Comment choisir son onduleur ?

[lr83]

EDIT : Refonte du premier post
Une version pdf est disponible la : [url=http://tinyurl.com/5lfwdt]http://tinyurl.com/5lfwdt[/url]

Afin de clarifier cette question qui ne cesse de revenir sur le forum, voila un petit resume de ce qu'il faut savoir.
Pour ce qui est de la theorie de fonctionnement de l'onduleur, je vous renvoie au document d'Hespul :
http://www.hespul.org/IMG/pdf/Synthese_Onduleur_version_lite.pdf

Ceci etant, l'onduleur doit a tout moment demander aux modules leur maximum de puissance. Pour cela, il deplace son point de fonctionnement en faisant varier la tension. Ce point de fonctionnement varie en permanence en fonction de la quantite de lumiere recue (irradiation), de la temperature, des ombres,

Voici deux exemples de caracteristique :
[img]http://lionel.reynaud.free.fr/BDPV/Images/PV_Caracteristique.gif[/img]
Caracteristique typique d'un module en fonction de l'irradiation et de la temperature

Le point rouge indique le point de fonctionnement optimal, c'est a dire le Point de Puissance Maximal (MPP, en anglais Maximal Power Point) : le module fourni 140Wc a 1000W/m2 et 25oC (conditions STC). La puissance diminue lorsque l'irradiation chute, de meme elle diminue quand la temperature augmente. On voit que la tension varie pour chaque courbe. On appelle Umpp la tension et Impp le courant en ce point. La puissance en ce point est notee Pmpp, c'est la puissance annoncee par le fabricant.

Deux autres points sont aussi important :
- le point d'intersection avec l'axe horizontal note Uoc, c'est a dire la tension en circuit ouvert
- le point d'intersection avec l'axe vertical note Icc, c'est a dire le courant de court circuit

Lorsque l'on branche des modules en serie, les tensions s'ajoutent (en parallele, ce sont les courants qui s'ajoutent). On comprend alors que cette tension finale, celle que verra l'onduleur, varie en permanence.
Mais la plage de tension d'un onduleur est limitee (on parle de MPPT, T pour Tracking en anglais), il est donc imperatif de s'assurer que la tension MPP de la string (plusieurs modules en serie) reste dans la plage de l'onduleur et ceci independamment de la temperature et de l'ensoleillement.
On doit egalement s'assurer que :
- Le courant maximal (Icc) de la string ne depasse pas la capacite de l'onduleur
- la tension a vide (Uoc) a basse temperature (a determiner suivant l'endroit) ne depasse pas la tension max de l'onduleur
- la tension mpp est proche de la tension de fonctionnement optimale de l'onduleur (ce n'est pas toujours facile a faire car cette information n'est pas toujours disponible)
- le rapport entre la puissance nominale DC de l'onduleur et la puissance du champ PV doit etre proche de 1 (soit 100%). On peut sous-dimensionner l'onduleur lorsque le champ PV est mal oriente et que l'on sait que l'on sera rarement dans les conditions STC.

Faut egalement savoir que l'onduleur ne fonctionne pas " au mieux " dans toute sa plage MPP. Suivant les fabricants, on a des comportements tres different. Le magazine " Photon International " a entrepris une etude de plusieurs modeles. Voila par exemple le genre de graphique que l'on obtient pour l'onduleur IG30 de Fronius :
[img]http://lionel.reynaud.free.fr/BDPV/Images/Fronius_IG_30.gif[/img]
Ce graphique montre enormement d'information :
- L'axe horizontal est gradue en pourcentage de la puissance nominale DC de l'onduleur (2,69kWc). Ainsi la valeur 100 correspond a une puissance recue de 2,69kWc. On voit que l'onduleur fonctionne jusqu'a 110% de sa puissance nominale
- L'axe vertical indique la plage de tension MPP de l'onduleur, ici de 150 a 397 Volt (le fabricant annonce 150 a 400V)
- Les couleurs du graphique indiquent les rendements de l'onduleur. On voit ainsi que son rendement optimal de 94% est obtenu dans une zone de forme patatoide. Le point optimal etant pour une tension de 280V et une charge de 85% de la puissance nominale (intersection des 2 droites bleu)
- La zone hachuree en haut (avec des ) correspond a une zone inaccessible si on utilise des modules de type " couche mince " compte tenu de la tension maximale admissible par l'onduleur (500V)
- Les petits graphiques a droite et en haut indiquent le rendement moyen en fonction de la tension et de la charge supportee par l'onduleur

Il est clair que plus on se rapproche de la zone des 94%, meilleur sera le rendement global de l'installation photovoltaique.


