Onduleur hybride pour panneaux solaires : types, revue des meilleurs modèles + caractéristiques de connexion
Les systèmes d'alimentation électrique utilisant simultanément l'alimentation électrique traditionnelle et l'électricité solaire constituent une solution économiquement rationnelle pour les ménages privés, les villages de chalets et de vacances et les locaux industriels.
Un élément indispensable du complexe est un onduleur hybride pour panneaux solaires, qui détermine les modes d'alimentation en tension, garantissant ainsi le fonctionnement ininterrompu et efficace du système solaire.
Pour que le système fonctionne efficacement, vous devez non seulement choisir le modèle optimal, mais également le connecter correctement. Et nous verrons comment procéder dans notre article. Nous examinerons également les types de convertisseurs existants et les meilleures offres sur le marché aujourd'hui.
Le contenu de l'article :
Évaluation des capacités d'un onduleur hybride
L’utilisation de l’énergie solaire renouvelable en combinaison avec une alimentation électrique centralisée présente de nombreux avantages. Le fonctionnement normal du système solaire est assuré par le fonctionnement coordonné de ses principaux modèles : panneaux solaires, contrôleur de charge, la batterie, ainsi que l'un des éléments clés - l'onduleur.
L'onduleur du système solaire est un dispositif permettant de convertir le courant continu (DC) provenant des panneaux photovoltaïques en électricité alternative. C'est sur un courant de 220 V que fonctionnent les appareils électroménagers. Sans onduleur, la production d’énergie n’a aucun sens.
Il est préférable d'évaluer les capacités d'un modèle hybride par rapport aux caractéristiques de fonctionnement de ses concurrents les plus proches - les « convertisseurs » autonomes et en réseau.
Convertisseur de type de réseau
L'appareil fonctionne sur la charge du réseau électrique général. La sortie du convertisseur est connectée aux consommateurs d'électricité, au réseau AC.
Le schéma est simple, mais présente plusieurs limites :
- fonctionnement lorsque l'alimentation CA est disponible sur le réseau ;
- La tension du secteur doit être relativement stable et comprise dans la plage de fonctionnement du convertisseur.
Cette variété est très demandée dans les foyers privés avec un tarif « vert » en vigueur pour l'électrification.
Version autonome de l'appareil
L'appareil est alimenté par batterie, qui reçoit la charge des panneaux solaires via un contrôleur MPPT.Le système utilise différents types de batteries, notamment des batteries au lithium de haute technologie.
Au «remplissage» maximum du dispositif de stockage, l'excès d'électricité est transféré à l'entrée de l'onduleur dont la sortie est connectée aux consommateurs finaux du courant alternatif.
En cas d'activité solaire insuffisante, l'énergie est extraite des batteries et subit une « conversion » via un onduleur de tension.
Caractéristiques de l'installation autonome :
- possibilité de fonctionnement indépendant en l'absence de courant alternatif secteur ;
- certains modèles prennent en charge le tarif de rachat ;
- L'efficacité des installations est de 90 à 93 %.
Pour assurer l'autonomie absolue d'un objet, des précisions calcul de la puissance des panneaux solaires et une capacité de batterie suffisante.
Type d'onduleur hybride
Le modèle diffère des appareils décrits ci-dessus par son « architecture » de fabrication particulière. Un circuit électrique spécial est prévu à l'intérieur, ce qui lui permet de fonctionner en parallèle avec une source de courant (réseau, générateur) en mode convertisseur.
En même temps, la charge est alimentée par le réseau central et panneaux solaires, avec priorité donnée au fournisseur DC.
Les avantages compétitifs résident dans la polyvalence des onduleurs hybrides :
- Filet - une sorte de batterie de grande capacité avec un rendement de 100 %.Tout surplus généré par les plaques photovoltaïques peut être redirigé vers le réseau central moyennant un tarif « vert ».
- Assurer une alimentation électrique ininterrompue. Lorsque l'alimentation principale est coupée, le système passe en mode autonome, protégeant ainsi tous les consommateurs des surtensions.
- Augmentation de la limite de puissance du réseau pendant les charges de pointe en ajoutant de l'énergie du complexe batterie-onduleur.
