Onduleur : Conversion de l’Énergie DC en AC

Les onduleurs sont des composants essentiels dans les systèmes d’énergie solaire, convertissant le courant continu (DC) provenant des panneaux solaires ou des batteries en courant alternatif (AC) compatible avec les appareils ménagers et le réseau électrique. Cette conversion est cruciale, car la plupart des appareils ménagers et des réseaux fonctionnent en courant alternatif.

DC vs. AC : Les Bases

Le courant continu (DC) se caractérise par une tension constante et un flux de courant dans une seule direction. Le courant DC est couramment utilisé dans les appareils électroniques comme les batteries, les capteurs et les moteurs, là où une alimentation stable est nécessaire.

Le courant alternatif (AC), quant à lui, fluctue au fil du temps, suivant une onde sinusoïdale, représentée par une ligne verte sur un graphique. Dans la plupart des pays, le courant AC fonctionne à une fréquence de 50 ou 60 Hz, ce qui signifie qu’il effectue 50 ou 60 cycles par seconde. Le courant AC est le standard pour les appareils ménagers et les réseaux électriques, car il peut être facilement transformé en différentes tensions et niveaux de puissance à l’aide de transformateurs et d’onduleurs.

Sinusoïde Pure vs. Sinusoïde Modifiée

Graphique de comparaison montrant la différence entre les sorties en sinusoïde pure et sinusoïde modifiée, illustrant une puissance plus fluide et plus stable avec les onduleurs à sinusoïde pure par rapport à la sortie en escalier des onduleurs à sinusoïde modifiée

Lorsqu’il s’agit d’onduleurs, la forme d’onde de sortie est un facteur critique à considérer. Les onduleurs à sinusoïde pure produisent une onde lisse et périodique qui se rapproche de l’AC fourni par le réseau. Ce type d’onduleur est idéal pour les appareils électroniques et les appareils sensibles, notamment les réfrigérateurs, les climatiseurs et les ordinateurs. Ces appareils sont conçus pour fonctionner avec une sinusoïde pure, garantissant des performances optimales et une longue durée de vie.

Le graphique c) montre une sinusoïde pure (propre, précise). Une sinusoïde pure est un signal décrit mathématiquement par la fonction sinusoïdale et a une forme périodique lisse. Son graphique ressemble à une onde qui se répète continuellement avec la même période, amplitude et phase.

Les onduleurs à sinusoïde modifiée, en revanche, génèrent une onde moins fluide, ce qui peut poser des problèmes avec certains appareils. Bien qu’ils puissent être utilisés avec des appareils plus simples, tels que les lumières LED, les chargeurs de téléphone et les plaques de cuisson électriques, ils ne sont pas recommandés pour les appareils avec des charges inductives ou des moteurs, car cela peut entraîner un fonctionnement incorrect, une augmentation du bruit et des dommages potentiels à long terme.

Les graphiques a) et b) montrent des sinusoïdes modifiées, qui présentent des écarts différents par rapport à une sinusoïde pure. Une sinusoïde modifiée est un type de courant qui ressemble à une onde sinusoïdale mais avec moins de précision et des transitions irrégulières entre les pics et les zéros. Elle peut être produite à l’aide de signaux rectangulaires de différentes fréquences et amplitudes.

Quels Sont les Paramètres du Réseau Local et des Appareils Ménagers ?

Les réseaux locaux et les appareils ménagers sont conçus depuis des décennies pour fonctionner avec des sinusoïdes pures, il est donc essentiel d’acheter un onduleur qui fournit une sinusoïde pure.

Que se passe-t-il si un appareil ménager est connecté à un onduleur avec une sinusoïde modifiée ? La plupart des appareils avec des charges inductives et des moteurs (chaudières à gaz, réfrigérateurs, climatiseurs, pompes, ordinateurs) ne fonctionneront pas correctement et peuvent produire un bruit inhabituel, ce qui peut entraîner une panne.

Les appareils qui peuvent fonctionner avec une sinusoïde modifiée incluent les lampes LED, les chargeurs de téléphone et les plaques de cuisson électriques, qui peuvent fonctionner correctement avec une sinusoïde modifiée.

La plupart des appareils ménagers sont conçus pour fonctionner avec une sinusoïde pure, ce qui rend crucial le choix d’un onduleur correspondant aux spécifications du réseau électrique de votre maison.

Types d’Onduleurs avec Sinusoïde Pure

Comme les appareils ménagers nécessitent généralement une sinusoïde pure, nous nous concentrerons uniquement sur les onduleurs qui fournissent celle-ci.

