsions est souvent appelé circuit de contrôle ou boucle de contrôle. La structure de base du dispositif onduleur comprend, outre le circuit onduleur et le circuit de commande mentionnés ci-dessus, un circuit de protection, un circuit de sortie, un circuit d'entrée, un circuit de sortie, etc.

Caractéristiques:

En raison de la diversité des bâtiments, cela entraînera inévitablement la diversité des installations de panneaux solaires. Afin de maximiser l’efficacité de conversion de l’énergie solaire tout en tenant compte de la belle apparence du bâtiment, cela nécessite la diversification de nos onduleurs pour obtenir la meilleure source d’énergie solaire. Convertir.

Inversion centralisée

L'onduleur centralisé est généralement utilisé dans les systèmes de grandes centrales photovoltaïques (>10 kW). De nombreuses chaînes photovoltaïques parallèles sont connectées à l’entrée DC du même onduleur centralisé. Généralement, les modules de puissance IGBT triphasés sont utilisés pour une puissance élevée. Les plus petits utilisent des transistors à effet de champ et des contrôleurs de conversion DSP pour améliorer la qualité de la puissance générée afin qu'elle soit très proche d'un courant sinusoïdal. La principale caractéristique est la puissance élevée et le faible coût du système. Cependant, l'efficacité et la capacité de production électrique de l'ensemble du système photovoltaïque sont affectées par l'adaptation des chaînes photovoltaïques et l'ombrage partiel. Dans le même temps, la fiabilité de la production d'électricité de l'ensemble du système photovoltaïque est affectée par le mauvais état de fonctionnement d'un certain groupe d'unités photovoltaïques. Les dernières orientations de recherche sont l'utilisation du contrôle de modulation vectorielle spatiale et le développement de nouvelles connexions topologiques d'onduleur pour obtenir un rendement élevé dans des conditions de charge partielle. Sur l'onduleur centralisé SolarMax, un boîtier d'interface de générateur photovoltaïque peut être fixé pour surveiller chaque chaîne de panneaux photovoltaïques à voile. Si l'une des chaînes ne fonctionne pas correctement, le système transmettra les informations à la télécommande et cette chaîne peut être arrêtée via la télécommande, de sorte que la défaillance d'une chaîne photovoltaïque ne réduira ni n'affectera le travail et la production d'énergie. de l'ensemble du système photovoltaïque.

Onduleur de chaîne

Les onduleurs string sont devenus les onduleurs les plus populaires sur le marché international. L'onduleur string est basé sur un concept modulaire. Chaque chaîne photovoltaïque (1 kW-5 kW) passe par un onduleur, dispose d'un suivi de crête de puissance maximale à l'extrémité CC et est connectée en parallèle au réseau à l'extrémité CA. De nombreuses grandes centrales photovoltaïques utilisent des onduleurs string. L'avantage est qu'il n'est pas affecté par les différences de modules et les ombres entre les chaînes, et réduit en même temps le point de fonctionnement optimal des modules photovoltaïques.

Inadéquation avec l'onduleur, augmentant ainsi la production d'énergie. Ces avantages techniques réduisent non seulement les coûts du système, mais augmentent également sa fiabilité. Parallèlement, le concept de « maître-esclave » est introduit entre les chaînes, de sorte que lorsque la puissance d'une seule chaîne du système ne peut pas faire fonctionner un seul onduleur, plusieurs groupes de chaînes photovoltaïques peuvent être connectés entre eux pour permettre à un ou plusieurs groupes de chaînes photovoltaïques de fonctionner. plusieurs d'entre eux au travail. , produisant ainsi plus d’énergie électrique. Le dernier concept est que plusieurs onduleurs forment une « équipe » les uns avec les autres pour remplacer le concept « maître-esclave », rendant ainsi le système plus fiable.

Onduleur multi-string

L'onduleur multi-chaîne profite des avantages de l'onduleur centralisé et de l'onduleur chaîne, évite leurs inconvénients et peut être appliqué aux centrales photovoltaïques de plusieurs kilowatts. Dans l'onduleur multi-string, différents suivis individuels des pics de puissance et convertisseurs DC-DC sont inclus. Le courant continu est converti en courant alternatif via un onduleur CC-AC commun et connecté au réseau. Différentes classifications des chaînes photovoltaïques (par exemple puissance nominale différente, nombre différent de modules par chaîne, différents fabricants de modules, etc.), différentes tailles ou différentes technologies de modules photovoltaïques, différentes orientations des chaînes (par exemple : est, sud et ouest) , différents angles d'inclinaison ou ombrages peuvent être connectés à un onduleur commun, chaque chaîne fonctionnant à sa puissance maximale respective. Dans le même temps, la longueur du câble CC est réduite, minimisant ainsi l'effet d'ombrage entre les chaînes et la perte provoquée par les différences entre les chaînes.

