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Etudes Scientifiques Prénormatives Sur Le Raccordement Au Réseau Electrique D’I

Etudes Scientifiques Prénormatives Sur Le Raccordement Au Réseau Electrique D’Installations Techniques Photovoltaïques Typologie des onduleurs pour systèmes photovoltaïques Projet ESPRIT - Typologie des onduleurs PV 2/28 ESPRIT Typologie des onduleurs pour systèmes photovoltaïques Rédacteurs : B. Gaiddon (HESPUL), T. Tran-Quoc (IDEA), TMC. Le (IDEA), Seddik Bacha (G2Elab), C. Duvauchelle (EDF) Travaux réalisés avec le soutien financier de l’ADEME Décembre 2010 Projet ESPRIT - Typologie des onduleurs PV 3/28 Table des matières I. ONDULEURS AVEC TRANSFORMATEUR BF ................................................................................... 5 I.1. ONDULEURS EN PONT AVEC TRANSFORMATEUR BF (TBF1)......................................................................... 5 II. ONDULEURS AVEC TRANSFORMATEUR HF................................................................................... 7 II.1 ONDULEUR EN PONT AVEC CONVERTISSEUR DC/DC FLYBACK ET TRANSFORMATEUR HF (THF1)...... 7 II.2 ONDULEUR EN PONT AVEC CONVERTISSEUR DC/DC FORWARD ET TRANSFORMATEUR HF (THF2)..... 9 II.3 ONDULEURS EN DOUBLE PONT AVEC TRANSFORMATEUR HF (THF3)................................................. 10 II.4 ONDULEURS EN PONT AVEC CONVERTISSEUR DC/DC BOOST ET TRANSFORMATEUR HF (THF4) ...... 12 III ONDULEURS SANS TRANSFORMATEUR ........................................................................................ 14 III.1 ONDULEURS EN PONT SANS CONVERTISSEUR DC/DC (ST1)............................................................... 14 III.2 ONDULEURS EN PONT AVEC CONVERTISSEUR BOOST (ST2)................................................................ 16 III.3 ONDULEURS EN PONT H5 (ST3).......................................................................................................... 19 III.4 ONDULEURS EN DEMI PONT AVEC CONVERTISSEUR BOOST (ST4)....................................................... 20 III.5 ONDULEURS EN PONT AVEC CIRCUIT DE TYPE HERIC (ST5).............................................................. 22 III.6 ONDULEURS EN DEMI PONT AVEC CIRCUIT DE « ROUE LIBRE » (ST6) ................................................. 23 III.7 ONDULEURS EN DEMI PONT AVEC CONVERTISSEUR BOOST ET CIRCUIT DE TYPE HERIC (ST7).......... 24 III.8 ONDULEURS À DEMI PONT AVEC CONVERTISSEUR DOUBLE BOOST (ST8)........................................... 25 III.9 ONDULEURS DE TYPE KARSHNY (ST9)............................................................................................... 26 III.10 ONDULEURS EN PONT TRIPHASÉ AVEC CONVERTISSEUR BOOST (ST10).............................................. 27 III.11 ONDULEURS EN DOUBLE PONT TRIPHASÉ AVEC CONVERTISSEUR DOUBLE BOOST (ST11) .................. 28 Projet ESPRIT - Typologie des onduleurs PV 4/28 Classification des onduleurs pour systèmes photovoltaïques L’objet du présent document est de fournir des informations sur la conception des circuits électroniques de puissance des onduleurs pour systèmes photovoltaïques. Pour la plupart des marques d’onduleurs présentes sur le marché français, une recherche du type de circuit électronique utilisé a été effectuée. Les onduleurs ont été ensuite classés en 3 catégories en fonction des choix techniques retenus par les fabricants d’onduleurs : • Les onduleurs munis d’un transformateur basse fréquence 50 Hz (BF) • Les onduleurs munis d’un transformateur haute fréquence (HF) • Les onduleurs sans transformateurs Pour chaque catégorie d’onduleurs, un schéma de principe du circuit électronique