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Dimensionnement des onduleurs et câblage des modules photovoltaïque

Le choix et le nombre d'onduleurs repose sur 3 critères :
  • La compatibilité en tension
  • La compatibilité en courant
  • La compatibilité en puissance
A partir de ces 3 critères, le dimensionnement des onduleurs va imposer la façon de câbler les modules entre eux.

Le but de ce chapitre est de savoir dimensionner les onduleurs et d'en déduire le câblage des modules photovoltaïques.
Pour une meilleure compréhension de ce cours, veuillez avant lire le chapitre intitulé " Côté continu de l'onduleur " de la partie II.

Le plan du cours est le suivant :

DIMENSIONNEMENT DES ONDULEURS ET CÂBLAGE DES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES

  1. La compatibilité en tension
  2. La compatibilité en courant
  3. La compatibilité en puissance
  4. Exemple de dimensionnement des onduleurs


Exemple de dimensionnement des onduleurs



Appliquons les règles ci-dessus pour dimensionner les onduleurs d'une installation photovoltaïque comportant 40 modules photovoltaïques.

Les modules photovoltaïques sont les modules SeT230G de la marque SILLIA : télécharger la fiche technique des modules photovoltaïques. Les données importantes de la fiche technique des modules photovoltaïques sont les suivantes :
  • La puissance crête d'un module : Pc = 230 Wc
  • La tension à vide : Uco = 37.95 V
  • La tension MPP : Umpp = 30.45 V
  • Le courant de court-circuit : Icc = 8.1 A

Les onduleurs que nous utiliserons appartiennent à la marque SMA.

Etape 1 : Effectuer un dimensionnement rapide grâce à la puissance de l'installation


L'installation est composée de 40 modules d'une puissance crête de 230 Wc, soit une puissance crête totale de 40 × 230 = 9 200 Wc.
En explorant la gamme d'onduleurs que propose SMA, on pourrait imaginer qu'un onduleur SMC 9 000 TL peut convenir. On peut aussi remarquer qu'un onduleur SB 4 000 TL et un onduleur SB 5 000 TL peuvent convenir aussi.

Explorons cette dernière solution : 1 onduleur SB 4 000 TL et 1 SB 5 000 TL. Télécharger la fiche technique de ces deux onduleurs.

Etape 2 : Calculer le nombre de modules photovoltaïques en série


La fiche technique des onduleurs SB 4 000 TL et SB 5 000 TL nous indiquent les éléments suivants :
  • La tension maximale admissible en entrée de l'onduleur est Umax = 550 V.
  • La plage de tension MPPT en entrée de l'onduleur est [Umppt, min - Umppt, max ] = [125 V - 440 V ].
Déterminons le nombre de modules photovoltaïques en série compatible avec la plage de tension MPPT de l'onduleur :
Nombre minimum et le nombre maximum de modules photovoltaïques en série

où E(x) signifie la partie entière de x.
Le coefficient 1.15 est un coefficient de majoration permettant de calculer la tension MPP à -20 °C.
Le coefficient 0.85 est un coefficient de minoration permettant de calculer la tension MPP à 70 °C.


Le calcul est facilement réalisable à la main, ou à l'aide du calculateur ci-dessous (cliquer sur "calculer" après avoir indiquer les données demandées) :

PLAGE DE TENSION MPPT
DE L'ONDULEUR (V)
TENSION MPP
DES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES
Umpp (V)
NOMBRE DE MODULES EN SERIE
[ - ]
[ UMPPT, min - UMPPT, max ]



D'après le calcul, le nombre de modules en série doit être compris entre 4 et 12.