Regardons un autre onduleur, le Powador 2500xi de Kaco :
[img]http://lionel.reynaud.free.fr/BDPV/Images/Kaco%20Powador%202500xi.gif[/img]
On observe un graphique tres different et on comprend qu'il fonctionne mieux a faible tension. Chaque onduleur a donc un comportement tres different et ce genre de graphique n'est malheureusement pas disponible pour tous les modeles.

Cette analyse suppose que les conditions de fonctionnement pour l'onduleur sont optimales, c'est-a-dire qu'il n'a pas trop chaud ! Dans le cas ou l'onduleur est situe dans un local mal ventile, il aura tendance a reduire son rendement afin de limiter sa surchauffe.

On trouvera en fin de document une liste des logiciels de dimensionnement constructeur.

[mickm06]

Superbe morceau d'anthologie
Bravo et merci

[lr83]

Prenons un exemple concret : un champ de 14 modules Sanyo HIP-210NKHE1 de 210Wc, soit une installation de 2 940Wc.

Premier choix, l'onduleur Fronius IG 30. On aura 2 string de 7 modules, rapport DC ond/DC PV : 91,50%


Voila un petit diagramme qui resume les differents elements a considerer dans cette situation :
[img]http://lionel.reynaud.free.fr/BDPV/Images/Diag_FroniusIG30.GIF
- La zone jaune correspond a l'intervalle de tension dans laquelle l'onduleur recherche le point de puissance maximal (MPPT).
- La zone rose correspond a l'intervalle de tension maximale supportee par l'onduleur.
- Les barres horizontales indiquent les plages de tension generees par les modules en fonction de la temperature entre -10oC (point le plus a droite en bleu) et +70oC (point le plus a gauche en rouge). De haut en bas, les barres indiquent :
-- Uoc pour un ensoleillement de 100W/m2
-- Uoc pour un ensoleillement de 1000W/m2
-- Umpp pour un ensoleillement de 100W/m2
-- Umpp pour un ensoleillement de 1000W/m2
- La barre verticale noire indique la tension MPP dans les conditions STC.
- La barre horizontale jaune indique le courant maximal supporte par l'onduleur. La barre rouge se trouvant dessus indique le courant genere par les modules dans les conditions STC.
- La barre verticale rouge indique la tension de fonctionnement optimale de l'onduleur.

Sont indiquees en rouge les valeurs minimales des tensions MPP et en bleu les valeurs maximales des tensions en circuit ouvert a chaque fois pour une irradiation de 100 et 1000W/m2. En noir sont indiquees les tensions MPPT de l'onduleur et la tension MPP dans les conditions STC.

Apparemment les caracteristiques sont bonnes. Regardons maintenant ce qui se passe sur le graphique de fonctionnement :
[img]http://lionel.reynaud.free.fr/BDPV/Images/Sanyo_FroniusIG30.gif[/img]
La zone hachuree indique la plage de tension parcourue par le systeme en fonction de la temperature (de -10oC en bleu a 70oC en rouge) et de l'irradiation (de 1000W/m2 a 100W/m2 de droite a gauche) par pas de 50W. La ligne en vert est la ligne d'equi-temperature 25oC. Ainsi le point en vert le plus a droite correspond au point STC 1000W, 25oC.

On constate effectivement que l'on fonctionne pres de l'optimal de l'onduleur. Le rendement sera d'autant meilleur si on se trouve pres des 80% de la puissance nominale, donc sous un ensoleillement important.



Regardons maintenant ce qui se passe avec l'onduleur Powador 2500xi de Kaco. La configuration sera de 1 string de 14 modules, rapport DC ond/DC PV : 91,84%.

Le diagramme des caracteristiques :

Et le graphique de fonctionnement :
[img]http://lionel.reynaud.free.fr/BDPV/Images/Sanyo_Kaco2500xi.gif[/img]
Malgre le fait que l'on ait le meme rapport de puissance entre les 2 onduleurs (de l'ordre de 91%), il est clair que cet onduleur est nettement moins bien adapte.


Voila ce que l'on obtiendrait avec le Solarmax 3000S de Sputnik (ce modele n'a pas ete directement etudie par PI, mais on doit pouvoir extrapoler a partir du Solarmax 2000C qui a le meme type de circuit).
La configuration sera de 2 string de 7 modules, rapport DC ond/DC PV : 102,04%.