Onduleur de composants

Le module onduleur connecte chaque module photovoltaïque à un onduleur, et chaque module dispose d'un suivi indépendant du pic de puissance maximale, de sorte que le module et l'onduleur coopèrent mieux. Habituellement utilisé dans les centrales photovoltaïques de 50W à 400W, le rendement total est inférieur à celui des onduleurs string. Comme ils sont connectés en parallèle côté AC, cela augmente la complexité du câblage côté AC et rend la maintenance difficile. Une autre question à résoudre est de savoir comment se connecter plus efficacement au réseau. Le moyen le plus simple consiste à se connecter au réseau directement via des prises CA ordinaires, ce qui peut réduire les coûts et l'installation des équipements, mais souvent les normes de sécurité du réseau électrique à divers endroits ne le permettent pas. Ce faisant, la compagnie d'électricité peut s'opposer au raccordement direct du générateur à une prise domestique ordinaire. Un autre facteur lié à la sécurité est de savoir si un transformateur d'isolement (haute fréquence ou basse fréquence) est requis ou si un onduleur sans transformateur est autorisé. Cet onduleur est le plus largement utilisé dans les murs-rideaux en verre.

Efficacité de l'onduleur solaire

L'efficacité des onduleurs solaires fait référence au marché croissant des onduleurs solaires (onduleurs photovoltaïques) en raison de la demande d'énergie renouvelable. Et ces onduleurs nécessitent une efficacité et une fiabilité extrêmement élevées. Les circuits de puissance utilisés dans ces onduleurs sont examinés et les meilleurs choix de dispositifs de commutation et de redressement sont recommandés. La structure générale d'un onduleur photovoltaïque est illustrée à la figure 1. Vous avez le choix entre trois onduleurs différents. La lumière du soleil brille sur les modules solaires connectés en série, et chaque module contient un ensemble de cellules solaires connectées en série. La tension continue (DC) générée par les modules solaires est de l'ordre de plusieurs centaines de volts, selon les conditions d'éclairage du module, la température des cellules et le nombre de modules connectés en série.

La fonction principale de ce type d’onduleur est de convertir la tension continue d’entrée en une valeur stable. Cette fonction est implémentée via un convertisseur boost et nécessite un commutateur boost et une diode boost. Dans la première architecture, l'étage boost est suivi d'un convertisseur en pont complet isolé. Le but du transformateur en pont complet est de fournir une isolation. Le deuxième convertisseur en pont complet sur la sortie est utilisé pour convertir le courant continu du convertisseur en pont complet du premier étage en tension alternative (AC). Sa sortie est filtrée avant d'être connectée au réseau AC via un interrupteur relais supplémentaire à double contact, afin de fournir une isolation sûre en cas de défaut et une isolation du réseau d'alimentation la nuit. La deuxième structure est un schéma non isolé. Parmi eux, la tension alternative est directement générée par la tension continue délivrée par l'étage boost. La troisième structure utilise une topologie innovante de commutateurs de puissance et de diodes de puissance pour intégrer les fonctions des parties boost et génération AC dans une topologie dédiée, rendant l'onduleur aussi efficace que possible malgré le très faible rendement de conversion du panneau solaire. Proche de 100 % mais très important. En Allemagne, un module série de 3 kW installé sur un toit orienté au sud devrait générer 2 550 kWh par an. Si l’efficacité de l’onduleur passe de 95 % à 96 %, 25 kWh d’électricité supplémentaires peuvent être générés chaque année. Le coût de l’utilisation de modules solaires supplémentaires pour générer ces 25 kWh équivaut à l’ajout d’un onduleur. Étant donné qu’une augmentation du rendement de 95 % à 96 % ne doublera pas le coût de l’onduleur, investir dans un onduleur plus efficace est un choix inévitable. Pour les conceptions émergentes, l’augmentation de l’efficacité de l’onduleur de la manière la plus rentable possible est un critère de conception clé. Quant à la fiabilité et au coût de l’onduleur, ce sont deux autres critères de conception. Une efficacité plus élevée réduit les fluctuations de température au cours du cycle de charge, améliorant ainsi la fiabilité. Ces directives sont donc en fait liées. L'utilisation de modules augmentera également la fiabilité.

Commutateur et diode Boost

Toutes les topologies présentées nécessitent des commutateurs d'alimentation à commutation rapide. L'étage boost et l'étage de conversion en pont complet nécessitent des diodes à commutation rapide. De plus, les commutateurs optimisés pour la commutation basse fréquence (100 Hz) sont également utiles pour ces topologies. Pour toute technologie silicium donnée, les commutateurs optimisés pour une commutation rapide auront des pertes de conduction plus élevées que les commutateurs optimisés pour les applications de commutation basse fréquence.

