Micro-onduleur avec panneaux solaires pour système de stockage d'énergie domestique

En plus des onduleurs centralisés et string, les nouveaux systèmes énergétiques incluent également des micro-onduleurs, faciles à installer et à configurer de manière flexible. Comme leur nom l'indique, les micro-onduleurs ont une faible consommation d'énergie et sont donc généralement connectés à un ou plusieurs panneaux solaires. En tant qu'onduleur, un micro-onduleur convertit le courant continu basse-tension des panneaux photovoltaïques en courant alternatif pour le réseau électrique local. Alors que la tension d’un panneau photovoltaïque est généralement d’environ 50 V, la tension du réseau AC peut atteindre des centaines de volts. Ce rapport tension -/-courant élevé impose des exigences élevées au gain du convertisseur. L'utilisation d'un convertisseur PWM conventionnel non isolé dans cette situation entraînerait des cycles de service élevés ou faibles pour les commutateurs, ce qui entraînerait un faible rendement du convertisseur et une contrainte importante sur les dispositifs d'alimentation. Naturellement, l'intégration d'une inductance ou d'un transformateur couplé dans le convertisseur pour obtenir une adaptation de tension via le rapport de spires est devenue une solution privilégiée pour les micro-onduleurs.

Sur le plan fonctionnel, un micro-onduleur doit fournir trois fonctions : arrêt rapide (RSD), suivi du point de puissance maximale (MPPT) et inversion. RSD a été proposé lors de la conférence NEC en 2014. Son objectif est de déconnecter rapidement les panneaux photovoltaïques du bus DC en cas d'incendie ou autre catastrophe, garantissant ainsi la sécurité des pompiers. Le MPPT est bien-connu des acteurs de l'industrie photovoltaïque et a été présenté dans des articles précédents. Cependant, contrairement aux circuits MPPT centralisés ou en chaîne traditionnels, cette fonction dans les micro-onduleurs ne nécessite pas nécessairement un circuit boost ; d'autres circuits, tels que buck, full-bridge et flyback, peuvent également être utilisés. Cela est principalement dû à la diversité des circuits en aval.

Un micro-onduleur est un petit onduleur installé directement derrière un seul ou un petit nombre de panneaux photovoltaïques, convertissant l'alimentation CC du panneau en énergie CA-connectée au réseau. Son principal avantage réside dans sa fonction MPPT (Maximum Power Point Tracking) indépendante pour chaque panneau, maximisant la production d'énergie en cas de discordance entre les panneaux ou d'ombrage partiel. Il limite également la tension continue du système à un faible niveau de<60 V, reducing the risk of fire and electric shock.

En termes de structure de circuit, les micro-onduleurs sont passés de plusieurs-étages à deux-étages, puis à un-étage unique [1]. Lorsque l’électricité est produite à partir de panneaux photovoltaïques et connectée en parallèle au réseau AC, moins il y a d’étapes de conversion, plus le rendement est élevé. Un micro-onduleur à plusieurs-ou à deux-étages. Il se compose d'un DC/DC à l'avant-et d'un DC/AC à l'arrière-. L'étage DC/DC avant-a des fonctions MPPT et boost, augmentant la tension jusqu'à la tension du bus DC requise pour l'inversion, et l'étage DC/AC arrière-est inversé et connecté au réseau.

Les micro-onduleurs à deux -étages sont subdivisés en deux types : source de tension et source de courant. Le type de source de tension contrôle la tension de sortie côté CA. La sortie de l’étage DC/DC précédent est une tension DC stable. Avec ce type de micro-onduleur, l'étage DC/AC suivant fonctionne à haute fréquence. La principale variable de contrôle d’un micro-onduleur de type source de courant est le courant. Sa sortie côté CC n'est plus un courant continu stable, mais plutôt une « onde de chignon cuit à la vapeur » avec une composante alternative, comme le montre la figure 4. Le circuit de conversion de polarité de fréquence industrielle qui en résulte sépare cette onde de chignon cuit à la vapeur en sorties positives et négatives, formant une onde sinusoïdale connectée au réseau -. Comparé aux micro-onduleurs de type tension-, ce type de micro-onduleur à source de courant offre une contrainte de tension de dispositif inférieure et une structure et un contrôle plus simples, ce qui le rend largement utilisé dans les modèles de micro-onduleurs grand public actuels.

Les micro-onduleurs à source de tension-et à source de courant-ont tous deux un circuit CC/AC, mais le type de source de courant-nécessite un circuit de fréquence de puissance-, tandis que le type de source de tension-exige une commutation à haute-fréquence. Le circuit déplié a une structure simple, avec le MOSFET fonctionnant à la fréquence industrielle, et les pertes principales étant des pertes de conduction. 600V-950 V CoolMOS™ P7 et même les IGBT de 1 200 V conviennent à cette application. Un circuit en pont complet-est un onduleur source de tension-typique, avec une jambe fonctionnant à la fréquence industrielle et l'autre commutant à haute fréquence pour réduire les harmoniques de tension de sortie. La conception optimale implique naturellement la sélection de différents MOSFET pour les deux branches en fonction des conditions de fonctionnement, mais une gamme de CoolMOS™ P7 600 V-950 V est également disponible. Comme le montre la topologie, le circuit de déploiement a des capacités de compensation de puissance réactive limitées en raison des caractéristiques du dispositif. Le circuit inverseur en pont complet peut fonctionner de manière bidirectionnelle, offrant de larges capacités de compensation de puissance réactive, mais nécessite un filtre LCL supplémentaire.