Qu’est-ce qu’un onduleur photovoltaïque ?

Avant d’expliquer comment fonctionne un onduleur, 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 boîtier qui est composé de plusieurs câbles, interrupteurs et de transistors de puissance.

Vous ne savez pas ce que c’est un transistor 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 plus poussée, vous pouvez m'écrire en commentaire.
L’univers de l’électronique de puissance, c’est très intéressant mais pas toujours très abordable.

En bref, ce boîtier 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’appareil convertit le courant continu, produit par les capteurs solaires, en courant alternatif. C’est essentiel, puisque tous nos appareils ne fonctionnent qu’avec ce courant.

Le rôle de votre onduleur solaire est de convertir l'énergie.
Schéma récapitulatif du rôle de l’onduleur

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, 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 ce courant sont plus simple à réaliser.

Voilà pourquoi cet appareil 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. Il est bien plus utile que ça. Comment ?
Eh bien il cherche le meilleur point de fonctionnement de l’installation solaire.

Je m’explique.
Un système solaire produit du courant, 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, 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 modules produisent un maximum et que la puissance est elle aussi au maximum c’est ce qu’on appelle : le meilleur point de fonctionnement.

Calculez le point de puissance maximale de votre installation solaire
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’appareil cherche la meilleure puissance que peut délivrer un panneau solaire. Une fois qu’il a défini 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 convertir le courant électrique et qu’il recherche la meilleure optimisation pour votre installation solaire.

Pourquoi ce boîtier 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 cet appareil et vous ne pourrez donc pas consommer l’énergie qu’ils produisent. Si l’onduleur est en panne c’est toute votre production qui s’arrête, dans ce cas il faut vite procéder au dépannage de l’onduleur.

Mais, ce n’est pas tout.

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

On doit donc ajouter à ses fonctions un rôle de protection, en effet il déjoue les surtensions.

Comment fonctionne un onduleur photovoltaïque ?

Vous connaissez son rôle, de quoi il est composé, maintenant comment est-ce que l’onduleur 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 des capteurs solaires, le courant passe dans un circuit placé à l’intérieur du boîtier. Nous allons voir le montage le plus simple qui est utilisé dans le domaine du solaire.

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

Le circuit électrique de l'onduleur photovoltaïque est en pont en H.
Schéma électrique d’un circuit en pont.

Ces 4 dipôles sont câblées en 4 nœuds qu’on appelle A, B, C et D. (Un nœud 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.)

À l’inverse un redresseur transforme un courant alternatif en continu.

Si vous voulez en savoir plus sur la conversion 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 ce boîtier, il nous reste quelques petits détails à voir. Ce qui suit vous aidera à comprendre comment l’appareil interagit avec le reste de la centrale solaire.

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. Cette puissance est exprimée en Volt/Ampère ou en Watt.

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

La capacité de surcharge de l’onduleur solaire

Dès lors que vous avez compris ce qu’est la puissance nominale de l’appareil, 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 le boîtier. Mais tout est étudié pour le faire fonctionner sans qu’il grille.

Pour qu’il puisse convertir ce courant plus élevé, il possède une capacité de surcharge.

Certains appareils demandent plus d’électricité que d’autres 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.

La connexion wifi

Pour surveiller la production il existe maintenant des applications de suivi. Si ce suivi est possible c’est parce que votre production est connectée.

La plupart des boîtiers sont reliés à la box wifi. Pour cela il suffit que les ondes émises par votre box arrivent jusqu’à votre boîtier.

Celui-ci est ensuite paramétré pour se positionner sur la même fréquence que celle de votre box internet.

Ce type de configuration n’est pas toujours assuré lors de la mise en place de votre matériel. C’est à vous de rentrer dans les paramètres du boîtier et de le connecter.
Vous devez voir votre réseau apparaître sur l’écran de votre appareil.

Il est possible que vous rencontriez des problèmes de connexion avec l’onduleur.

Dans ce cas je vous conseille de vérifier le mode de sécurité de votre connexion internet, il est peut-être trop élevé.

Fonctionnement des différents onduleurs photovoltaïques

Ce que nous avons vu ensemble représente le fonctionnement 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 boîtier gère toute l’installation, il convertit le courant délivré par tous les panneaux photovoltaïques.

Le fonctionnement d'un onduleur centrale vous est expliqué par Nouvel'R Énergie.
Exemple d’onduleur central

Le fonctionnement d’un onduleur hybride

Ici le fonctionnement est plus complet, l’onduleur hybride est un boîtier 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 modules produisent plus d’énergie qu’à 8h.

Les systèmes solaires sont de nos jours en grande majorité dédiés 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.

Afin de maximiser son taux d’autoconsommation il est recommandé d’utiliser un système de stockage d’énergie (avec une batterie).
Pour ce type de consommation l’onduleur hybride est grandement recommandé, et voici pourquoi.

Il est capable de décider si la production doit être injectée dans le réseau ou stockée dans une batterie pour être utilisée plus tard.
Si le foyer alimenté possède un groupe électrogène le boîtier 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.

Le fonctionnement de l'onduleur hybride est différent de celui d'un onduleur classique.
Exemple d’un onduleur hybride

Le fonctionnement d’un micro-onduleur

Sur une installation, 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).

Les panneaux solaires branchés en série n'ont pas besoin de micro-onduleurs.
Schéma d’un branchement en série

Si le même boîtier convertit l’énergie de chaque chaîne, le rendement global dépend du fonctionnement de chaque capteur.
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 fonctionnement de base est le même mais les micro-onduleurs sont placés sous chaque capteur.

C’est utile lorsqu’il y a des zones d’ombre sur les modules par exemple. Les modules qui produisent moins ne perturbent pas le reste de la chaîne, puisqu’ils ont chacun leur convertisseur d’énergie.

Le fonctionnement d’un onduleur de chaîne

On reste sur le même principe que le micro-onduleur. Ce n’est pas un boîtier pour chaque panneau, mais un appareil 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 solaire.

Vous savez maintenant que ce convertisseur d’énergie fonctionne grâce à un assemblage électronique plus ou moins complexe. C’est un petit bijou de la technologie.

On comprend mieux pourquoi il est essentiel au bon fonctionnement d’une installation solaire.

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.

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