Les onduleurs se divisent en plusieurs types :

  1. Alimentation Sans Interruption (ASI) Interactif Hors-ligne : Cela inclut un onduleur, parfois un stabilisateur de tension pour le réseau (AVR), un cordon “entrée” depuis le réseau (AC in), une prise “sortie” pour la charge (AC out), des câbles d’entrée de batterie pour ASI avec batterie externe, et un chargeur depuis le réseau. Image d’une alimentation sans interruption (ASI), utilisée pour fournir une alimentation de secours et protéger les appareils électroniques des surtensions et des pannes

    • ASI Hors-ligne vs. ASI En-ligne : En plus des ASI hors-ligne, il existe des ASI en ligne ou à double conversion. La différence est que l’ASI hors-ligne bascule en mode batterie en 20 ms lorsque le réseau tombe, tandis que l’ASI en ligne bascule en 0 ms, ce qui est crucial pour certains équipements sensibles.
    • ASI de Petite Capacité : Ceux-ci sont souvent équipés d’une batterie intégrée avec une capacité suffisante pour alimenter la charge pendant 5 à 15 minutes, permettant de fermer correctement un ordinateur, une machine, etc. Ces ASI ont généralement une sinusoïde modifiée, nous ne les aborderons donc pas en détail.

  2. Onduleur Solaire Autonome Hors-ligne (ASI pour panneaux solaires) : Celui-ci comprend un onduleur, un chargeur depuis le réseau, un contrôleur de charge solaire PWM ou MPPT (une ou plusieurs entrées), une entrée de batterie, une entrée réseau AC in (une ou plusieurs), une sortie de charge AC out (une ou plusieurs), et divers ports de communication. Il existe également des versions en ligne de ces onduleurs, bien que la technologie soit souvent pseudo-en-ligne. Image d’un onduleur solaire hors-ligne, un dispositif qui convertit l’électricité DC des panneaux solaires en AC pour l’usage domestique, généralement utilisé dans les systèmes où le réseau est la principale source d’alimentation et l’énergie solaire est complémentaire

  3. Onduleur Connecté au Réseau (en ligne) : Cela inclut un onduleur, un contrôleur solaire MPPT (un ou plusieurs), et une unité de synchronisation avec le réseau. Une batterie ne peut pas être connectée à ce type d’onduleur. Image d’un onduleur connecté au réseau, qui convertit l’électricité DC des panneaux solaires en électricité AC et la synchronise avec le réseau pour une utilisation directe ou un renvoi au réseau

    • Applications :

      • Production d’énergie pour la vente au réseau.
      • Alimenter les consommateurs domestiques quand le réseau est connecté avec un limiteur de génération.
      • Réduire les coûts d’électricité pour les entreprises avec des tarifs élevés.

    • Inconvénients : L’inconvénient principal de cet onduleur est qu’il cesse de fonctionner lorsque le réseau tombe et ne permet pas la connexion d’une batterie.

    • Micro-onduleurs : Ce sont une sous-catégorie d’onduleurs connectés au réseau, mais ils se connectent à un ou deux panneaux solaires au lieu d’une grande installation. Image d’un micro-onduleur, un petit appareil attaché à chaque panneau solaire qui convertit l’électricité DC en AC directement au niveau du panneau, permettant une production d’énergie optimisée et une surveillance

  4. Onduleur Hybride (grid tie + hors réseau) : Ce type combine tous les autres types d’onduleurs avec la capacité de générer de l’énergie pour le réseau. Il inclut un onduleur, un contrôleur solaire MPPT (un ou plusieurs), une entrée batterie, une unité de synchronisation avec le réseau, une entrée réseau AC in (une ou plusieurs), une sortie charge AC out (une ou plusieurs), ainsi que divers ports de communication.

    • Important : Certains vendeurs peuvent incorrectement étiqueter tout onduleur avec une entrée solaire comme étant un onduleur hybride, mais cela n’est pas exact.
    • Applications :
      • Générer de l’énergie pour la vente au réseau.
      • Économiser de l’énergie pour les ménages ou les entreprises en consommant partiellement ou totalement l’énergie solaire.
    • Avantages : Combine tous les autres types d’onduleurs, fonctionne lorsque le réseau est disponible et lorsqu’il ne l’est pas, et certains modèles peuvent fonctionner sans batterie, uniquement avec des panneaux solaires.
    • Inconvénients : Le principal inconvénient est que ces onduleurs sont plus chers que les autres types.

En conclusion, un type spécifique d’onduleur est adapté à chaque tâche, ou un onduleur hybride universel peut remplacer tout type d’onduleur à un prix légèrement plus élevé.

Conclusion

Choisir le bon onduleur pour votre maison ou votre entreprise est crucial pour assurer l’efficacité et la longévité de votre système d’énergie solaire. Bien que les onduleurs à onde sinusoïdale modifiée soient moins chers, ils ne conviennent pas à toutes les applications. Les onduleurs à onde sinusoïdale pure sont un meilleur choix pour la plupart des appareils ménagers, en particulier ceux équipés de moteurs ou d’électronique sensible. Pour obtenir les meilleures performances et la meilleure fiabilité, prenez en compte vos besoins énergétiques spécifiques et le type d’appareils que vous souhaitez alimenter lors du choix de votre onduleur.