est fourni ainsi qu’une explication sommaire de son fonctionnement. Les circuits électroniques utilisés proviennent soit d’une étude théorique réalisée par IDEA et le laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (GE2lab), soit des fiches techniques des fabricants d’onduleurs. Onduleurs munis d’un transformateur BF page TBF1 Onduleurs en pont avec transformateur BF 5 Onduleurs munis d’un transformateur HF page THF1 Onduleur en pont avec convertisseur DC/DC Flyback et transformateur HF 7 THF2 Onduleur en pont avec convertisseur DC/DC Forward et transformateur HF 9 THF3 Onduleurs en double pont avec transformateur HF 10 THF4 Onduleurs en pont avec convertisseur DC/DC Boost et transformateur HF 12 Onduleurs sans transformateur page ST1 Onduleurs en pont sans convertisseur DC/DC 14 ST2 Onduleurs en pont avec convertisseur DC/DC Boost 16 ST3 Onduleurs en pont H5 19 ST4 Onduleurs en pont avec convertisseur DC/DC Boost 20 ST5 Onduleurs en pont avec circuit de type HERIC 22 ST6 Onduleurs en demi pont avec circuit de « roue libre » 23 ST7 Onduleurs en demi pont avec convertisseur DC/DC Boost et circuit de type HERIC 24 ST8 Onduleurs en demi pont avec convertisseur DC/DC double Boost 25 ST9 Onduleurs de type Karshny 26 ST10 Onduleurs en pont triphasé avec convertisseur DC/DC Boost 27 ST11 Onduleurs en double pont triphasé avec convertisseur DC/DC double Boost 28 Projet ESPRIT - Typologie des onduleurs PV 5/28 I. Onduleurs avec transformateur BF I.1. Onduleurs en pont avec transformateur BF (TBF1) Schéma de principe Principe de fonctionnement 1. Les modules PV sont raccordés en entrée de l’onduleur via un filtre qui élimine les interférences électromagnétiques (filtre EMI - non représenté sur le schéma) 2. Un pont de IGBT convertit ensuite le courant continu (DC) fourni par le convertisseur DC/DC en courant alternatif (AC) en utilisant la technique de modulation de largeur d’impulsion (MLI ou PWM en anglais) dont le fondamental est à la fréquence de 50 Hz 3. Un filtre élimine les harmoniques à hautes fréquences pour obtenir une onde sinusoïdale 4. Un transformateur basse fréquence augmente la tension à la sortie du onduleur jusqu’au niveau de celle du réseau et assure une isolation galvanique entre l’onduleur PV et le réseau. 5. Enfin, les interférences sont une dernière fois filtrées en sortie de l’onduleur. Marque et type Schéma de la documentation technique Remarque Source SMA type Sunny Boy 1100 Si la tension d’entrée DC est trop élevée, le rapport de cyclage du pont de transistors est modifié pour que la tension en sortie de soit bien égale à celle du réseau. http://download.s ma.de/smaprosa/d ateien/1348/SB_S MC- BEN083330.pdf SMA type Sunny Mini Central 5000A, 6000A http://www.techn osun.com/es/princ ipal/descargas/tec nicos/13203006_f icha.pdf BF Transformateur Onduleur Projet ESPRIT - Typologie des onduleurs PV 6/28 DIEHL AKO série Platinum S Photon International April 2008 http://www.diehla ko.de/index.php?i d=2526&L=1 Projet ESPRIT - Typologie des onduleurs PV 7/28 II. Onduleurs avec transformateur HF II.1 Onduleur en pont avec convertisseur DC/DC Flyback et transformateur HF (THF1) Schéma de principe Variété Principe de fonctionnement 1. Les modules PV sont raccordés en entrée de l’onduleur 2. La tension du générateur PV passe par un convertisseur DC/DC composé : • de convertisseur Flyback (ou Forward) qui convertit le courant continu (DC) fourni par les panneaux PV en courant continu avec un niveau de tension désiré en utilisant la technique de modulation de largeur d’impulsion avec la fréquence de découpage de 16 à 20 kHz. • d’un transformateur HF qui augmente la tension à