Synthèse des architectures de centrales photovoltaïques existantes 139

Les installations solaires connectées au réseau peuvent se différencier, l’une de l’autre, en fonction du mode de connexion des générateurs photovoltaïques et de l’étage de conversion inséré entre la source solaire et le réseau. Ainsi nous pouvons recenser quatre principales familles qui sont nommées communément :

- centralized technology,

- string technology,

- multi-string technology,

- AC module technology.

Le choix du mode de connexion est principalement lié à la taille et à la puissance photovoltaïque installée. La figure 5.12 représente les différentes topologies de connexion d’une installation solaire connectée au réseau [66].

a) Famille d’onduleurs dite « Centralized technology »

Pour la famille des onduleurs « centralisés » qui représentent des organes de conversion

de forte puissance (figure 5.12.a), les modules PV produisant l’énergie électrique en entrée

doivent être assemblés sous forme de chaînes de tension élevée entre 300 et 600 V (string), correspondant à l’association en série de n modules PV commerciaux. Ces chaînes sont

ensuite connectées en parallèle pour augmenter le courant d’entrée. Comme il a été précisé en début de ce manuscrit, des diodes by-pass et anti-retour sont ajoutées pour assurer que ces chaînes fonctionnent en toute sécurité. Ce type de technologie de conversion est couramment utilisé pour des applications de forte puissance et pour des connexions au réseau électrique triphasé. Jusqu’au début des années 90, ce type de structure était utilisé avec ou sans la présence d’une commande MPPT. Ces étages de conversion étaient robustes mais avaient pour principal inconvénient d’avoir un rendement de conversion de l’onduleur faible (la plupart du temps inférieur à 70-80 %). En effet, les étages de conversion sont dimensionnés pour ne pas être détérioré lors du transfert de puissance maximale. Dans le cas des applications PV, les générateurs fonctionnent rarement à ces points nominaux comme démontrer à partir du rendement européen. De plus, lorsqu’un ou plusieurs générateurs PV sont partiellement ombrés ou présentent un défaut de fonctionnement quelconque, l’ensemble d’une chaîne est souvent non opérationnelle entraînant une forte perte de production. Pour ces

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raisons, d’autres structures de plus petites puissances ont été créées. La plus proche des onduleurs centralisés ne possède qu’une seule chaîne de modules PV à son entrée et est nommée communément « string technology ».

Figure 5.12 : Différentes architectures de centrales photovoltaïques, centralized technology (a), string technology (b), multi string technology (c), AC-module technology (d).

b) Famille d’onduleurs dite « String technology » :

La topologie d’onduleurs faisant partie des « string technology » correspond à la

connexion d’une seule chaîne de modules PV en série en entrée de l’onduleur. Ce dernier est doté d’une commande MPPT (figure 5.12.b). Par rapport au cas précédent, la recherche du PPM est considérablement améliorée du fait de la présence d’une seule chaîne PV. De plus,

Centralized technology AC DC String diodes PV modules Réseau triphasé String technology Réseau monophasé ou triphasé Multi-string technology AC DC AC DC DC DC DC DC DC AC _AC DC Réseau monophasé AC-module technology a) b) c) d) Réseau monophasé

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cette configuration permet de s’affranchir de la diode anti-retour réduisant ainsi les pertes en conduction de cette dernière qui fonctionne en permanence dans un système à plusieurs chaînes en parallèles.

Un autre avantage réside dans une meilleure robustesse de l’installation due à la redondance des onduleurs par rapport à la topologie « centralized technology ». En effet, dans

le premier cas, si la défaillance d’un onduleur centralisé engendre son arrêt, globalement, la production PV doit également être arrêtée. Pour la configuration « string technology », une

partie seulement de la production PV est perdue et non la totalité. Cet avantage a un surcoût au niveau de l’installation due à l’augmentation du nombre de convertisseurs de puissance. Ainsi, ce type d’architecture est essentiellement utilisé pour des connexions au réseau électrique monophasé faisant appel à des GPV répartis sur une grande surface, typiquement à l’échelle d’un quartier.

Ces deux topologies doivent être généralement surdimensionnées au niveau du nombre de panneaux photovoltaïques connectés en série par rapport à l’application pour garantir, lors de la mise en court-circuit par une ou plusieurs diodes by-pass d’un panneau PV, une tension continue à l’entrée assez élevée afin que l’onduleur maintienne le transfert de puissance.

c) Onduleur de type Multi-string technology:

L’étage d’adaptation est, pour la technologie « multi-string » (figure 5.12.c), composé

de deux convertisseurs de puissance en cascade. Le premier réalisé à partir d’un convertisseur continu-continu a pour fonction d’élever la tension en entrée de l’onduleur et de rechercher, grâce à une commande MPPT, la puissance maximale que peut fournir la chaîne de cellules PV en son entrée (string). A la sortie de ce premier étage d’adaptation, la puissance est convertie au moyen d’un onduleur de tension afin de la réinjecter au réseau en respectant les normes d’injection de chaque pays. La présence du convertisseur DC-DC apporte, par rapport aux autres structures, un degré de liberté intéressant lorsque la tension d’entrée de l’onduleur chute. En effet, la mise en conduction d’une diode by-pass est dans ce cas là, directement compensée par une adaptation du rapport cyclique du C.S, pour garantir un fonctionnement optimal de l’onduleur. Cette architecture, de par l’exploitation individuelle et optimale de chaque string accepte la mise en parallèle de plusieurs chaînes et peut être connecté à des réseaux électriques monophasé ou triphasé.

d) Onduleur de type AC-module:

Dans cette architecture, le module photovoltaïque est directement connecté à un onduleur possédant sa propre commande MPPT (figure 5.12.d), on ne parle alors plus de chaînes PV. Ce type de connexion permet d’optimiser au maximum le GPV et affiche des rendements de conversion élevés. Le principal inconvénient de cette architecture réside sur la difficulté d’élever la tension pour permettre la réinjection au réseau monophasé. La taille réduite des onduleurs facilite l’extension et la modularité de l’installation. Reste encore un bémol de taille, c’est le surcoût des étages de conversion qui, si l’installation est de forte puissance, est encore trop important.

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