L'étage boost est généralement conçu comme un convertisseur en mode courant continu. En fonction du nombre de modules solaires du générateur utilisé dans l'onduleur, vous pouvez choisir d'utiliser des appareils 600 V ou 1 200 V. Deux choix pour les interrupteurs de puissance sont les MOSFET et les IGBT. D'une manière générale, les MOSFET peuvent fonctionner à des fréquences de commutation plus élevées que les IGBT. De plus, l'influence de la diode du corps doit toujours être prise en compte : dans le cas de l'étage boost, cela ne pose pas de problème puisque la diode du corps ne conduit pas en mode de fonctionnement normal. Les pertes de conduction MOSFET peuvent être calculées à partir de la résistance à l'état passant RDS(ON), qui est proportionnelle à la surface effective de la puce pour une famille de MOSFET donnée. Lorsque la tension nominale passe de 600 V à 1 200 V, les pertes de conduction du MOSFET augmentent considérablement. Par conséquent, même si le RDS(ON) nominal est équivalent, le MOSFET 1 200 V n'est pas disponible ou le prix est trop élevé.

Pour les commutateurs boost évalués à 600 V, des MOSFET à superjonction peuvent être utilisés. Pour les applications de commutation haute fréquence, cette technologie présente les meilleures pertes par conduction. MOSFET avec des valeurs RDS(ON) inférieures à 100 milliohms dans des boîtiers TO-220 et MOSFET avec des valeurs RDS(ON) inférieures à 50 milliohms dans des boîtiers TO-247. Pour les onduleurs solaires nécessitant une commutation de puissance de 1 200 V, l'IGBT est le choix approprié. Les technologies IGBT plus avancées, telles que NPT Trench et NPT Field Stop, sont optimisées pour réduire les pertes de conduction, mais au détriment de pertes de commutation plus élevées, ce qui les rend moins adaptées aux applications d'amplification à hautes fréquences.

Basé sur l'ancienne technologie planaire NPT, un dispositif FGL40N120AND a été développé pour améliorer l'efficacité du circuit boost avec une fréquence de commutation élevée. Il a un EOFF de 43uJ/A. Par rapport aux appareils à technologie plus avancée, l'EOFF est de 80uJ/A, mais il faut l'obtenir. Ce type de performance est très difficile. L'inconvénient du dispositif FGL40N120AND est que la chute de tension de saturation VCE(SAT) (3,0 V contre 2,1 V à 125 ºC) est élevée, mais ses faibles pertes de commutation à des fréquences de commutation élevées compensent largement cela. Le dispositif intègre également une diode anti-parallèle. En fonctionnement normal, cette diode ne conduira pas. Cependant, lors du démarrage ou pendant des conditions transitoires, il est possible que le circuit élévateur soit mis en mode actif, auquel cas la diode anti-parallèle deviendra conductrice. Étant donné que l'IGBT lui-même ne possède pas de diode inhérente, cette diode co-packagée est nécessaire pour garantir un fonctionnement fiable. Pour les diodes boost, des diodes à récupération rapide telles que Stealth™ ou des diodes carbone-silicium sont nécessaires. Les diodes carbone-silicium ont une tension directe et des pertes très faibles. Lors de la sélection d'une diode boost, l'effet du courant de récupération inverse (ou de la capacité de jonction d'une diode carbone-silicium) sur le commutateur boost doit être pris en compte, car cela entraînera des pertes supplémentaires. Ici, la diode Stealth II FFP08S60S nouvellement lancée peut offrir des performances supérieures. Lorsque VDD=390 V, ID=8A, di/dt=200A/us et que la température du boîtier est de 100 ºC, la perte de commutation calculée est inférieure au paramètre FFP08S60S de 205 mJ. En utilisant la diode furtive ISL9R860P2, cette valeur atteint 225 mJ. Cela améliore donc également l'efficacité de l'onduleur à des fréquences de commutation élevées.

Commutateurs et diodes en pont

Après le filtrage en pont complet MOSFET, le pont de sortie génère un signal sinusoïdal de tension et de courant de 50 Hz. Une implémentation courante consiste à utiliser une architecture standard à pont complet (Figure 2). Sur la figure, si les interrupteurs en haut à gauche et en bas à droite sont allumés, une tension positive est chargée entre les bornes gauche et droite ; si les interrupteurs en haut à droite et en bas à gauche sont allumés, une tension négative est chargée entre les bornes gauche et droite. Pour cette application, un seul interrupteur est allumé pendant une certaine période de temps. Un commutateur peut être commuté sur la haute fréquence PWM et l'autre sur la basse fréquence 50 Hz. Étant donné que le circuit d'amorçage repose sur la conversion d'appareils bas de gamme, les appareils bas de gamme sont commutés sur une haute fréquence PWM, tandis que les appareils haut de gamme sont commutés sur une basse fréquence de 50 Hz. Cette application utilise un interrupteur d'alimentation de 600 V, le MOSFET à superjonction de 600 V est donc très approprié pour ce dispositif de commutation à grande vitesse. Étant donné que ces dispositifs de commutation résisteront au courant de récupération inverse complet des autres appareils lorsque l'interrupteur est activé, les dispositifs de superjonction à récupération rapide tels que le 600 V FCH47N60F sont des choix idéaux. Son RDS(ON) est de 73 milliohms et sa perte de conduction est très faible par rapport à d'autres dispositifs similaires à récupération rapide. Lorsque cet appareil convertit à 50 Hz, il n'est pas nécessaire d'utiliser la fonction de récupération rapide. Ces dispositifs présentent d'excellentes caractéristiques dv/dt et di/dt, ce qui améliore la fiabilité du système par rapport aux MOSFET à superjonction standard.

