Un onduleur est un appareil qui convertit le courant continu d'un système de production d'énergie photovoltaïque en courant alternatif. La puissance de sortie des onduleurs se décline généralement en différentes capacités, telles que 5 kW, 50 kW, 500 kW, etc. La quantité de modules photovoltaïques est déterminée en fonction de la capacité de l'onduleur. Par exemple, un onduleur de 1 kW peut connecter 6-8 panneaux photovoltaïques d'environ 100 watts, et cette combinaison permet d'obtenir une utilisation maximale de l'énergie. De même, pour un système photovoltaïque de 350 kW, 5-7 onduleurs sont généralement nécessaires ; En supposant que nous utilisons chaque onduleur avec une puissance nominale de 50 kW, nous aurions besoin d'au moins 7 onduleurs pour atteindre une production d'énergie de 350 kW. Nous devons également considérer la relation entre le nombre d'onduleurs et l'efficacité de fonctionnement, ainsi que le niveau de difficulté des opérateurs et des techniciens pour ces appareils. Trop peu d'onduleurs peuvent facilement conduire à des pannes ponctuelles, tandis qu'un trop grand nombre d'onduleurs peut également entraîner des difficultés de maintenance et des coûts élevés.
Les onduleurs photovoltaïques peuvent être classés dans les types suivants selon différentes méthodes de classification :
Onduleur hors réseau :également connu sous le nom d'onduleur indépendant. Il peut alimenter la charge de manière indépendante sans être affecté par le réseau électrique ou d’autres sources. Utilisé dans des systèmes indépendants, le générateur photovoltaïque charge la batterie et l'onduleur utilise la tension continue de la batterie comme source d'énergie.
Onduleur connecté au réseau :Les onduleurs connectés au réseau peuvent fournir de l'énergie CA depuis les dispositifs de stockage vers les charges CA et fournir une puissance supplémentaire au réseau. La tension de sortie de l'onduleur peut être renvoyée vers une source d'alimentation CA commerciale, de sorte que l'onde sinusoïdale de sortie doit être dans la même phase, fréquence et tension que la source d'alimentation.
Onduleur double crête :également connu sous le nom d'onduleur de batterie de secours. Un onduleur spécial qui utilise une batterie comme source d'alimentation, couplée à un chargeur de batterie pour charger la batterie. S'il y a trop de puissance, elle sera rechargée sur la source d'alimentation CA. Les onduleurs à double crête peuvent fonctionner à la fois comme onduleurs connectés au réseau et hors réseau.
Onduleur de source de tension (VSI) :L'entrée de l'onduleur est une source de tension continue constante. Convient aux occasions qui nécessitent une sortie de tension stable, telles que l'entraînement moteur.
Onduleur de source de courant (CSI) :L'entrée de l'onduleur est une source de courant continu constant. Adapté aux situations de changements de charge importants, il peut fournir une sortie de courant stable.
Onduleur monophasé :convertit l'entrée CC en sortie monophasée. La tension et le courant de sortie d'un onduleur monophasé n'ont qu'une seule phase, avec une fréquence nominale de 50 Hz ou 60 Hz. Couramment utilisé dans les scénarios de faible charge tels que les appareils électroménagers et les petits appareils.
Onduleur triphasé :convertit le courant continu en alimentation triphasée. Une alimentation triphasée fournit trois courants alternatifs qui se croisent et sont uniformément séparés. Les trois ondes générées à l'extrémité de sortie ont la même amplitude et la même fréquence. Convient aux applications à charge élevée telles que les équipements industriels et les gros moteurs.
Onduleur à commutation de ligne :La tension de ligne du circuit CA de l'onduleur peut être obtenue via l'appareil. Lorsque le courant dans le SCR présente des caractéristiques nulles, l'appareil est éteint. Convient aux situations qui nécessitent un contrôle précis du courant.
Onduleur à commutation forcée :Dans ce type de commutation, il n’y aura pas de point zéro dans l’alimentation. Par conséquent, certaines ressources externes sont nécessaires pour rectifier le périphérique. Convient aux situations nécessitant un contrôle externe.