Lorsque la consommation diminue, le complexe solaire passe en mode de charge et est à nouveau prêt à être utilisé après un certain temps. La fonction double puissance peut être désignée : Smart Boots, Power Shaving, Grid support.
L'ajout de puissance s'effectue selon les principes suivants :
- si la puissance utilisée est inférieure à la consommation maximale du réseau, en plus d'alimenter la charge, la batterie de stockage est chargée ;
- en l'absence de tension dans le réseau, l'électricité reçue de la batterie et convertie par l'onduleur est consommée ;
- si la charge dépasse la valeur limite de la puissance du réseau, le déficit est alors comblé par l'électricité accumulée par la batterie solaire.
Les modes de fonctionnement répertoriés sont capables de prendre en charge les modèles hybrides avec chargeur.
Types de convertisseurs de courant
Lors du choix du « cœur » d'un système d'alimentation autonome, vous devez comparer correctement les tâches assignées à l'équipement avec ses capacités potentielles.
Les principales caractéristiques de la classification des onduleurs hybrides sont : un algorithme de changement de mode de fonctionnement, la forme de la tension de sortie et la capacité de desservir un réseau monophasé ou triphasé.
Comparaison du bloc d'alimentation et de l'installation hybride
Certaines entreprises induisent involontairement les consommateurs en erreur en qualifiant une unité d'alimentation sans interruption (UPS) d'onduleur hybride. Il semblerait que les deux appareils effectuent des tâches similaires, mais il existe une différence significative.
Le BPS est un onduleur avec chargeur. Le module assure principalement la consommation d'énergie de l'installation photovoltaïque, et si l'énergie est insuffisante, il bascule sur la consommation du réseau.
Le fonctionnement du système en mode « saccadé » provoque un cyclage supplémentaire de la batterie et accélère son usure. Dans la plupart des blocs d'alimentation bon marché, la tension de seuil est définie sans possibilité de régulation.
Dans les modèles d'onduleurs hybrides pour panneaux solaires, de tels sauts sont exclus - l'unité s'adapte à la puissance requise et fonctionne simultanément avec différentes sources de courant.
Vous pouvez choisir vous-même votre consommation prioritaire. En règle générale, l'accent est mis sur la consommation d'énergie des panneaux solaires.Certaines unités hybrides ont la possibilité de limiter la puissance fournie par le réseau urbain.
Variétés selon la forme du signal de l'onduleur
Les convertisseurs de courant pour cellules solaires sont classés selon le type de signal de sortie.
Il y a:
- Onde sinusoïdale pure;
- sinusoïdale modifiée (onde quasi sinusoïdale);
- méandre.
Cette dernière option n'est pratiquement pas utilisée dans la pratique, car un changement brusque de polarité provoque des dysfonctionnements dans l'équipement.
Qu'est-ce qu'une onde sinusoïdale pure ?
Le convertisseur produit un signal de haute qualité supérieure à la forme d'onde du courant secteur. C'est la meilleure option pour assurer le fonctionnement des équipements « sensibles » : chaudières de chauffage, compresseurs, moteurs électriques, équipements médicaux et appareils basés sur des alimentations par transformateur.
Caractéristiques du quasi-sinusoïdal
La transmission de l'énergie du signal sous forme d'onde sinusoïdale modifiée peut réduire l'efficacité de certains appareils, provoquer l'apparition de bruit, provoquer des interférences ou entraîner une panne d'équipement.
Lors de l'alimentation de transformateurs basse fréquence, de moteurs asynchrones et synchrones, une perte de puissance de 20 à 30 % est visible.Ce « défaut » est converti en énergie thermique, chauffant excessivement les appareils.
Les onduleurs avec un signal pseudo-sinusoïdal sont compacts et abordables. Leur utilisation est conseillée pour alimenter des appareils sans charges inductives, conçus pour consommer des composants actifs de l'énergie électrique.
Ce groupe comprend : les radiateurs thermoélectriques, les lampes à incandescence pour les systèmes d'éclairage et autres structures résistives.
