Qu'est-ce qu'un onduleur?

L'onduleur est l'un des appareils les plus importants d'un système d'énergie solaire. C'est un appareil qui convertit le courant continu (CC) électricité produite par des panneaux solaires en courant alternatif (CA) électricité utilisée par le réseau. En courant continu, l'électricité maintient une tension constante dans une direction. En courant alternatif, le courant circule dans les deux sens dans le circuit lorsque la tension passe du positif au négatif. Les onduleurs ne sont qu'un exemple d'une classe d'appareils appelés électroniques de puissance qui régulent le flux d'électricité..

Fondamentalement, un onduleur effectue une conversion DC-AC en changeant très rapidement le sens de l'entrée DC d'avant en arrière. Par conséquent, l'entrée DC devient une sortie AC. En plus, des filtres et autres appareils électroniques peuvent être utilisés pour générer des, répétition des tensions sinusoïdales pouvant être injectées dans le réseau. Une onde sinusoïdale est une forme ou un motif que la tension développe au fil du temps., il s'agit d'un modèle d'électricité que le réseau peut utiliser sans endommager les équipements électriques conçus pour fonctionner à une fréquence et une tension spécifiques..

Les premiers onduleurs ont été créés au 19ème siècle et étaient mécaniques. Par exemple, un moteur rotatif serait utilisé pour changer continuellement si la source CC est connectée en avant ou en arrière. Aujourd'hui, nous fabriquons des commutateurs électroniques à partir de transistors, qui sont des dispositifs à semi-conducteurs sans pièces mobiles. Les transistors sont constitués de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium ou l'arséniure de gallium. Ils contrôlent le flux de courant en réponse à des signaux électriques externes.

UN 1909 500 kW Westinghouse "Rotary Converter", un premier type d'onduleur.

UN 1909 500 kW Westinghouse "Rotary Converter", un premier type d'onduleur. Illustration gracieuseté de Wikimédia.

Si vous possédez un système solaire domestique, votre onduleur peut remplir diverses fonctions. En plus de convertir l'énergie solaire en courant alternatif, il surveille le système et fournit une passerelle pour communiquer avec les réseaux informatiques. Les systèmes de stockage solaire plus batterie s'appuient sur des onduleurs avancés pour fonctionner sans aucune assistance du réseau en cas de panne de courant., s'ils sont conçus pour le faire.

Vers un réseau basé sur des onduleurs

Historiquement, l'électricité a été principalement produite en brûlant du combustible et en produisant de la vapeur, qui fait ensuite tourner un turbogénérateur, qui produit de l'électricité. Le mouvement de ces générateurs produit un courant alternatif lorsque l'appareil tourne, qui fixe également la fréquence, ou le nombre de fois où l'onde sinusoïdale se répète. La fréquence électrique est un indicateur important pour surveiller la santé du réseau électrique. Par exemple, s'il y a trop de charge (trop d'appareils consomment de l'énergie), l’énergie sera retirée du réseau plus rapidement qu’elle ne pourra être fournie. Par conséquent, la turbine va ralentir et la fréquence AC va diminuer. Parce que les turbines sont d'énormes objets en rotation, ils résistent aux changements de fréquence, comme tous les objets résistent aux changements de mouvement, une propriété appelée inertie.

Alors que de plus en plus de systèmes solaires sont ajoutés au réseau, il y a plus d'onduleurs connectés au réseau que jamais auparavant. La production d'électricité basée sur un onduleur peut produire de l'énergie à n'importe quelle fréquence et n'a pas les mêmes propriétés inertielles que la production d'électricité à base de vapeur., puisqu'aucune turbine n'est impliquée. Donc, la transition vers un réseau avec davantage d'onduleurs nécessite la construction d'onduleurs plus intelligents, capables de gérer les changements de fréquence et autres perturbations qui se produisent pendant le fonctionnement du réseau., et contribuer à stabiliser le réseau face à ces perturbations.

Services de réseau et onduleurs

Les opérateurs de réseau gèrent l'offre et la demande d'électricité dans le système électrique en fournissant une gamme de services de réseau.. Les services de réseau sont des activités réalisées par les opérateurs de réseau pour maintenir l'équilibre à l'échelle du système et mieux gérer le transport d'électricité..