Onduleur série :La charge est directement connectée en série à l'alimentation CC à l'aide de thyristors. Convient aux situations où une connexion directe en série des charges est requise.
Onduleur parallèle :La conduction et la désactivation des thyristors sont contrôlées par des condensateurs de commutation connectés entre eux. En état de fonctionnement, le condensateur est connecté en parallèle à la charge via un transformateur. Convient aux situations où des charges parallèles sont requises.
Onduleur demi-pont :nécessite deux interrupteurs électroniques pour fonctionner. Les commutateurs peuvent être des MOSFET, des IJBT, des BJT ou des thyristors. Convient aux applications de petite et moyenne puissance.
Onduleur en pont complet :Un onduleur monophasé en pont complet dispose de quatre commutateurs contrôlés utilisés pour contrôler la direction du flux de courant dans la charge. Ce pont dispose de 4 diodes de rétroaction qui peuvent renvoyer l'énergie stockée dans la charge vers l'alimentation. Convient aux applications à haute puissance.
Onduleur en pont triphasé :Les charges industrielles et autres charges lourdes nécessitent une alimentation triphasée.
Onduleur à onde carrée :L'onduleur le plus simple qui convertit le courant continu en courant alternatif, mais la forme d'onde de sortie n'est pas une onde sinusoïdale pure, elle n'a qu'une onde carrée à l'extrémité de sortie.
Onduleur quasi sinusoïdal :un onduleur à onde sinusoïdale modifiée avec des ondes sinusoïdales échelonnées.
Onduleur à onde sinusoïdale pure :L'onduleur à onde sinusoïdale pure convertit le courant continu en courant alternatif sinusoïdal presque pur, et la forme d'onde de sortie est beaucoup plus fluide que les onduleurs à onde carrée et quasi sinusoïdale.
Onduleur à deux niveaux :Un onduleur à deux niveaux possède deux niveaux de sortie, avec des tensions de sortie positives et négatives alternées à la fréquence fondamentale.
Onduleur multi-niveaux :Un onduleur à plusieurs niveaux convertit un signal CC en une forme d'onde échelonnée à plusieurs niveaux, et la forme d'onde de sortie de l'onduleur à plusieurs niveaux n'est pas une alternance directement positive et négative, mais une alternance à plusieurs niveaux.
S'ils sont classés selon la méthode de connexion entre les modules photovoltaïques et les onduleurs, ils peuvent être divisés en onduleurs centralisés et onduleurs string.
Comparaison de trois principaux types d'onduleurs
| Projet | Onduleur centralisé | Onduleur de chaîne | Micro-onduleur |
| Centrale électrique centralisée à grande échelle | En vigueur | En vigueur | Inapplicable |
| Centrale électrique distribuée sur toit industrielle et commerciale à grande échelle | En vigueur | En vigueur | Inapplicable |
| Centrales électriques distribuées sur toit industrielles et commerciales de petite et moyenne taille | Inapplicable | En vigueur | En vigueur |
| Centrale électrique distribuée sur toit à usage domestique | Inapplicable | En vigueur | En vigueur |
| Le suivi de la puissance maximale correspond au nombre de composants | Un grand nombre de chaînes | 1-4 ensembles de chaînes | Chaîne unique |
| Plage de tension de suivi de puissance maximale | Étroit | Large | Large |
| Efficacité de la production d’énergie du système | Général | Haut | Le plus haut |
| Occupation du terrain d’installation | Besoin d'une salle informatique indépendante | Pas besoin | Pas besoin |
| Installation extérieure | Non autorisé | Autorisé | Autorisé |
| Maintenabilité | Général | Entretien facile | Difficile à entretenir |
| Comparez les projets | Onduleur de chaîne 80KW | Onduleur centralisé 500KW |
| Boîte de combinaison | Pas besoin de boîtier de combinaison, l'entrée CC est subdivisée dans chaque chaîne | Besoin de 12 boîtiers de combinaison pour une convergence centralisée |
| Câblage CC | Câblage simple côté DC, connexion au réseau distribuée sur site ; Câble DC court, faible coût | Le câblage côté DC est relativement complexe et présente une longue distance. Si nécessaire, plusieurs niveaux de jeux de barres doivent être installés, ce qui entraîne des coûts relativement élevés |
| Câblage CA | La distance de connexion du câble côté CA est longue et chaque onduleur nécessite un disjoncteur CA, qui peut être connecté au réseau localement ou via une convergence CA. | La distance entre le côté CA et le transformateur est très courte, la perte de ligne est faible et le câblage CA est simple et rentable. |
