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Le Fonctionnement d’un Onduleur Photovoltaïque

Le plus grand mystère de l’énergie solaire c’est lui, l’onduleur photovoltaïque.
Que se passe-t-il dans ce petit boitier ?
Quel est son rôle ?
Pourquoi en a-t-on besoin ?
Est-il si important pour assurer le fonctionnement d’une installation photovoltaïque ?
Vous allez enfin connaître les réponses à toutes ces questions. Vous n’avez qu’une seule chose à faire, lire ce guide.

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Qu’est ce qu’un onduleur photovoltaïque ?

Avant d’expliquer comment l’onduleur fonctionne, nous allons d’abord identifier l’objet.

Composition d’un onduleur photovoltaïque

Un onduleur photovoltaïque (ou onduleur solaire on peut dire les deux), c’est un appareil électronique. Un petit boitier qui est composé de plusieurs câbles, interrupteurs et de transistors de puissance.
Vous ne savez pas ce que c’est un transistors de puissance ? Je suis là pour vous l’expliquer.

Le transistor de puissance

Pour sortir du jargon scientifique, c’est un élément qui contrôle un courant électrique ou une tension (en l’expliquant très simplement).
Si vous voulez une explication un peu moins simple mais plus poussée, je vous conseille de lire des contenus plus précis.
L’univers de l’électronique de puissance, c’est très intéressant mais pas toujours très abordable.

En bref, l’onduleur est un joli petit assemblage de composantes électroniques. À quoi peut-il bien servir ? On voit ça tout de suite.

Quel est le rôle de l’onduleur solaire ?

À présent nous savons qu’il a un rapport avec le courant électrique. On devine mieux le rôle qu’il joue dans une installation photovoltaïque.

L’onduleur, un convertisseur d’énergie

L’onduleur convertit le courant continu, produit par les panneaux solaires, en courant alternatif. C’est essentiel, puisque tous nos appareils électriques ne fonctionnent qu’avec le courant alternatif.

Petit rappel sur le courant électrique pour les amateurs d’électricité, (pour celles et ceux que ça n’intéresse pas on se retrouve un peu plus bas.)

Le courant continu, c’est comme son nom l’indique un courant constant.

Dans ce courant électrique, Les électrons se déplacent toujours dans le même sens, d’une borne positive vers une borne négative et vice et versa.
Alors qu’un courant alternatif, lui, va changer de sens.
Mais pourquoi utilise-t-on l’un plutôt que l’autre ? Tout simplement parce que les générateurs de courant alternatif sont plus simple à réaliser.

Voilà pourquoi l’onduleur doit convertir le courant continu en courant alternatif.

Le point de puissance maximale

La mission de l’onduleur ne s’arrête pas à la conversion du courant électrique. Il est bien plus utile que ça. Comment ? Et bien il cherche le meilleur point de fonctionnement de l’installation photovoltaïque.

Je m’explique.
Une installation solaire produit du courant électrique, jusqu’ici rien de bien compliqué. Cette installation fournit une puissance, (juste pour préciser : la puissance c’est le produit de la tension et du courant). Toujours rien de compliqué.

Cette puissance qui est délivrée par les panneaux solaires, varie, ce n’est pas toujours la même. Pour tout vous dire elle varie en fonction de l’ensoleillement et de la température extérieure.
Lorsque les panneaux produisent un maximum et que la puissance est elle aussi au maximum c’est ce qu’on appel : le meilleur point de fonctionnement.

Exemple des courbes de calcul d’un meilleur point de fonctionnement
auteur de cette courbe : ZyMOS

Je ne vous ai pas perdu(e) ?

Pour résumer simplement, l’onduleur cherche la meilleure puissance que peut délivrer un panneau solaire. Une fois qu’il a définit cette puissance, c’est à lui d’ajuster la puissance qu’il injecte dans le réseau électrique de la maison. Comme celle-ci change en fonction du temps qu’il fait dehors, son boulot c’est de la trouver et de s’y adapter.

Voilà vous savez que le fonctionnement de l’onduleur se résume à convertire le courant électrique et qu’il recherche la meilleure optimisation pour votre installation solaire.