Une autre option à explorer est l'utilisation du périphérique FGH30N60LSD. Il s'agit d'un IGBT de 30 A/600 V avec une tension de saturation VCE(SAT) de seulement 1,1 V. Sa perte de désactivation EOFF est très élevée, atteignant 10 mJ, elle ne convient donc qu'à la conversion basse fréquence. Un MOSFET de 50 milliohms a une résistance à l'état passant RDS(ON) de 100 milliohms à la température de fonctionnement. Par conséquent, à 11A, il possède le même VDS que le VCE(SAT) de l'IGBT. Puisque cet IGBT est basé sur une technologie de claquage plus ancienne, VCE(SAT) ne change pas beaucoup avec la température. Cet IGBT réduit donc les pertes globales dans le pont de sortie, augmentant ainsi le rendement global de l'onduleur. Le fait que l'IGBT FGH30N60LSD passe d'une technologie de conversion de puissance à une autre topologie dédiée à chaque demi-cycle est également utile. Les IGBT sont utilisés ici comme commutateurs topologiques. Pour une commutation plus rapide, des dispositifs de superjonction à récupération conventionnelle et rapide sont utilisés. Pour une topologie dédiée à 1 200 V et une structure en pont complet, le FGL40N120AND susmentionné est un commutateur très adapté aux nouveaux onduleurs solaires haute fréquence. Lorsque des technologies spécialisées nécessitent des diodes, les diodes Stealth II, Hyperfast™ II et les diodes carbone-silicium sont d'excellentes solutions.

fonction:

L'onduleur a non seulement la fonction de conversion DC en AC, mais a également pour fonction de maximiser les performances des cellules solaires et la fonction de protection contre les pannes du système. En résumé, il existe des fonctions de fonctionnement et d'arrêt automatiques, une fonction de contrôle de suivi de puissance maximale, une fonction de prévention de fonctionnement indépendante (pour les systèmes connectés au réseau), une fonction de réglage automatique de la tension (pour les systèmes connectés au réseau), une fonction de détection CC (pour les systèmes connectés au réseau). ), et détection de masse DC. Fonction (pour les systèmes connectés au réseau). Voici une brève introduction aux fonctions de fonctionnement et d'arrêt automatiques ainsi qu'à la fonction de contrôle de suivi de puissance maximale.

Fonction de fonctionnement et d'arrêt automatiques : après le lever du soleil le matin, l'intensité du rayonnement solaire augmente progressivement et la puissance de la cellule solaire augmente également. Lorsque la puissance de sortie requise pour le fonctionnement de l'onduleur est atteinte, l'onduleur démarre automatiquement. Après sa mise en service, l'onduleur surveillera à tout moment la puissance des modules de cellules solaires. Tant que la puissance de sortie des modules de cellules solaires est supérieure à la puissance de sortie requise pour la tâche de l'onduleur, l'onduleur continuera à fonctionner ; il s'arrêtera jusqu'au coucher du soleil, même si l'onduleur peut également fonctionner les jours de pluie. Lorsque la sortie du module solaire diminue et que la sortie de l'onduleur s'approche de 0, l'onduleur entre en état de veille.

Fonction de contrôle de suivi de puissance maximale : la puissance du module de cellule solaire change en fonction de l'intensité du rayonnement solaire et de la température du module de cellule solaire lui-même (température de la puce). De plus, étant donné que les modules de cellules solaires ont la caractéristique que la tension diminue à mesure que le courant augmente, il existe un point de fonctionnement optimal permettant d'obtenir une puissance maximale. L'intensité du rayonnement solaire change et, évidemment, le point de fonctionnement optimal change également. En relation avec ces changements, le point de fonctionnement du module de cellule solaire est toujours maintenu au point de puissance maximale et le système obtient toujours la puissance maximale du module de cellule solaire. Ce type de contrôle est un contrôle de suivi de puissance maximale. La plus grande caractéristique des onduleurs utilisés dans les systèmes de production d’énergie solaire est qu’ils incluent la fonction de suivi du point de puissance maximale (MPPT).

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Classification du champ d'application

(1) Onduleur ordinaire

Entrée DC 12 V ou 24 V, AC 220 V, sortie 50 Hz, puissance de 75 W à 5 000 W, certains modèles ont une conversion AC et DC, c'est-à-dire une fonction UPS.

(2) Machine tout-en-un onduleur/chargeur

Dans ce type d'onduleur, les utilisateurs peuvent utiliser diverses formes d'alimentation pour alimenter les charges CA : lorsqu'il y a du courant CA, le courant CA est utilisé pour alimenter la charge via l'onduleur ou pour charger la batterie ; lorsqu'il n'y a pas d'alimentation secteur, la batterie est utilisée pour alimenter la charge CA. . Il peut être utilisé avec diverses sources d’énergie : batteries, générateurs, panneaux solaires et éoliennes.

