Dimensionnement de l’onduleur

On peut penser, en première analyse, qu’il suffit de connecter une puissance du champ PV égale à la puissance maximale de l’ondu-leur. Dans la réalité, c’est la démarche la plus suivie. Mais nous allons voir que ce n’est pas la meilleure.

Nous avons vu au chapitre 4 que l’efficacité d’un onduleur est maxi-male aux environs de la moitié de sa puissance nominale, et qu’elle décroît lorsque la puissance diminue. Il est donc déconseillé d’utili-ser un onduleur surdimensionné par rapport à la puissance effective du champ, car il travaillera plus souvent dans la partie du coude d’effi-cacité.

Par contre, on peut se demander quelle est la puissance optimale du champ pour un onduleur donné.

• Il faut d’abord se rappeler que la puissance nominale de l’ondu-leur est habituellement exprimée en termes de puissance de sor-tie : la puissance maximale correspondante du champ sera donc : PDCMax= 1 /ε^.PACMax

(où ε= efficacité), soit environ 10 % supérieure.

• D’autre part, la puissance maximale DC ne doit pas être confondue avec la puissance nominale du champ, définie pour les conditions standard. La puissance maximale que l’on peut tirer du champ est liée à l’ensoleillement dans le plan considéré et à la température du champ dans les conditions d’irradiation maximum. Elle n’est pas définie a priori, on peut recourir au logiciel PVSYST pour la déterminer précisément : les figures 9.12 et 9.13 montrent les distributions de puissance d’un champ de 3.18 kWp, pour un plan 30° sud et pour une façade sud, correspondant aux conditions météorologiques de la figure 4.4.

Eviter l'utilisation d'un onduleur surdimensionné

La puissance maximale du champ est le plus souvent inférieure à la puissance nominale installée

Dans la mesure où l’appareil supporte des surpuissances tempo-raires (ce qui et normal : il doit comporter les sécurités nécessaires !), on peut admettre que la puissance maximale du champ à 30° est de 3 kW environ, alors qu’elle ne dépasse pas 2.4 kW en façade.

Enfin, la puissance réelle aux conditions standard est le plus souvent inférieure à la puissance nominale spécifiée par le fabricant. Ce défaut de performances est difficile à intégrer dans le dimensionne-ment, car inconnu avant la commande. Néanmoins, on peut tabler sur une perte située habituellement entre 5 et 12 %.

Ainsi, la puissance optimale du champ sera supérieure à la puissance nominale de l’onduleur, pour les deux raisons suivantes :

– une raison physique : en augmentant la puissance du champ, on travaille plus haut dans la région du coude et le rendement global augmente jusqu’à être compensé par les pertes aux hautes puissances. La perte au seuil est moins marquée avec les onduleurs les plus modernes, qui présentent de bonnes performances aux faibles puissances ;

Figure 9.12 Distribution de puissance au MPP pour un champ de 3.18 kW à 30° sud

Figure 9.13 Distribution de puissance au MPP pour le même champ en façade sud

60 panneaux, plan 30° sud Valeurs du 1/1/92 au 31/12/92

PNom 3.18 kWp

Puissance du champ au MPP [kW]

Puissance du champ au MPP [kW]

PNom = 3.18 kWp

Puissance du champ au MPP [kW]

Energie par bin

Valeurs du 1/1/92 au 31/12/92

Energie par bin [kWh]

– et surtout une raison économique : le prix de l’onduleur étant fixé, son coût relatif dans l’installation diminue lorsqu’on augmente la puissance de capteurs.

Mais les optimisations sont liées à une caractéristique essentielle des onduleurs : au-delà de la puissance maximale, certains modèles limi-tent leur puissance à la puissance nominale en déplaçant le point de fonctionnement sur la caractéristique I / V du champ, alors que d’autres comportent des sécurités qui coupent purement et simple-ment la production (parfois jusqu’au lendemain matin…). Le surdi-mensionnement est évidemment beaucoup plus délicat avec les appareils à coupure. Heureusement, les appareils modernes sont maintenant équipés de dispositifs à limitation.

L’optimisation de la dimension du champ (exprimée en puissance nominale fabricant), en fonction de celle de l’onduleur, a été très soi-gneusement étudiée dans [1] et [2]. La figure 9.14 montre l’énergie qu’on peut obtenir, en surdimensionnant le champ, pour 3 cas de figure. Si le système à coupure chute fortement à partir de 110 %, les systèmes à limitation restent beaucoup plus stables.

Figure 9.14 Energie selon le

surdimensionnement du champ, pour des plans orientés au sud

EAC annuelle [kWh /

PNom champ / PNom onduleur [%]

kWp]

500 600 700 800 900 1000 1100

80 100 120 140 160 180 200 220

Limitation, 30° Coupure, 30° Limit. façade

Pour les mêmes cas, la figure 9.15 indique le prix du kWh, calculé avec PVSYST en utilisant les hypothèses économiques de l’étude [2] : – coût de construction fixe (onduleur 7500 FS, frais d’installation,

raccordement, etc. 1500 FS) ;

– coûts proportionnels à la puissance installée : capteurs 9 FS / Wp, supports, montage 2 FS / Wp ;

– crédit 6.5 %, amortissement sur 20 ans ; – frais d’entretien 200 FS / an.

Utiliser un onduleur «à limitation» lorsque le champ est surdimensionné

Conformément aux conclusions de cette étude, on constate qu’un onduleur à coupure peut supporter un champ (orienté sud 30°) sur-dimensionné de 120 %, mais surtout que l’optimum avec un ondu-leur à limitation est beaucoup moins marqué, aux environs de 140 % à 150 %. Pour une façade sud, cet optimum est repoussé au-delà de 200 % !

Ces résultats ne tiennent pas compte du défaut de caractéristiques par rapport aux spécifications du fabricant, qui augmente encore ces optimums d’un facteur 5 à 12 %.

Avec la baisse des coûts proportionnels (prix des capteurs), les opti-mums obtenus ci-dessus seront encore plus élevés.

D’autre part, il faut bien faire attention que ces résultats sont établis pour le climat du Plateau suisse. Dans des conditions différentes (montagne par exemple), il peut être nécessaire de réétudier l’opti-misation à l’aide de PVSYST.

9.3 Contrôles à la réception de