Les technologies des GTI

Les technologies des GTI

L’onduleur couplé au réseau ou le (Grid-Tie Inverter) est utilisé pour les installations photovoltaïques. Il permet de transformer le courant continu, produit par les modules solaires, en un courant ondulé conforme à celui du réseau. Il adapte également le courant produit à la fréquence et à la tension du réseau. Dans les installations d’habitation, le courant solaire produit est d’abord utilisé par l’habitation elle-même, si le courant produit pour l’habitation est excédentaire, l’excédent est injecté dans le réseau. L’installation d’un onduleur couplé au réseau électrique se fait avec l’accord de l’organisme de distributeur de d’énergie électrique.

Pour des raisons de sécurité, un onduleur couplé au réseau doit constamment surveiller ces perturbations et interrompre immédiatement l’injection en cas de défaillance ou de coupure. Ceci est absolument nécessaire pour permettre une intervention sans danger sur le réseau.

Onduleurs modulaires (module inverter)

Suivant ce concept, chaque module solaire dispose d’un onduleur individuel. Pour les installations plus importantes, tous les onduleurs sont connectés en parallèle côté courant alternatif. Les onduleurs modulaires sont montés à proximité immédiate du module solaire correspondant.

Onduleurs centralisés (central inverter)

Un onduleur centralisé de forte puissance transforme l’ensemble du courant continu produit par un champ de cellules solaires en courant alternatif. Le champ de cellules solaires est en règle générale constitué de plusieurs rangées connectées en parallèle.

Chaque rangée est elle-même constituée de plusieurs modules solaires connectés en série. Pour éviter les pertes dans les câbles et obtenir un rendement élevé, on connecte le plus possible de modules en série.

Onduleurs « String » ou de rangée

L’onduleur PV connecté en série est le plus utilisé. Le plus souvent, huit (ou plus) de modules solaires sont connectés en série.

Comme une seule connexion série est nécessaire, les coûts d’installation sont réduits. Il est important de noter qu’en cas d’ombrage partiel des modules solaires, il n’y a pas de perte, l’emploi de diodes de by-pass est fortement recommandé. Les installations jusqu’à 3 Kilowatt de puissance sont fréquemment réalisées avec un onduleur String (par ex ABB PVS 300.

Onduleurs « Multi-String » ou plusieurs rangés

Pour une puissance plus élevée, il est possible de connecter plusieurs onduleurs String en parallèle, côté courant alternatif. L’intérêt dans ce concept est d’utiliser un plus grand nombre d’onduleurs du même type. Cela réduit les coûts de production et apporte un intérêt supplémentaire : si un onduleur tombe en panne, seule la production de la rangée concernée est défaillante.

Les différents types des systèmes photovoltaïques

Un système photovoltaïque se compose d’un champ de modules et d’un ensemble de composants. Cet ensemble, comprend tous les équipements entre le champ de modules et la charge finale, à savoir la structure rigide (fixe ou mobile) pour poser les modules, les câblages, la batterie en cas de stockage et son régulateur de charge, et l’onduleur lorsque les appareils fonctionnent en courant alternatif.

Structure générale d’un système photovoltaïque

Il existe deux types de structures de système photovoltaïque :
• Les systèmes à connexion directe au réseau : cette installation est constituée d’un générateur photovoltaïque connecté directement, à l’aide d’un onduleur au réseau électrique.
• Le système à bus continu intermédiaire : Le générateur photovoltaïque est connecté par l’intermédiaire d’un convertisseur continu-continu. Un onduleur délivre une tension modulée, celle-ci est filtrée pour réduire le taux d’harmonique, on obtient alors en sortie de ce dispositif une tension utilisable pouvant être injectée dans le réseau.

Il existe plusieurs architectures pour les dispositifs permettant de convertir la tension continue issue du générateur photovoltaïque en une tension sinusoïdale utilisable (230V). Dans la suite de cette partie, différents montages seront décrits, en précisant leurs avantages et inconvénients.