Pourquoi ce boitier et les panneaux solaires sont indissociables

Si vous avez tout bien suivi jusqu’ici inutile de vous le dire, l’onduleur est indispensable

Votre installation de panneaux solaires ne pourra pas fonctionner sans l’onduleur et vous ne pourrez donc pas consommer l’énergie qu’ils produisent.

Mais, ce n’est pas tout.

Comme nous l’avons vu il est obligatoire pour utiliser l’électricité solaire, il est aussi là pour sécuriser tout le système photovoltaïque.

On doit donc ajouter ajouter aux fonctions de l’onduleur un rôle de “garde fou” de votre installation photovoltaïque, car il protège l’installation des surtensions.

Comment fonctionne un onduleur photovoltaïque ?

Vous connaissez son rôle, de quoi il est composé, maintenant comment est-ce que tout l’onduleur photovoltaïque fonctionne ?

Je vous préviens la suite de ce guide devient plus technique, mais je vais essayer de tout simplifier au maximum.

Le circuit électronique de l’onduleur solaire

Pour convertir l’énergie électrique des panneaux solaires, le courant passe dans un circuit placé à l’intérieur du boîtier. Nous allons voir le montage électrique le plus simple qui est utilisé dans le domaine du photovoltaïque.

Voici la structure du circuit, elle est en pont (vous pouvez visualiser cette structure sur le schéma ci-dessous). Cela signifie que le montage comprend 4 dipôles (une dipôle c’est un élément électrique qui comprend deux bornes, comme une pile électrique par exemple).

Ces 4 dipôles sont câblées en 4 noeuds qu’on appelle A, B, C et D. (Un noeud c’est un point de connexion entre deux câbles.)
Entre A et C circule la tension d’entrée et entre B et D circule la tension de sortie.

C’est à l’intérieur de ce schéma que le courant continu est converti en courant alternatif. Cette conversion se fait par un jeu de commutation commandée.
(La commutation c’est le transfert du courant. C’est ce qui permet à l’énergie de circuler entre sa source d’entrée et sa source de sortie.)

Si vous voulez en savoir plus sur la conversion de l’électricité je vous conseille de lire des contenus plus pointus. Je ne suis malheureusement pas spécialisé en électronique de puissance.

Les détails plus techniques

Maintenant que l’on sait (à peu près) comment fonctionne l’onduleur solaire, il nous reste quelques petits détails à voir. Ce qui suit vous aidera à comprendre comment l’onduleur interagit avec le reste de la centrale photovoltaïque.

La puissance nominale de l’onduleur photovoltaïque

Si vous voulez devenir un producteur d’énergie solaire, ou si vous vous intéressez au photovoltaïque, vous avez sûrement entendu parler de la “puissance nominale“.

Je vous explique ce que c’est et pourquoi on en parle.
La puissance nominale du boîtier c’est tout simplement la puissance qu’il est capable de délivrer dans le réseau électrique. Cette puissance est exprimée en Volt/Ampère ou en Watt.

Il faut que la puissance nominale de l’onduleur soit en adéquation avec les besoins électriques du foyer à alimenter en énergie photovoltaïque.
Cette puissance nominale est importante à prendre en compte pour assurer le fonctionnement de l’onduleur photovoltaïque.

La capacité de surcharge de l’onduleur solaire

Dès lors que vous avez compris ce qu’est la puissance nominale de l’onduleur, vous allez très vite comprendre ce qu’est la “capacité de surcharge“. Vous l’avez d’ailleurs peut-être déjà déduit vous-même.

Lorsque l’on allume un appareil électrique le courant se déclenche. C’est ce que l’on nomme un courant d’appel.

Ce courant d’appel est plus élevé que le courant que doit convertir l’onduleur. Mais tout est étudié pour fonctionner sans faire griller le boîtier. Pour qu’il puisse convertir ce courant plus élevé, l’onduleur possède une capacité de surcharge.

Certains appareils demandent plus d’électricité que d’autre pour démarrer. C’est pour cela que la capacité de surcharge est importante. Grâce à cette fonctionnalité, vous pouvez par exemple faire tourner une machine à laver avec l’énergie produite par vos panneaux photovoltaïques.

Juste pour préciser, cette capacité est deux fois supérieure à sa puissance nominale, donc pas d’inquiétude.

Voilà vous savez tout sur la capacité de surcharge.