(3) Onduleur spécial pour les postes et télécommunications

Fournir des onduleurs 48 V de haute qualité pour les services postaux et de télécommunications. Les produits sont des onduleurs de bonne qualité, de haute fiabilité, modulaires (le module est de 1 kW), disposent d'une fonction de redondance N+1 et peuvent être étendus (puissance de 2 kW à 20 kW). ).

(4) Onduleur spécial pour l'aviation et le militaire

Ce type d'onduleur dispose d'une entrée 28 Vdc et peut fournir les sorties AC suivantes : 26 Vac, 115 Vac, 230 Vac. Sa fréquence de sortie peut être : 50 Hz, 60 Hz et 400 Hz, et la puissance de sortie varie de 30 VA à 3 500 VA. Il existe également des convertisseurs DC-DC et des convertisseurs de fréquence dédiés à l'aviation.

Classification des formes d'onde de sortie

(1) Onduleur à onde carrée

La forme d'onde de tension alternative émise par l'onduleur à onde carrée est une onde carrée. Les circuits inverseurs utilisés par ce type d'onduleur ne sont pas exactement les mêmes, mais la caractéristique commune est que le circuit est relativement simple et que le nombre de tubes de commutation de puissance utilisés est faible. La puissance nominale est généralement comprise entre cent watts et un kilowatt. Les avantages de l'onduleur à onde carrée sont les suivants : circuit simple, prix bon marché et entretien facile. L'inconvénient est que la tension carrée contient un grand nombre d'harmoniques de rang élevé, ce qui produira des pertes supplémentaires dans les appareils de charge équipés d'inductances ou de transformateurs à noyau de fer, provoquant des interférences avec les radios et certains équipements de communication. De plus, ce type d'onduleur présente des inconvénients tels qu'une plage de régulation de tension insuffisante, une fonction de protection incomplète et un bruit relativement élevé.

(2) Onduleur à ondes progressives

La forme d'onde de tension alternative émise par ce type d'onduleur est une onde échelonnée. Il existe de nombreuses lignes différentes permettant à l'onduleur de réaliser une sortie d'onde échelonnée, et le nombre d'étapes dans la forme d'onde de sortie varie considérablement. L'avantage de l'inverseur d'onde pas à pas est que la forme d'onde de sortie est considérablement améliorée par rapport à l'onde carrée et que le contenu harmonique d'ordre élevé est réduit. Lorsque les pas atteignent plus de 17, la forme d'onde de sortie peut atteindre une onde quasi sinusoïdale. Lorsqu’une sortie sans transformateur est utilisée, le rendement global est très élevé. L'inconvénient est que le circuit de superposition d'ondes en échelle utilise de nombreux tubes de commutation de puissance et que certaines formes de circuit nécessitent plusieurs ensembles d'entrées d'alimentation CC. Cela pose des problèmes au regroupement et au câblage des panneaux solaires et à la charge équilibrée des batteries. De plus, la tension de l’onde d’escalier présente encore des interférences haute fréquence avec les radios et certains équipements de communication.

Onduleur sinusoïdal

La forme d'onde de tension alternative émise par l'onduleur sinusoïdal est une onde sinusoïdale. Les avantages de l'onduleur sinusoïdal sont qu'il présente une bonne forme d'onde de sortie, une très faible distorsion, peu d'interférences avec les radios et les équipements et un faible bruit. De plus, il dispose de fonctions de protection complètes et d’une efficacité globale élevée. Les inconvénients sont les suivants : le circuit est relativement complexe, nécessite une technologie de maintenance élevée et est coûteux.

La classification des trois types d'onduleurs ci-dessus est utile aux concepteurs et aux utilisateurs de systèmes photovoltaïques et de systèmes éoliens pour identifier et sélectionner les onduleurs. En fait, les onduleurs ayant la même forme d'onde présentent toujours de grandes différences dans les principes de circuit, les dispositifs utilisés, les méthodes de contrôle, etc.

Autres méthodes de classification

1. Selon la fréquence du courant alternatif de sortie, il peut être divisé en onduleur de fréquence de puissance, onduleur moyenne fréquence et onduleur haute fréquence. La fréquence du variateur de fréquence électrique est de 50 à 60 Hz ; la fréquence de l'onduleur moyenne fréquence est généralement de 400 Hz à plus de dix kHz ; la fréquence de l'onduleur haute fréquence est généralement supérieure à dix kHz en MHz.

2. Selon le nombre de phases produites par l'onduleur, il peut être divisé en onduleur monophasé, onduleur triphasé et onduleur multiphasé.

3. Selon la destination de la puissance de sortie de l'onduleur, il peut être divisé en onduleur actif et onduleur passif. Tout onduleur qui transmet l'énergie électrique produite par l'onduleur au réseau électrique industriel est appelé onduleur actif ; tout onduleur qui transmet l’énergie électrique produite par l’onduleur à une charge électrique est appelé onduleur passif. appareil.