Table des matières

Introduction générale
I État de l’art sur les GTI
I.1 Introduction
I.2 État de l’art sur les GTI
I.2.1 Définition
I.2.2 Historique
I.3 Les technologies des GTI
I.3.1 Onduleurs modulaires (module inverter)
I.3.2 Onduleurs centralisés (central inverter)
I.3.3 Onduleurs « String » ou de rangée
I.3.4 Onduleurs « Multi-String » ou plusieurs rangés
I.4 Les différents types des systèmes photovoltaïques
I.4.1 Structure générale d’un système photovoltaïque
I.4.2 Systèmes PV connecté directement au réseau
I.4.2-a Structure à convertisseur unique
I.4.2-b Structure avec bus à basse tension alternative
I.4.3 Système à bus continu intermédiaire
I.4.3-a Structure avec convertisseur forward
I.4.3-b Structure avec convertisseur de type fly-back
I.4.3-c Structure avec hacheur et onduleur
I.4.4 Les systèmes PV connectés au réseau sans batterie de stockage
I.4.5 Les systèmes PV connectés au réseau avec batterie
I.5 Topologies des Systèmes PV
I.5.1 Topologie avec onduleur central (Central-plant inverter)
I.5.2 Topologie avec onduleur de rangé (string inverter)
I.5.3 Topologie avec onduleur Multiple-string
I.5.4 Topologie avec onduleur modulaire (Module-integrated inverter)
I.6 Caractéristiques des onduleurs compatibles avec le réseau
I.7 Problème de connexion des systèmes photovoltaïques au réseau
I.8 Conditions techniques d’interconnexions
I.8.1 Raccordement
I.8.2 Jugement de conformité
I.8.3 Accord de raccordement
I.8.4 Dispositif de coupure
I.8.5 Dispositif de protection
I.8.6 Couplage
I.8.7 Compensation avec Batteries de condensateurs
I.8.8 Harmoniques et inter harmoniques
I.8.9 Protection contre l’injection de courant continu
I.9 Conclusion
II Conception et modélisation d’un GTI
II.1 Introduction
II.2 La Cellule photovoltaïque
II.2.1 Le principe de fonctionnement
II.2.2 Les différents types des cellules solaires (cellules photovoltaïque)
II.3 Module photovoltaïque
II.3.1 Les principales caractéristiques d’un module photovoltaïque
II.3.1-a La puissance crête
II.4 Électronique de puissance
II.4.1 Électronique de puissance et la conversion électrique
II.4.2 Convertisseurs électriques
II.4.3 Les Interrupteurs
II.4.4 Optocoupleur
II.5 Les Hacheurs
II.5.1 Exigences de l’utilisateur
II.5.2 Les types des hacheurs
II.5.2-a Hacheur Buck
II.5.2-b Hacheur boost
II.5.2-c Hacheur Buck-Boost
II.6 Les onduleurs
II.6.1 Les types des onduleurs
II.6.2 Onduleur Monophasé
II.6.2-a Onduleur de tension monophasé en demi-pont
II.6.2-b Onduleur de tension monophasé en pont
II.6.3 Onduleur triphasé
II.7 La commande MLI
II.8 Le transformateur
II.8.1 Le principe de fonctionnement
II.9 La simulation des différentes parties d’un GTI
Remarque
II.9.1 La simulation du panneau photovoltaïque
II.9.2 La simulations du système (panneau+hacheur)
II.9.3 La simulation de l’onduleur
II.10Conclusion
III Description de la plate-forme expérimentale
III.1 Introduction
III.2 Présentation de la carte expérimentale
III.3 Le panneau photovoltaïque
III.3.1 Le condensateur d’entrée
III.4 Le hacheur Boost entrelacé
III.4.1 Détermination des paramètres du Hacheur [12]
III.4.2 Application numérique
III.5 L’onduleur de tension
III.5.1 L’inductance
III.5.2 Calcule de la puissance active P et la puissance réactive Q
III.5.2-a Imposition de Po et Qo
III.6 Le microcontrôleur
III.7 Acquisition des tensions et leurs mesures
III.7.1 La tension du réseau (Vr)
Calcule de V1
Calcule de V2
Calcule de V+
Calcule de V-
III.7.2 La tension Vc du hacheur
III.8 Le transformateur de tension .
III.9 Conclusion
Conclusion générale