La forme du signal de sortie est indiquée dans le passeport de l'onduleur ou de l'alimentation sans interruption. Désignations possibles : « Back » – une garantie de l'absence d'onde sinusoïdale pure, « Smart » – la probabilité de recevoir un courant de haute qualité à la sortie.
Certains fabricants notent le facteur de distorsion harmonique (indice de distorsion non linéaire) dans le document d'accompagnement. Si le paramètre est inférieur à 8 %, alors l'appareil produit un sinus presque parfait.
Modèles monophasés et triphasés
Les onduleurs monophasés sont principalement intégrés dans le circuit d'un système photovoltaïque résidentiel avec une tension standard de 220 V.
La plage de tension de sortie lorsqu'elle est connectée à une phase dans différents modèles varie de 210 à 240 V, fréquence de sortie - 47 à 55 Hz, puissance - 300 à 5 000 W.
Les onduleurs monophasés sont produits pour des tensions de batterie standards : 12, 24 et 48 V. Pour s'assurer que le convertisseur ne fonctionne pas à sa capacité maximale, il est nécessaire de faire correspondre la puissance du « convertisseur » avec la tension de la batterie solaire. ou batterie.
Les onduleurs triphasés sont utilisés pour fournir du courant triphasé pour alimenter les moteurs électriques. Utilisation principale : production, ateliers, fins commerciales.
Les onduleurs triphasés se distinguent par une puissance élevée (3-30 kW) et une large plage de tension alternative de sortie (220 V/400 V).
Des modèles combinés sont également disponibles sur le marché. Ceux-ci incluent des onduleurs monophasés avec la possibilité de synchroniser les sorties du convertisseur avec un déphasage - cela vous permet d'alimenter des charges triphasées. Nous avons examiné tous les types d'équipements pour convertir le courant des panneaux solaires en notre autre article.
Paramètres de sélection de l'onduleur solaire
L'efficacité du convertisseur et de l'ensemble du système d'alimentation dépend en grande partie du choix correct des paramètres de l'équipement.
En plus des caractéristiques décrites ci-dessus, vous devez évaluer :
- puissance de sortie;
- type de protection;
- température de fonctionnement ;
- dimensions d'installation ;
- efficacité;
- disponibilité de fonctions supplémentaires.
Examinons ensuite toutes ces caractéristiques plus en détail.
Critère n°1 : puissance de l'appareil
La puissance nominale de l'onduleur solaire est sélectionnée en fonction de la charge maximale sur le réseau et de la durée de vie attendue de la batterie. En mode démarrage, le convertisseur est capable de fournir une augmentation de puissance à court terme au moment de la mise en service des charges capacitives.
Cette période est typique lors de la mise en marche des lave-vaisselle, des machines à laver ou des réfrigérateurs.
Lors de l'utilisation de lampes d'éclairage et d'un téléviseur, un onduleur de faible puissance de 500 à 1 000 W convient.En règle générale, il est nécessaire de calculer la puissance totale de l'équipement utilisé. La valeur requise est indiquée directement sur le corps de l'appareil ou dans le document d'accompagnement.
Critère n°2 – niveau de protection
Un onduleur solaire de haute qualité doit avoir plusieurs niveaux de protection. Options possibles : système de refroidissement forcé, prévention des courts-circuits, protection contre les creux de tension et les surtensions dans le réseau.
Il est également important d’avoir un boîtier étanche et renforcé qui empêche la poussière et les particules d’humidité de pénétrer à l’intérieur. L'indicateur de protection des équipements électriques est normalisé selon la normalisation IEC-952.
Pour les conditions de fonctionnement en extérieur, les modèles avec l'indice « IP65 » conviennent - la solidité et la fiabilité de l'onduleur permettent son utilisation dans l'atmosphère extérieure.
Critère n°3 – température de fonctionnement et dimensions
Une large plage de valeurs est un indicateur de la qualité de fabrication décente de l'onduleur. La valeur de l'indicateur est particulièrement pertinente lorsque vous placez le convertisseur dans une pièce non chauffée.
Le poids est un indicateur indirect de la qualité de l'onduleur. Il existe un avis : plus le convertisseur est lourd, plus il est puissant. Ceci s'explique par la présence d'un transformateur dans les équipements de forte puissance.