4. Selon la forme du circuit principal de l'onduleur, il peut être divisé en onduleur asymétrique, onduleur push-pull, onduleur demi-pont et onduleur pont complet.

5. Selon le type de dispositif de commutation principal de l'onduleur, il peut être divisé en onduleur à thyristor, onduleur à transistor, onduleur à effet de champ et onduleur à transistor bipolaire à grille isolée (IGBT). Il peut être divisé en deux catégories : onduleur « semi-contrôlé » et onduleur « entièrement contrôlé ». Le premier n'a pas la capacité de s'éteindre automatiquement et le composant perd sa fonction de contrôle après sa mise sous tension, il est donc appelé « semi-contrôlé » et les thyristors ordinaires entrent dans cette catégorie ; ce dernier a la capacité de s'éteindre automatiquement, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de dispositif. L'allumage et l'extinction peuvent être contrôlés par l'électrode de commande, c'est pourquoi on l'appelle "type entièrement contrôlé". Les transistors à effet de champ de puissance et les transistors bi-puissance à grille isolée (IGBT) appartiennent tous à cette catégorie.

6. Selon l'alimentation CC, il peut être divisé en onduleur de source de tension (VSI) et onduleur de source de courant (CSI). Dans le premier cas, la tension continue est presque constante et la tension de sortie est une onde carrée alternative ; dans ce dernier cas, le courant continu est presque constant et le courant de sortie est une onde carrée alternative.

7. Selon la méthode de contrôle de l'onduleur, il peut être divisé en onduleur à modulation de fréquence (PFM) et en onduleur à modulation de largeur d'impulsion (PWM).

8. Selon le mode de fonctionnement du circuit de commutation de l'onduleur, il peut être divisé en onduleur résonant, onduleur à commutation dure à fréquence fixe et onduleur à commutation douce à fréquence fixe.

9. Selon la méthode de commutation de l'onduleur, il peut être divisé en onduleur à commutation de charge et onduleur à commutation automatique.

Paramètres de performance:

Il existe de nombreux paramètres et conditions techniques qui décrivent les performances d'un onduleur. Nous ne donnons ici qu'une brève explication des paramètres techniques couramment utilisés lors de l'évaluation des onduleurs.

1. Conditions environnementales pour l'utilisation de l'onduleur. Conditions normales d'utilisation de l'onduleur : l'altitude ne dépasse pas 1000 m et la température de l'air est de 0 ~ + 40 ℃.

2. Conditions d'alimentation en entrée CC, plage de fluctuation de la tension CC d'entrée : ± 15 % de la valeur de tension nominale de la batterie.

3. Tension de sortie nominale, dans la plage de fluctuation autorisée spécifiée de la tension CC d'entrée, elle représente la valeur de tension nominale que l'onduleur doit être capable de produire. La précision stable de la valeur de tension nominale de sortie comporte généralement les dispositions suivantes :

(1) Pendant le fonctionnement en régime permanent, la plage de fluctuation de tension doit être limitée, par exemple, son écart ne doit pas dépasser ±3 % ou ±5 % de la valeur nominale.

(2) Dans les situations dynamiques où la charge change soudainement ou est affectée par d'autres facteurs d'interférence, l'écart de tension de sortie ne doit pas dépasser ± 8 % ou ± 10 % de la valeur nominale.

4. Fréquence de sortie nominale, la fréquence de la tension alternative de sortie de l'onduleur doit être une valeur relativement stable, généralement la fréquence d'alimentation de 50 Hz. L'écart doit être compris entre ± 1 % dans des conditions de travail normales.

5. Le courant de sortie nominal (ou capacité de sortie nominale) indique le courant de sortie nominal de l'onduleur dans la plage de facteur de puissance de charge spécifiée. Certains produits d'onduleurs donnent une capacité de sortie nominale, exprimée en VA ou en kVA. La capacité nominale de l'onduleur est lorsque le facteur de puissance de sortie est de 1 (c'est-à-dire une charge purement résistive), la tension de sortie nominale est le produit du courant de sortie nominal.

6. Efficacité de sortie nominale. L'efficacité de l'onduleur est le rapport entre sa puissance de sortie et sa puissance d'entrée dans des conditions de fonctionnement spécifiées, exprimé en %. L'efficacité de l'onduleur à la capacité de sortie nominale est une efficacité à pleine charge, et l'efficacité à 10 % de la capacité de sortie nominale est une efficacité à faible charge.

7. Le contenu harmonique maximum de l'onduleur. Pour un onduleur sinusoïdal, sous charge résistive, le contenu harmonique maximum de la tension de sortie doit être ≤ 10 %.

8. La capacité de surcharge de l'onduleur fait référence à la capacité de l'onduleur à produire plus que la valeur du courant nominal sur une courte période de temps dans des conditions spécifiées. La capacité de surcharge de l'onduleur doit répondre à certaines exigences sous le facteur de puissance de charge spécifié.