Fonctionnement des différents onduleurs photovoltaïques

Ce que nous avons vu ensemble représente le principe de base. Mais je ne vous cache pas qu’il existe beaucoup de versions différentes.
Voici quelques exemples, je vous ai sélectionné les onduleurs les plus utilisés.

Le fonctionnement d’un onduleur centralisé

Nous commençons avec le plus simple, il assure la conversion d’électricité. Un seul boitier gère toute l’installation, il convertit le courant délivré par tous les panneaux photovoltaïques.

Exemple d’onduleur centrale

Le fonctionnement d’un onduleur hybride

Ici le principe de fonctionnement est plus complet, l’onduleur hybride est un onduleur intelligent. Je vous explique pourquoi.

Vous l’avez compris, la production des panneaux solaires ne peut pas être la même durant toute la journée. À 14h les panneaux produisent plus d’énergie photovoltaïque qu’à 8h.

Les installation solaires sont de nos jours en grande majorité dédiées à l’autoconsommation.

Pour rappel, l’autoconsommation c’est le fait de consommer l’énergie au moment où elle est produite. C’est ce qui s’oppose à la revente d’électricité, dans ce cas l’énergie n’est pas utilisée par le producteur.

Pour l’autoconsommation l’onduleur hybride est grandement recommandé, et voici pourquoi.

Il est capable de décider si l’électricité doit être injectée dans le réseau ou stockée dans des batteries solaires pour être utilisée plus tard.
Si le foyer alimenté possède un groupe électrogène l’onduleur peut y être connecté. En cas de coupure de courant il sera également capable d’assurer une alimentation de secours.

En plus du fonctionnement de base que nous avons vu ensemble, cet appareil est doté d’une intelligence interne.

Exemple d’un onduleur hybride

Le fonctionnement d’un micro-onduleur

Sur une installation photovoltaïque, les panneaux sont reliés entre eux en série, ce qui forme une chaîne de panneau. Un seul système possède parfois plusieurs chaînes de panneaux (je vous ai fait un petit schéma pour que ce soit plus clair).

Si le même onduleur convertit l’énergie de chaque chaîne, le rendement global dépend du fonctionnement de chaque panneaux.
En bref, si l’un des panneaux ne produit pas, ou produit moins, la production totale sera perturbée.

C’est pourquoi il existe des micros onduleurs, le principe est le même qu’un onduleur de base mais les micro-onduleurs sont placés sous chaque panneaux. On peut dire que ce sont des minis onduleurs.

C’est utile lorsque il y a des zones d’ombre sur l’installation par exemple. Les panneaux qui produisent moins ne perturbe pas le reste de la chaîne, puisqu’ils ont chacun leur onduleur.

Exemple d’un micro-onduleur

Le fonctionnement d’un onduleur de chaîne

On reste sur le même principe que le micro-onduleur. Ce n’est pas un onduleur pour chaque panneau, mais un onduleur pour chaque chaîne de panneaux (d’où le nom “onduleur de chaîne“).

Même constat, si une chaîne de panneau ne produit pas normalement, les autres chaînes ne sont pas impactées.

Voilà pour ce qui était du fonctionnement des différents types d’onduleurs. Il en existe d’autres mais nous avons vu ensemble les plus utilisés.

Fonctionnement Onduleur Photovoltaïque : Conclusion

Ce guide est maintenant terminé, j’espère avoir levé le voile sur le mystérieux fonctionnement de l’onduleur photovoltaïque. Vous savez maintenant que ce convertisseur d’énergie fonctionne grâce à un assemblage électronique plus ou moins complexe. On comprend mieux pourquoi il est essentiel au bon fonctionnement d’une installation photovoltaïque.

Si vous avez des remarques à me faire ou des questions à me poser n’hésitez pas à laisser un commentaire. Je serais ravi de discuter avec vous.

Sommaire

1. Qu’est ce qu’un onduleur photovoltaïque ?

2. Quel est le rôle de l’onduleur solaire ?

3. Pourquoi ce boitier et les panneaux solaires sont indissociables

4. Comment fonctionne un onduleur photovoltaïque ?

5. Les détails plus techniques

6. Fonctionnement des différents onduleurs photovoltaïques

7. Fonctionnement Onduleur Photovoltaïque : Conclusion

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