un niveau de tension nécessaire pour l’onduleur et assure une isolation galvanique • enfin, d’un pont redresseur qui transforme le courant alternative HF en courant continue 3. Après filtrage, un pont de IGBT convertit ensuite le courant continu (DC) fourni par le convertisseur DC/DC en courant alternatif (AC) en utilisant la technique de modulation de largeur d’impulsion dont le fondamental est à la fréquence de 50 Hz. 4. Enfin, les interférences sont une dernière fois filtrées en sortie de l’onduleur Marque et type Schéma de la documentation technique Remarque Source MASTERVOLT série Sunmaster QS Le convertisseur DC/DC d’entrée Photon International January 2008 http://www.mastervolt.co Onduleur * * Convertisseur flyback PV 50 Hz, 230V Projet ESPRIT - Typologie des onduleurs PV 8/28 possède une commande analogique et contrôle du pont de transistors est assuré par un microcontrôleur. m/view_%20product.php? lang=2&section=Solar%2 0%20Grid%20connected& prggr_id%20=1160&prg_i d=1149&pro_id=6002 Projet ESPRIT - Typologie des onduleurs PV 9/28 II.2 Onduleur en pont avec convertisseur DC/DC Forward et transformateur HF (THF2) Schéma de principe Principe de fonctionnement 1. Les modules PV sont raccordés en entrée de l’onduleur 2. La tension du générateur PV passe par un convertisseur DC/DC composé : • de convertisseur Forward qui convertit le courant continu (DC) fourni par les panneaux PV en courant continu avec un niveau de tension désiré en utilisant la technique de modulation de largeur d’impulsion avec la fréquence de découpage de 16 à 20 kHz. • d’un transformateur HF qui augmente la tension à un niveau de tension nécessaire pour l’onduleur et assure une isolation galvanique • enfin, d’un pont redresseur qui transforme le courant alternative HF en courant continue 3. Après filtrage, un pont de IGBT convertit ensuite le courant continu (DC) fourni par le convertisseur DC/DC en courant alternatif (AC) en utilisant la technique de modulation de largeur d’impulsion dont le fondamental est à la fréquence de 50 Hz. 4. Enfin, les interférences sont une dernière fois filtrées en sortie de l’onduleur Marque et type Schéma de la documentation technique Remarque Source Onduleur * PV 50 Hz, 230V Convertisseur Forward Projet ESPRIT - Typologie des onduleurs PV 10/28 II.3 Onduleurs en double pont avec transformateur HF (THF3) Schéma de principe Principe de fonctionnement 1. Les modules PV sont raccordés en entrée de l’onduleur 2. La tension du générateur PV passe par un convertisseur DC/DC composé : • de convertisseur en plein pont qui convertit le courant continu (DC) fourni par les panneaux PV en courant alternative avec un niveau de tension désiré en utilisant la technique de modulation de largeur d’impulsion avec la fréquence de découpage de 16 à 20 kHz. • d’un transformateur HF qui diminue ou augmente la tension à un niveau de tension nécessaire pour l’onduleur et assure une isolation galvanique (le primaire du transformateur est piloté par un relais non représenté sur le schéma) • enfin, d’un pont redresseur qui transforme le courant alternative HF en courant continue 3. Après filtrage, un pont de IGBT convertit ensuite le courant continu (DC) fourni par le convertisseur DC/DC en courant alternatif (AC) en utilisant la technique de modulation de largeur d’impulsion dont le fondamental est à la fréquence de 50 Hz 4. Enfin, les interférences sont une dernière fois filtrées en sortie de l’onduleu Marque et type Schéma de la documentation technique Remarque Source FRONIUS série IG Plus Pour ce modèle, un convertisseur Buck uploads/Ingenierie_Lourd/ esprit-typologie-des-onduleurs-de-cembre-2010.pdf