9. L'efficacité de l'onduleur est le rapport entre la puissance active de sortie de l'onduleur et la puissance active d'entrée (ou puissance CC) sous la tension de sortie nominale, le courant de sortie et le facteur de puissance de charge spécifié.

10. Le facteur de puissance de charge représente la capacité de l'onduleur à supporter des charges inductives ou capacitives. Dans des conditions d'onde sinusoïdale, le facteur de puissance de charge est de 0,7 à 0,9 (décalage) et la valeur nominale est de 0,9.

11. Asymétrie de charge. Sous une charge asymétrique de 10 %, l'asymétrie de la tension de sortie d'un onduleur triphasé à fréquence fixe doit être ≤ 10 %.

12. Déséquilibre de tension de sortie. Dans des conditions normales de fonctionnement, le déséquilibre de tension triphasée (rapport entre la composante inverse et la composante directe) produit par l'onduleur ne doit pas dépasser une valeur spécifiée, généralement exprimée en %, telle que 5 % ou 8 %.

13. Caractéristiques de démarrage : dans des conditions de fonctionnement normales, l'onduleur doit pouvoir démarrer normalement 5 fois de suite dans des conditions de fonctionnement à pleine charge et à vide.

14. Fonctions de protection, l'onduleur doit être configuré : protection contre les courts-circuits, protection contre les surintensités, protection contre les surchauffes, protection contre les surtensions, protection contre les sous-tensions et protection contre les pertes de phase. Parmi eux, la protection contre les surtensions signifie que pour les onduleurs sans mesures de stabilisation de tension, il doit y avoir des mesures de protection contre les surtensions de sortie pour protéger la borne négative des dommages causés par une surtension de sortie. La protection contre les surintensités fait référence à la protection contre les surintensités de l'onduleur, qui doit être capable de garantir une action rapide lorsque la charge est court-circuitée ou que le courant dépasse la valeur admissible pour le protéger des dommages causés par un courant de surtension.

15. Interférence et anti-interférence, l'onduleur doit être capable de résister aux interférences électromagnétiques dans l'environnement général dans des conditions de travail normales spécifiées. Les performances anti-interférences et la compatibilité électromagnétique de l'onduleur doivent être conformes aux normes en vigueur.

16. Les onduleurs qui ne sont pas fréquemment utilisés, surveillés et entretenus doivent être ≤95 dB ; les onduleurs fréquemment utilisés, surveillés et entretenus doivent être ≤80 dB.

17. Affichage, l'onduleur doit être équipé d'un affichage des données de paramètres tels que la tension de sortie CA, le courant de sortie et la fréquence de sortie, ainsi que d'un affichage du signal de l'état d'entrée en direct, sous tension et de défaut.

18. Fonction de communication. La fonction de communication à distance permet aux utilisateurs de vérifier l'état de fonctionnement de la machine et les données stockées sans se rendre sur site.

19. La distorsion de la forme d'onde de la tension de sortie. Lorsque la tension de sortie de l'onduleur est sinusoïdale, la distorsion maximale autorisée de la forme d'onde (ou le contenu harmonique) doit être spécifiée. Habituellement exprimée comme la distorsion totale de la forme d'onde de la tension de sortie, sa valeur ne doit pas dépasser 5 % (10 % sont autorisés pour une sortie monophasée).

20. Caractéristiques de démarrage, qui caractérisent la capacité de l'onduleur à démarrer en charge et ses performances en fonctionnement dynamique. L'onduleur doit garantir un démarrage fiable sous charge nominale.

21. Bruit. Les transformateurs, les inductances de filtre, les commutateurs électromagnétiques, les ventilateurs et autres composants des équipements électroniques de puissance produisent tous du bruit. Lorsque l'onduleur fonctionne normalement, son bruit ne doit pas dépasser 80 dB et le bruit d'un petit onduleur ne doit pas dépasser 65 dB.

Caractéristiques de la batterie :

batterie photovoltaïque

Pour développer un système d’onduleur solaire, il est important de comprendre d’abord les différentes caractéristiques des cellules solaires (cellules PV). Rp et Rs sont des résistances parasites, respectivement infinies et nulles dans des circonstances idéales.

L'intensité lumineuse et la température peuvent affecter de manière significative les caractéristiques de fonctionnement des cellules photovoltaïques. Le courant est proportionnel à l'intensité lumineuse, mais les changements de lumière ont peu d'effet sur la tension de fonctionnement. Cependant, la tension de fonctionnement est affectée par la température. Une augmentation de la température de la batterie réduit la tension de fonctionnement mais a peu d'effet sur le courant généré. La figure ci-dessous illustre les effets de la température et de la lumière sur les modules PV.

Les changements d’intensité lumineuse ont un impact plus important sur la puissance de sortie de la batterie que les changements de température. Cela est vrai pour tous les matériaux photovoltaïques couramment utilisés. Une conséquence importante de la combinaison de ces deux effets est que la puissance d’une cellule photovoltaïque diminue avec la diminution de l’intensité lumineuse et/ou l’augmentation de la température.