| Tension de sortie | Sortie triphasée AC 400 V, peut être connectée au réseau basse tension DC sans avoir besoin de transformateurs d'isolation. | Sortie triphasée AC 315V, le raccordement au réseau nécessite l'ajout d'un transformateur d'isolement 400V |
| Niveau de protection | Niveau de protection IP65, peut être installé à l'extérieur et à proximité des composants. | Le niveau de protection est IP20, installé à l'intérieur ou construit à l'extérieur |
| Méthode de refroidissement | Refroidissement par air intelligent | Le refroidissement par air forcé nécessite des conduits d'air à haut débit |
| Plage de tension de fonctionnement | Tension MPPT à large plage, 200-850 V, capable de générer de l'électricité même par temps de faible luminosité, comme les jours de pluie. | La plage MPPT est de 500-820 V et la plage de production d'électricité est relativement étroite. |
| Efficacité | L'efficacité la plus élevée est de 99 % et l'efficacité globale est de 98,65 % | L'efficacité maximale d'un transformateur sans isolation est de 98,0 %, avec un rendement global de 97,5 %. L'efficacité maximale d'un transformateur avec isolation est de 97,0 %, avec un rendement global de 96,5 % |
| Qualité de l'énergie | THD à unité unique<3%, total THD of 20 units together exceeds 5%. No isolation transformer, high DC component | THD simple<3%, parallel connection of two units is about 3%, and there is no DC component when an isolation transformer is added |
| Régulation du réseau électrique | Doté d'un passage à basse tension, d'un réglage du facteur de puissance et d'un enregistrement des défauts du réseau électrique | Il existe une fonction de passage à basse tension et le réseau électrique peut ajuster le facteur de puissance. Les fonctions de puissance active et réactive sont relativement faibles |
| Canaux MPPT | 1 onduleur avec 6 canaux MPPT, projet de 1 MW avec 72 canaux MPPT, présente des avantages sous plusieurs angles | Deux canaux MPPT génèrent une puissance élevée dans les zones plates et dégagées |
| Sécurité | Sans disjoncteurs DC et disjoncteurs AC, la sécurité est légèrement inférieure | Il existe des disjoncteurs CC et des disjoncteurs CA qui peuvent être déconnectés en fonction de différentes conditions de défaut, avec une bonne sécurité |
| Nombre | Capacité du système | Sélection de l'onduleur | Description |
| 1 | En dessous de 400KW | Onduleur de chaîne | Pour les systèmes inférieurs à 400 kW, la différence de coût entre les onduleurs string et les onduleurs centralisés n'est pas significative, mais les onduleurs string génèrent 5 à 10 % d'électricité en plus. |
| 2 | 400KW à 2MW | Onduleur de chaîne | Pour les systèmes compris entre 400 kW et 2 MW, le coût des onduleurs de chaîne est 5 % plus élevé que celui des onduleurs centralisés, mais la production d'énergie des onduleurs de chaîne est de 5 % à 10 % plus élevée. Le chiffre d'affaires total du système d'onduleur de chaîne est bon |
| 3 | 2MW à 6MW | Les onduleurs centralisés sont utilisés pour les centrales électriques au sol avec un ensoleillement uniforme, et les onduleurs de type chaîne sont utilisés pour les toits. | Sélectionnez en fonction du site d'installation réel |
| 4 | Au-dessus de 6 MW | Onduleur centralisé | Les onduleurs centralisés peuvent répondre aux exigences du réseau électrique |
Onduleur centralisé :Il est utilisé pour convertir le courant continu de plusieurs chaînes photovoltaïques en un total et convient aux grandes centrales photovoltaïques, telles que les grandes usines, les centrales électriques du désert, les centrales électriques au sol, etc. Ses caractéristiques comprennent : une puissance élevée, avec un seul capacité généralement supérieure à 500KW, adaptée aux grandes centrales photovoltaïques. Qualité de puissance élevée, faible contenu harmonique, qualité de puissance élevée, fonctions de protection complètes et sécurité élevée. Gestion pratique, avec un petit nombre d'onduleurs, facile à gérer, peu de composants et une bonne stabilité. Les principaux inconvénients sont les suivants : la plage de tension MPPT est étroite et la configuration des composants n'est pas flexible ; Besoin d'une salle informatique dédiée, l'installation n'est pas flexible ; L'autoconsommation d'énergie, la ventilation et la dissipation thermique dans la salle informatique consomment beaucoup d'électricité.