Les onduleurs intelligents peuvent réagir de différentes manières lorsque le réseau cesse de fonctionner comme prévu, comme lorsqu'il y a un écart de tension ou de fréquence. En général, la norme pour les petits onduleurs (comme ceux connectés à un système solaire domestique) is to stay on or "ride through" lors de petites interruptions de tension ou de fréquence, et si l'interruption dure longtemps ou est plus importante que la normale, Ils se déconnecteront du réseau et s'arrêteront. La réponse en fréquence est particulièrement importante car les baisses de fréquence sont associées à des arrêts inattendus de la production d'électricité.. En réponse aux changements de fréquence, l'onduleur est configuré pour modifier sa puissance de sortie afin de restaurer la fréquence standard. Les ressources basées sur des onduleurs peuvent également répondre aux signaux des opérateurs pour modifier leur puissance de sortie à mesure que les autres offres et demandes dans le système électrique fluctuent., un service de réseau appelé contrôle automatique de la génération. Afin de fournir un service de réseau, l'onduleur doit avoir une puissance contrôlable. Cela peut être de la production d'électricité, comme les panneaux solaires qui produisent actuellement de l'électricité, ou stockage, comme un système de batterie qui peut être utilisé pour fournir de l'électricité précédemment stockée.

Un autre service au réseau que certains onduleurs avancés peuvent fournir est la connexion au réseau.. Si la grille échoue, l'onduleur connecté au réseau peut démarrer le réseau – un processus connu sous le nom de démarrage noir. Traditional "grid-following" les onduleurs nécessitent un signal externe du réseau pour déterminer le moment où la commutation se produit afin de générer une onde sinusoïdale qui peut être injectée dans le réseau. Dans ces systèmes, la puissance du réseau fournit le signal que l'onduleur essaie de faire correspondre. Des onduleurs connectés au réseau plus avancés peuvent générer leurs propres signaux. Par exemple, un petit réseau de panneaux solaires peut désigner l'un des onduleurs pour fonctionner en mode formation de réseau, pendant que les autres suivent son exemple, comme des partenaires de danse, pour former un réseau stable sans aucune génération de turbine .

La puissance réactive est l’un des services réseau les plus importants qu’un onduleur puisse fournir. Sur un réseau électrique, la tension - la force qui pousse la charge - bascule toujours d'avant en arrière, tout comme le courant - le mouvement de la charge. La puissance électrique est maximisée lorsque la tension et le courant sont synchronisés. Cependant, parfois la tension et le courant ont un délai entre leurs deux modes alternés, comme lorsqu'un moteur tourne. S'ils ne sont pas synchronisés, une partie de l’énergie circulant dans le circuit ne peut pas être absorbée par l’équipement connecté, entraînant une perte d’efficacité. More total power is required to produce the same amount of "real" pouvoir – la puissance que la charge peut absorber. Pour résoudre ce problème, les sociétés de services publics fournissent de la puissance réactive pour synchroniser la tension et le courant, faciliter la consommation d’électricité. Cette puissance réactive n'est pas utilisée seule, mais rend un autre pouvoir utile. Les onduleurs modernes peuvent à la fois fournir et absorber de la puissance réactive pour aider le réseau à équilibrer cette ressource importante.. En plus, les sources d'énergie distribuées telles que l'énergie solaire sur les toits sont des sources de puissance réactive particulièrement utiles car la puissance réactive est difficile à transmettre sur de longues distances.

Type d'onduleur

Il existe plusieurs types d'onduleurs qui peuvent être installés dans le cadre d'un système solaire.. Dans une grande centrale électrique ou un projet solaire communautaire de taille moyenne, chaque panneau solaire peut être connecté à un seul onduleur central. Les onduleurs string connectent un groupe de panneaux (une chaîne) à un onduleur. L'onduleur convertit la puissance générée par l'ensemble du string en courant alternatif. Bien que rentable, cette configuration peut entraîner une production d'énergie moindre sur la chaîne si des panneaux individuels rencontrent des problèmes tels que l'ombrage. Les micro-onduleurs sont de petits onduleurs placés sur chaque panneau. Pour micro-onduleurs, l'ombrage ou les dommages causés à un panneau n'affecteront pas la puissance qui peut être tirée des autres panneaux, mais les micro-onduleurs peuvent être plus chers. Les deux types d'onduleurs peuvent être assistés par un système qui contrôle la manière dont le système solaire interagit avec le stockage supplémentaire de la batterie.. L'énergie solaire peut être directement transmise en courant continu ou convertie en courant alternatif pour charger la batterie..