Il reste alors à verifier qu'avec 12 modules en série, on atteindra jamais la tension maximale admissible en entrée de l'onduleur Umax = 550 V.
Pour cela, on calcul la tension maximale que peut fournir une chaîne photovoltaïque composé de 12 modules en série. Cette tension maximale est égale à 12 × Uco × 1.15 = 12 × 37.95 × 1.15 = 519.57 V. Cette tension maximale délivrée par la chaîne photovoltaïque est bien inférieure à la tension maximale admissible en entrée de l'onduleur (Umax = 550 V).
Par conséquent, une configuration à 12 modules en série est compatible avec la tension maximale admissible de l'onduleur.

Etape 3: Calculer le nombre de chaînes photovoltaïques en parallèle


La fiche technique des onduleurs SB 4 000 TL et SB 5 000 TL nous indiquent que le courant maximale admissible de ces deux onduleurs est Imax= 15 A par trackers (ces onduleurs disposent de deux trackers chacun).

Le nombre maximum de chaînes photovoltaïques en parallèle se calcule par la formule simple suivante :
Nombre maximum de chaînes photovoltaïques en parallèle

où E(x) signifie la partie entière de x.
Le coefficient 1.25 est un coefficient de sécurité imposé par le guide UTE C15-712.


Le calcul est facilement réalisable à la main, ou à l'aide du calculateur ci-dessous (cliquer sur "calculer" après avoir indiquer les données demandées) :

COURANT MAXIMAL
ADMISSIBLE PAR L'ONDULEUR
Imax(A)
COURANT DE COURT-CIRCUIT
DES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES
Icc (A)
NOMBRE MAXIMUM
DE CHAÎNES EN PARALLELE



D'après le calcul, le nombre de chaînes photovoltaïques, par tracker, doit être égal à 1.


Etape 4 : Vérifier la compatibilité en puissance


La fiche technique des onduleurs SB 4 000 TL et SB 5 000 TL nous indiquent les éléments suivants :
  • La puissance maximale admissible de l'onduleur SB 5 000 TL est : Pmax = 5 300 Wc.
  • La puissance maximale admissible de l'onduleur SB 4 000 TL est : Pmax = 4 200 Wc.


D'après les calculs précédents, nous pouvons mettre au maximum une chaîne par tracker. Chaque chaîne sera composée au minimum de 4 modules et au maximum de 12 modules en série :

Configuration avec le maximum de modules sur l'onduleur


Cette configuration maximale (1 chaîne de 12 modules, par tracker) présente donc 24 modules sur un onduleur. Cela correspond à une puissance installée de 24 × 230 = 5 520 Wc.
Cette puissance installée est supérieure à la puissance maximale admissible par les deux onduleurs (Pmax = 5 300 Wc pour l'onduleur SB 5 000 TL et Pmax = 4 200 Wc pour l'onduleur 4 000 TL).

Nous décidons donc de retirer 1 module sur chaque chaîne des Trackers afin d'obtenir une configuration comprenant 1 chaîne de 11 modules sur chaque tracker. Cette nouvelle configuration présente donc 22 modules, ce qui correspond à une puissance installée de 22 × 230 = 5 060 Wc.
Cette puissance installée est compatible avec la puissance maximale admissible en entrée de l'onduleur SB 5 000 TL. Nous utiliserons donc un onduleur SB 5 000 TL raccordé à un groupe photovoltaïque de 22 modules photovoltaïques configuré de la façon suivante : 1 chaîne de 11 modules en série, par tracker.

Mais nous avions, au départ, 40 modules photovoltaïques à installer. Il reste donc 18 modules à placer.
La puissance crête correspondante est 18 × 230 = 4 140 Wc.
Cette puissance installée est compatible avec la puissance maximale admissible en entrée de l'onduleur SB 4 000 TL. Nous utiliserons donc un onduleur SB 4 000 TL raccordé à un groupe photovoltaïque de 18 modules photovoltaïques configuré de la façon suivante : 1 chaîne de 9 modules en série, par tracker.

Etape 5 : Réaliser le schéma électrique de l'installation


Au finale, le schéma électrique de l'installation est le suivant :

Configuration avec le maximum de modules sur l'onduleur