Onduleur string :Il est utilisé pour inverser la puissance CC de chaque chaîne photovoltaïque séparément et convient aux systèmes photovoltaïques de petite et moyenne taille, aux systèmes de production d'énergie photovoltaïque sur toit de petite et moyenne taille et aux petites centrales électriques au sol. Ses caractéristiques incluent : une faible puissance, avec une puissance individuelle généralement inférieure à 100 kW, mais avec le progrès technologique, une puissance actuellement plus mature peut atteindre 350 kW. Configuration flexible des composants, large plage de tension MPPT, configuration des composants plus flexible, adaptée à diverses conditions d'éclairage. Efficacité de production d'énergie élevée, non affectée par les différences de modules et l'ombrage entre les chaînes, maximisant la production d'énergie. Petite taille, faible encombrement, pas besoin de salle informatique dédiée, installation flexible. Maintenance facile : faible consommation d'énergie propre, impact minimal des défauts et maintenance pratique. La relation entre la tension de l'onduleur et la configuration de la quantité de composants doit commencer par le principe de l'onduleur et être discutée comme suit :
Un onduleur string doit augmenter et stabiliser la tension CC à une certaine valeur (c'est ce qu'on appelle la tension du bus CC) avant de pouvoir être convertie en alimentation CA. Sortie 230 V CA, avec une tension de bus CC d'environ 360 V ; Sortie 400 V CA, avec une tension du bus CC d'environ 600 V ; Sortie 500 V CA, avec une tension de bus CC d'environ 750 V ; Sortie 540 V AC, avec une tension de bus DC d'environ 800 V. Mais la tension série des composants n'est généralement pas si élevée et doit être ajustée par le circuit. Les onduleurs utilisent généralement le PWM pour s'ajuster, et il existe un terme appelé rapport cyclique, qui est égal à la tension série des composants/tension du bus CC. Le cycle de service est étroitement lié à l’efficacité. Plus le rapport cyclique est grand, plus la différence de tension est faible et plus le rendement est élevé. En maîtrisant ce secret, il n'est pas nécessaire de calculer des formules complexes pour faire correspondre les composants avec les onduleurs. Essayez de faire correspondre la tension de chaîne autour de la tension de fonctionnement nominale de l'onduleur pour une efficacité maximale, et elle ne dépassera pas la tension maximale à des températures extrêmement basses. Pendant le fonctionnement, il se situera également dans la plage de tension MPPT à pleine charge, ce qui est absolument simple et pratique. En prenant comme exemple un module monocristallin de 450 W, avec une tension de fonctionnement de 41 V, un onduleur monophasé de 220 V, une tension nominale d'entrée de 360 V et la meilleure configuration avec 9 modules ; Un onduleur triphasé de sortie 400 V avec une tension d'entrée nominale de 600 V, équipé de préférence de 15 composants.