Point de puissance maximale (MPP)

Les cellules solaires peuvent fonctionner sur une large plage de tensions et de courants. Le MPP est déterminé en augmentant continuellement la charge résistive sur la cellule éclairée de zéro (événement de court-circuit) à une valeur très élevée (événement de circuit ouvert). MPP est le point de fonctionnement auquel V x I atteint sa valeur maximale et à cette intensité d'éclairage, la puissance maximale peut être atteinte. La puissance de sortie lorsqu'un événement de court-circuit (tension PV est égale à zéro) ou de circuit ouvert (courant PV est égal à zéro) se produit est nulle.

Les cellules solaires en silicium monocristallin de haute qualité produisent une tension en circuit ouvert de 0,60 volts à une température de 25°C. En plein soleil et avec une température de l'air de 25 °C, la température d'une cellule donnée peut être proche de 45 °C, ce qui réduira la tension en circuit ouvert à environ 0,55 V. À mesure que la température augmente, la tension en circuit ouvert continue de diminuer jusqu'à ce que le module PV court-circuite.

La puissance maximale à une température de batterie de 45 °C est généralement produite à 80 % de tension en circuit ouvert et à 90 % de courant de court-circuit. Le courant de court-circuit de la batterie est presque proportionnel à l'éclairage, et la tension en circuit ouvert ne peut diminuer que de 10 % lorsque l'éclairage est réduit de 80 %. Les batteries de qualité inférieure réduiront la tension plus rapidement lorsque le courant augmente, réduisant ainsi la puissance disponible. La production est passée de 70% à 50%, voire seulement 25%.

Le micro-onduleur solaire doit garantir que les modules photovoltaïques fonctionnent au MPP à tout moment afin qu'un maximum d'énergie puisse être obtenu à partir des modules photovoltaïques. Ceci peut être réalisé en utilisant une boucle de contrôle du point de puissance maximale, également connue sous le nom de Suivi du point de puissance maximale (MPPT). Pour obtenir un taux élevé de suivi MPP, il faut également que l'ondulation de la tension de sortie PV soit suffisamment petite pour que le courant PV ne change pas trop lors d'un fonctionnement proche du point de puissance maximale.

La plage de tension MPP des modules PV peut généralement être définie entre 25 V et 45 V, avec une production d'énergie d'environ 250 W et une tension en circuit ouvert inférieure à 50 V.

Utilisation et entretien :

utiliser

1. Connectez et installez l'équipement en stricte conformité avec les exigences des instructions d'utilisation et de maintenance de l'onduleur. Lors de l'installation, vous devez vérifier soigneusement : si le diamètre du fil répond aux exigences ; si les composants et les bornes sont desserrés pendant le transport ; si les pièces isolées sont bien isolées ; si la mise à la terre du système est conforme à la réglementation.

2. L'onduleur doit être utilisé et utilisé en stricte conformité avec les instructions d'utilisation et d'entretien. En particulier : avant d'allumer la machine, faites attention à savoir si la tension d'entrée est normale ; pendant le fonctionnement, faites attention à savoir si la séquence d'allumage et d'extinction de la machine est correcte et si les indications de chaque compteur et voyant sont normales.

3. Les onduleurs disposent généralement d'une protection automatique contre les coupures de circuit, les surintensités, les surtensions, les surchauffes et autres éléments. Ainsi, lorsque ces phénomènes se produisent, il n'est pas nécessaire de les arrêter manuellement ; les points de protection de la protection automatique sont généralement réglés en usine, et il n'est pas nécessaire de les ajuster à nouveau.

4. Il y a une haute tension dans l’armoire de l’onduleur. Les opérateurs ne sont généralement pas autorisés à ouvrir la porte de l'armoire et celle-ci doit être verrouillée en temps normal.

5. Lorsque la température ambiante dépasse 30 °C, des mesures de dissipation thermique et de refroidissement doivent être prises pour éviter toute panne de l'équipement et prolonger la durée de vie de l'équipement.

Entretien et inspection

1. Vérifiez régulièrement si le câblage de chaque partie de l'onduleur est ferme et s'il y a du jeu. En particulier, le ventilateur, le module d'alimentation, la borne d'entrée, la borne de sortie et la mise à la terre doivent être soigneusement vérifiés.

2. Une fois l'alarme éteinte, elle n'est pas autorisée à démarrer immédiatement. La cause doit être trouvée et réparée avant le démarrage. L'inspection doit être effectuée en stricte conformité avec les étapes spécifiées dans le manuel de maintenance de l'onduleur.

3. Les opérateurs doivent recevoir une formation spéciale et être capables de déterminer les causes des défauts généraux et de les éliminer, par exemple en remplaçant habilement les fusibles, les composants et les circuits imprimés endommagés. Le personnel non formé n'est pas autorisé à utiliser l'équipement.

4. Si un accident difficile à éliminer se produit ou si la cause de l'accident n'est pas claire, des enregistrements détaillés de l'accident doivent être conservés et le fabricant de l'onduleur doit être informé en temps opportun pour une résolution.