Le diagramme des caracteristiques :


Et le graphique de fonctionnement :
[img]http://lionel.reynaud.free.fr/BDPV/Images/Sanyo_Solarmax2000C.gif[/img]

Bien que " soit disant " surdimensionne, on constate que cet onduleur est parfaitement adapte a la situation presente.

[lr83]

Liste des logiciels de dimensionnement constructeur (MaJ fevrier 2010) :
SMA : Sunny Design V1.52 : http://download.sma.de/smaprosa/dateien/2830/SDesign_1-52_FR.exe
+ fichier meteo : http://download.sma.de/smaprosa/dateien/2830/SDesign_Western_Europe.EXE

Mastervolt : Mastervolt PV System Calculator : http://www.mastervolt.com/download.php?id=4420

Fronius : Fronius Solar.configurator V2.4.1 : http://www.fronius.com/cps/rde/xbcr/SID-8432C4DB-26907BF5/fronius_international/Fronius_Solar.configurator_2.4.1_Setup.exe

Diehl (Axun) : Axun Config V3 : http://www.axun-solar.com/upload/AXUN_Config_V3.zip

Sputnik : MaxDesign V3 : http://www.solarmax.com/uploads/downloads_ftp/MaxDesign%20Setup%203.0.0.18264.exe

Kaco : KACOCALC Pro V2.8.6 : http://www.kaco-newenergy.de/de/binary/1/external/page/download.xml?file=kcp_2_8_6.exe

Sunways : Sundim V5.16 : http://www.sunways.eu/static/sites/default/downloads/fr/produits/Sunways_Sundim_5.16_FR.zip

PowerOne : Aurora Designer V3.6.9 : http://www.power-one.com/resources/products/appnote/AlternativeEnergy/aurora__designer_v.3.6.9__excel2003.xls

Siemens : SITOPSolar : https://www.automation.siemens.com/sitop/solar/html_76/tools-downloads.htm

Kostal : PiKOplan V3.3.1 : http://www.kostal-solar-electric.com/download/PIKOplan_V3.3.1.xls

Kyocera : KC PV-System Designer : http://tinyurl.com/yaplfj7

Xantrex : Service en ligne : http://www.xantrex.com/support/gtsizing/disclaimer.asp?lang=eng

Riello : PVConfigurator V2.0.3 : http://extranet.riello-ups.com/areaftp/pvconfigurator/pvconfigurator-riello-2.0.3.zip
(a noter qu'il faut egalement installer le gestionnaire de base FireBird)

Ingeteam : Ingecon Sun Planner (en espagnol) : http://www.ingeteam.com/castellano/Contenido/referencias/nueva/IngeconSunPlanner.zip

Steca : StecaGrid Configurator 2.3 (Excel) : http://www.stecasolar.com/index.php?StecaGrid_Configurator_2_3_fr
StecaGrid Configurator 3.0 : http://www.stecasolar.com/index.php?StecaGrid_Configurator_3_fr

[Chajo]

Bonsoir,

Merci Ir83, ce fil devient un vrai tutoriel.
Je doute que tout le monde le comprenne, mais il constituera une reference pour aider les debutants.

Charles

[SHF]

Ir83, aussi mes felicitations, superbe, mise au point remarquable, claire, precise, ca aide... Ca merite vraiment un Post-it permanent sur le forum, a completer peut-etre par des informations de Crolles sur un sujet voisin, en le developpant et l'integrant en simple complement a tes infos sur les onduleurs (avec la permission de Crolles) :

Je cite la remarque pertinente de Crolles a propos de la mise en serie des panneaux : (cf un des sujets sur le forum) - ca n'a rien a voir avec les onduleurs, mais j'estime que c'est un complement interessant :

"Bonjour,
Contrairement a ce qui est affirme ici, ce n'est pas completement exact. Je m'explique :
Si vous mettez en serie les panneaux, on sait que le courant traversant les panneaux sera le meme. Par exemple, si vos panneaux font en nominal 230W avec un courant de 10A pour 23 V Et que vous en mettez 10 en serie, vous calculez un nominal a 2300W, avec ce courant de 10A.
Si vous avez un panneau qui fait en realite 218W, voici ce qui se passe :
1) 1ere hypothese : Ce panneau a un MPP a 10A et 21,8W. Il est facile de calculer que la tension mpp du string sera de 9x23V+21,8V soient 228,8V. Dans ce cas, la puissance du string est egal a la somme des puissances reelles. Soient 2280Wc et non pas 2180 !
2) 2eme hypothese : Ce panneau a un MPP a 9,48A et 23V. Dans ce cas, c'est le courant de ce panneau qui s'impose au string tout entier. Mais des lors que le courant baisse dans les 9 autres panneaux de 230W, leur tension augmente. Regardez les courbes I(V) des panneaux ! Comme de plus, le point 10A 23V est precisement le point MPP, l'hyperbole a P constante est tangeante a la caracteristique I(V) du panneau. En consequence, la tension augmente et compense presqu'exactement la perte de puissance due a la diminution du courant. Ainsi, au premier ordre (comme on dit), la puissance de ce panneau est et reste tres tres proche de 230W
3) La realite est entre les deux. Mais en conclusion :