Dans les modèles « légers », l'absence de transformateur peut provoquer une panne de l'onduleur lorsqu'un courant de démarrage élevé est fourni.
Critère n°4 – efficacité
Les experts recommandent d'acheter des « convertisseurs » actuels avec une efficacité de 90 % ou plus. Ce n'est qu'avec ce paramètre que le fonctionnement du système solaire sera efficace et son agencement opportun. Perdre 10 % de l’énergie solaire est un luxe inacceptable.
Fonctionnalité supplémentaire. Les capacités avancées affectent le coût de l'équipement et ne sont pas toujours demandées. Cependant, certaines options valent l’argent dépensé.
Les « dispositifs » utiles et nécessaires comprennent :
- ajout automatique de la puissance de l'onduleur au réseau électrique ;
- ajuster la période de charge de la batterie ;
- sélection de la source de courant prioritaire ;
- maintenir le travail avec différents types de piles (alcalines, lithium fer phosphate, hélium, AGM, acide) ;
- possibilité de fonctionnement combiné avec un convertisseur réseau ;
- réglage de l'indicateur de tension - empêchant les «sauts» de la tension secteur ;
- possibilité de mettre à niveau l'onduleur en mettant à jour le firmware.
Les convertisseurs modernes peuvent être connectés à un PC pour la programmation et la surveillance.
Examen des convertisseurs hybrides populaires
Parmi les consommateurs, les onduleurs d'entreprises étrangères ont reçu de bonnes critiques : Xtender (Suisse), Prosolar (Chine), Victor Energy (Hollande), SMA (Allemagne) et Xantrex (Canada). Représentant national - MAP Sine.
Gamme Xtender d'onduleurs multifonctions
Le convertisseur hybride Studer de Xtender est l'incarnation de la norme de qualité suisse en matière d'électronique de puissance. Les onduleurs solaires de la série Xtender se distinguent par leurs caractéristiques de résistance impressionnantes et leurs fonctionnalités étendues.
Variété de modèles : XTS - représentants de faible puissance, XTM - modèles de moyenne puissance, XTN - onduleurs de haute puissance.
Chaque série Xtender Hybrid offre les fonctionnalités et options suivantes :
- alimentation à onde sinusoïdale pure ;
- « ajout » d'alimentation au réseau à partir de la batterie ;
- lorsque la tension du secteur diminue, la consommation de l'alimentation centrale est réduite ;
- deux modes de sélection prioritaire : le premier est « doux » avec une alimentation à moins de 10 %, le second est un passage complet sur batterie ;
- variété de paramètres d'installation ;
- gestion du générateur de secours ;
- mode veille avec une large plage de contrôle ;
- surveillance à distance des paramètres du système.
Toutes les modifications disposent de la fonction Smart Boost - connexion à différents fournisseurs d'énergie (groupe électrogène, onduleur réseau) et Power Shaving - couverture garantie des charges de pointe.
Convertisseurs hybrides Prosolar optimaux
Le modèle de fabrication chinoise présente de bonnes caractéristiques et un coût acceptable (environ 1 200 USD). Le convertisseur optimise le fonctionnement des panneaux solaires en stockant l'énergie non utilisée dans la batterie.
Caractéristiques distinctives:
- option pour suivre le point de puissance limite d’une batterie solaire ;
- Écran LCD d'informations affichant les paramètres de fonctionnement du système ;
- Chargeur de batterie à 3 niveaux ;
- réglage du courant maximum jusqu'à 25A ;
- communication de l'onduleur.
Le convertisseur se connecte à un PC via un logiciel (fourni en kit). Il est possible de moderniser l'onduleur grâce à un flashage innovant.
Onduleurs à onde sinusoïdale Phoenix Inverter
Les onduleurs Phoenix répondent à des exigences élevées et conviennent aux applications industrielles. La série Phoenix Inverter est commercialisée sans chargeur intégré.
Les convertisseurs sont équipés du bus d'information VE.Bus et permettent un fonctionnement en configuration parallèle ou triphasée.
La plage de puissance de la gamme de modèles est de 1,2 à 5 kW, le rendement est de 95 %, le type de tension est sinusoïdale.