La puissance d'un string est egale a la somme des puissance des panneaux qui le composent, ceci au premier ordre, c'est a dire a condition que la dispersion des panneaux reste faible (disons +/- 2.5%)
Cordialement"


Et, la, en la structurant bien, on a une info quasi totale sur le rendement du PV en fonction de l'interaction onduleur-panneaux et de leurs choix respectifs...

Mais, meme sans tout ca, mes felicitations, Ir83, et ce que tu viens d'expliquer se suffit a lui tout seul

[lr83]

Je me rends compte effectivement que cela devient un peu technique bien que j'ai essaye d'etre le plus simple possible. Les images sont la pour ca
Mon but est tout de meme de montrer que choisir un onduleur n'est pas une trivialite et que s'arreter juste a sa puissance est une grossiere erreur.

Pour le commentaire de Crolles qui est effectivement tres interessant cela merite encore d'y reflechir un peu. Son hypothese 1) me semble correcte, par contre l'hypothese 2) demande un peu plus de commentaire. Mais une chose est sure, la puissance finale n'est jamais la somme des puissances des modules meme en prenant les puissances flash.

[teddy]

Il faut retenir la remarque 3) de Crolles:

Citation:3) La realite est entre les deux

Je pense qu'il faut juste preciser que la tension et l'intensite d'un panneau ne sont pas fixes. Le point de fonctionnement depend de l'irradiation et de la temperature. Ensuite, avec ces donnees, le panneau a plusieurs points de fonctionnement possibles (ceux suivant la courbe I-V du panneau).

Si un second panneau n'a pas exactement la meme courbe (ce qui est a priori frequent, ne serait-ce que legerement), le point de recherche de fonctionnement va se "ballader" sur cette courbe (plus ou moins), avec des intensites de panneaux egales (en serie) et des tensions qui s'ajoutent. L'intensite est donc la meme sur les 2 panneaux, la tension non car les courbes sont differentes. Il existe un point ou la puissance est maximale qui correspond au point de meilleur fonctionnement.
Si l'intensite devait effectivement baisser de 10 A a 9.48 A dans les autres panneaux, la tension n'augmenterait pas tant que ca, vu que les courbes I-V ont une partie ou V est presque constant et une partie ou I est presque constant. On a donc quand meme des pertes si la difference est importante.

[ceji]

Bonsoir,
Deux questions, pour revenir au sujet initial, suite a l'excellente presentation d'lr83
1- Ou peut-on se procurer les graphes de caracteristiques des onduleurs faits par Photon International ( en plus de ceux publies dans une etude de l'Hepsul d'aout 2007)
2- Dans son document "Generateurs PV raccordes au reseau-specificationstechniques relatives a la protection des personnes et des biens" disponible ici [url=http://www2.ademe.fr/servlet/getBin?name=B2773E11F5F34A888E8FD39EC2A7AB591170860147412.pdf]http://www2.ademe.fr/servlet/getBin?name=B2773E11F5F34A888E8FD39EC2A7AB591170860147412.pdf[/url]
l'ademe recommande paragraphe 2.1.2: " tous les composants DC (donc pour moi la partie DC des onduleurs)seront calibres au minimum en tension Vco(stc)x1,15; en courant Icc(stc)x1,25" . Ce qui est me semble-t-il plus dur que la methode decrite.

lr83 a ecrit:...On doit egalement s'assurer que :
- Le courant maximal (Icc) de la string ne depasse pas la capacite de l'onduleur
- la tension a vide (Uoc) a basse temperature (a determiner suivant l'endroit) ne depasse pas la tension max de l'onduleur....
.

Que choisir? Ne faut-il pas ajouter un coef de securite?
CJ

[crolles]

teddy a ecrit:Il faut retenir la remarque 3) de Crolles:

Citation:3) La realite est entre les deux

Je pense qu'il faut juste preciser que la tension et l'intensite d'un panneau ne sont pas fixes. Le point de fonctionnement depend de l'irradiation et de la temperature. Ensuite, avec ces donnees, le panneau a plusieurs points de fonctionnement possibles (ceux suivant la courbe I-V du panneau).

Si un second panneau n'a pas exactement la meme courbe (ce qui est a priori frequent, ne serait-ce que legerement), le point de recherche de fonctionnement va se "ballader" sur cette courbe (plus ou moins), avec des intensites de panneaux egales (en serie) et des tensions qui s'ajoutent. L'intensite est donc la meme sur les 2 panneaux, la tension non car les courbes sont differentes. Il existe un point ou la puissance est maximale qui correspond au point de meilleur fonctionnement.
Si l'intensite devait effectivement baisser de 10 A a 9.48 A dans les autres panneaux, la tension n'augmenterait pas tant que ca, vu que les courbes I-V ont une partie ou V est presque constant et une partie ou I est presque constant. On a donc quand meme des pertes si la difference est importante.

C'est vrai I et V sont quasi constants, sauf justement au point de MPP. La, dans le coude de la courbe, I(V) est tangent a l'hyperbole d'equipuissance. Des lors un ecart du point de MPP donne une diminution de puissance du second ordre, cad que si on s'ecarte de x%, la puissance diminue comme -2x2; Par exemple, un ecart de 2% provoque une variation de puissance de -2(0.02)2 soient -0.08%.
Des ecarts plus important invalideraient le calcul. Mais pour de faibles ecarts, c'est OK

[lr83]

Pour Ceji :

1) Les graphes de PI ne sont pas accessibles directement, j'ai fait des scan des magazines
2) Vous avez entierement raison. Lors du dimensionnement j'applique les recommandations que vous citez. Elles correspondent a des conditions de temperature et d'irradiation plus severe : j'usqu'a -20oC ou Irradiation > 1100W/m2. D'un autre cote, faut quand meme etre raisonnable et tenir compte du lieu : on aura jamais -20o a Nice ni une irradiation de 1100W/m2 a Brest

Pour une discussion sur la puissance "reelle" d'une installation, j'ai cree un nouveau fil :
[url=http://forum-photovoltaique.fr/panneaux-f1/comment-avoir-la-vrai-puissance-de-son-install-t3355.htm#24410"][url=http://forum-photovoltaique.fr/panneaux-f1/comment-avoir-la-vrai-puissance-de-son-install-t3355.htm#24410]http://forum-photovoltaique.fr/panneaux-f1/comment-avoir-la-vrai-puissance-de-son-install-t3355.htm#24410[/url][/url]

[gptremblay]

Une courbe avec SMA prouverait la supprematie de ces onduleurs

[lr83]

gptremblay a ecrit:Une courbe avec SMA prouverait la supprematie de ces onduleurs

N'importe quoi Si vous aviez correctement lu la discussion, vous auriez compris que tout depend de la configuration que l'on a. Par ailleurs, en valeur absolu, l'onduleur de Refu a ete note meilleur par Photon International.

[calpas]

Bonjour,

Comment faites vous pour determiner les valeurs Umm et Immp sur les courbes d'irradiance inferieures a 1000Wc et sur les courbes en fonction de la temperature de jonction?

Cordialement

Pascal

[lr83]

Pour l'irradiance, c'est une simple relation de proportionalite, pour la temperature, on utilise les coefficients de temperature.

[billy83]

Le logiciel SMA : Sunny Design est interessant bien que moins complet que PVsyst, par contre il n'est pas a jour car ne comporte pas le modele SB 3000 TL.

Existe t il une version up to date?

Merci

[lr83]

Sunny Design contient le SB3000TL, il est meme en tete de liste. Pour XXXX, je sais pas.

[olab]

Il n'est pas dans XXXXXX mais il est tres facile de l'ajouter a partir des donnees constructeur !

[billy83]

Merci Ir83, il me bouchait la vue...
Par contre est optimiste : 4531 KWh/an pour mon 3KVc, puissance theorique disent ils

[Waff]

Salut,

juste un petit truc qui me surprend sur les calculs faits par lr83: les plages de tension Voc et Vmpp calculees sous une irradiance de 100 W/m2 me paraissent bien trop basses. Comment le calcul a-t-il ete mene?

La tension en circuit ouvert des modules Pb varient relativement peu avec l'ensoleillement, le decalage devrait etre beaucoup moins marque a mon sens.