Avantages concurrentiels:
- La technologie « SinusMax » prend en charge le lancement de « charges lourdes » ;
- deux modes d'économie d'énergie : option de recherche de charge et réduction du courant à vide ;
- présence d'un relais d'alarme - notification de surchauffe, tension batterie insuffisante, etc. ;
- réglage des paramètres programmables via PC.
Pour obtenir une puissance élevée, jusqu'à six convertisseurs peuvent être connectés en parallèle sur une phase. Par exemple, une combinaison de six appareils avec une valeur nominale de 48/5 000 est capable de fournir une puissance de sortie de 48 kW/30 kVA.
Appareils MAP domestiques Hybride et Dominator
La société MAP Energia a développé deux modifications du convertisseur hybride : Gibrid et Dominator.
La plage de puissance de l'équipement est de 1,3 à 20 kW, le délai de commutation entre les modes peut aller jusqu'à 4 ms, la possibilité de « pomper » de l'électricité dans le réseau urbain est prévue.
Caractéristiques générales des convertisseurs de tension Hybride et Dominator :
- transformateur basé sur un tore ;
- Il n'y a pas de stabilisation de la tension d'entrée ;
- mode « pompage » de puissance ;
- la sortie est sinusoïdale pure ;
- génération d'énergie excédentaire dans le réseau ;
- limitation de la consommation de courant à l'entrée AC ;
- classe IP21 ;
- la consommation en mode « veille » est de 2 à 5 W.
L'efficacité des convertisseurs atteint 93-96 %. Les appareils ont passé avec succès les tests d'utilisation à des températures ultra-basses (valeur limite -25°, une réduction à court terme à -50 °C est acceptable).
Schémas de connexion possibles
Lors de la construction d’un complexe photovoltaïque associé à un réseau central, il existe différentes options pour connecter un onduleur.
Option n°1 – circuit avec contrôleur de charge DC
L'option la plus populaire est celle où la batterie est chargée via un contrôleur solaire MPPT (analyse du point de puissance maximale).
Caractéristiques de la solution :
- utilisation efficace des énergies renouvelables lorsque le réseau est activé/désactivé ;
- la possibilité d'activer le fonctionnement du système solaire une fois la batterie déchargée.
Et une autre solution consiste à augmenter légèrement les pertes pour la conversion d'énergie dans la section « contrôleur-batterie-onduleur ».
Option n°2 - schéma avec un convertisseur hybride et réseau
Convertisseur réseau en sortie de l'onduleur batterie. Selon le schéma, deux convertisseurs sont connectés à des panneaux solaires différents.
Le convertisseur hybride est connecté au panneau photovoltaïque en option pour recharger la batterie, et le convertisseur réseau est connecté au module solaire principal.
Caractéristiques du système :
- fonctionnement ininterrompu quelle que soit la présence de la tension secteur centrale ;
- rendement élevé et minimisation des pertes côté DC grâce à un niveau de tension suffisant de la batterie solaire ;
- les batteries fonctionnent presque toujours en mode tampon, ce qui augmente leur durée de vie ;
- l'utilisation d'onduleurs hybrides conçus pour charger la batterie à partir de la sortie ;
- la nécessité d'ajuster le fonctionnement de l'onduleur réseau.
La puissance totale du convertisseur de réseau ne doit pas dépasser la puissance du « convertisseur » hybride - cela vous permet d'utiliser l'énergie des panneaux solaires en cas de décharge de la batterie ou de panne de réseau.
Quel que soit le circuit choisi, un certain nombre de nuances doivent être prises en compte lors du raccordement de l'onduleur :
- Les connexions filaires pour le courant continu ne doivent pas nécessairement être longues. Il est conseillé de placer l'onduleur à proximité immédiate (jusqu'à 3 m) des panneaux solaires, puis de « construire » la ligne principale en courant alternatif.
- Le convertisseur ne doit pas être monté sur des structures constituées de matériaux inflammables.
- L'onduleur mural est situé au niveau des yeux pour faciliter la lecture des informations sur l'écran.
Il existe des exigences particulières pour connecter des modèles d'une puissance supérieure à 500 W. La connexion doit être rigide avec un contact fiable entre les bornes de l'appareil et les fils.
Sur notre site Web, vous trouverez également d'autres articles sur l'énergie solaire et la connexion de composants et de modules individuels lors de l'assemblage d'un système autonome.
Nous vous recommandons de lire les documents suivants :
- Schéma de connexion des panneaux solaires : au contrôleur, à la batterie et aux systèmes entretenus
- Chargeur de batterie solaire : dispositif et principe de fonctionnement de la recharge solaire
- Comment fabriquer une batterie solaire de vos propres mains : méthodes d'assemblage et d'installation d'un panneau solaire
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Le concept d'« onduleur hybride », sa structure, ses fonctions et ses options :
Aperçu des capacités, des modes de fonctionnement et de l'efficacité de l'utilisation du convertisseur multifonction InfiniSolar 3 kW :
Concevoir un système d'alimentation en énergie solaire est une tâche complexe et responsable. Il est préférable de confier le calcul des paramètres nécessaires, la sélection des composants du complexe solaire, le raccordement et la mise en service à des professionnels.
Les erreurs commises peuvent entraîner des pannes du système et une utilisation inefficace d’équipements coûteux.
Choisissez-vous la meilleure option de convertisseur pour exploiter un système d’approvisionnement en énergie solaire autonome ? Vous avez des questions que nous n’avons pas abordées dans cet article ? Demandez-leur dans les commentaires ci-dessous - nous essaierons de vous aider.
Ou peut-être avez-vous remarqué des inexactitudes ou des incohérences dans le matériel présenté ? Ou souhaitez-vous compléter la théorie par des recommandations pratiques basées sur votre expérience personnelle ? Écrivez-nous à ce sujet, partagez votre opinion.
Si vous choisissez le bon onduleur de haute qualité, vous pouvez même gagner de l'argent avec votre maison écologique. Le plus gros problème pour la Russie dans le cas de l'organisation d'une maison totalement indépendante en énergie est l'absence de « tarif vert », grâce auquel il sera possible de vendre l'énergie excédentaire au réseau. Le concept d'éco-maison est donc très attractif pour l'Extrême-Orient, où il y a beaucoup de soleil et des territoires peu aménagés.
Quel est le problème? Il n'y a pas beaucoup de soleil par an, vous pouvez économiser de l'énergie pour l'utiliser plus tard. Ce nest pas un probleme du tout. Voulez-vous blâmer le pays pour tout ? Et puis, par exemple, si une telle loi existait, vous vendriez toute l'électricité en cas de besoin, et alors que faire en hiver ou à un autre moment ? C'est également une possibilité très controversée. Une autre chose est qu'en général nous sommes loin derrière. Mais il ne sert à rien d’exagérer les problèmes en tout.
Le problème est que le « tarif vert » n’a pas été adopté en Russie au niveau législatif. Pour la troisième année maintenant, le projet de loi est activement discuté, ce qui est d'ailleurs assez bien pensé.
L'essence de ce projet de loi est que le gouvernement souhaite réglementer la production d'électricité dans les installations de microgénération d'une capacité allant jusqu'à 15 kW. Cette puissance particulière a été choisie car le raccordement de telles stations n'entraînera pas de charge excessive sur le réseau électrique.
Par exemple, en Ukraine voisine, les habitants profitent depuis plusieurs années des avantages du « tarif vert » et vendent leur excédent d’électricité à l’État. Cela est particulièrement vrai pendant la période de pointe de productivité des panneaux solaires, de mai à août, lorsqu'il est effectivement possible de vendre l'électricité excédentaire à un « tarif de rachat ».
Anatoly, comment économiser de l'énergie pour pouvoir l'utiliser plus tard en hiver ? Partagez votre secret avec la communauté mondiale de l’énergie.
Merci de me dire comment/où connecter un onduleur hybride pour alimenter le réseau en électricité s'il y a des stabilisateurs de tension triac monophasés en entrée : avant ou après les stabilisateurs ? Il est prévu d'installer un onduleur monophasé avec extension ultérieure du système en triphasé.