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Le rendement de l'onduleur

Le rendement exprime l'efficacité de l'onduleur.

Schéma de principe d'un onduleur
Le rendement de l'onduleur s'exprime selon la formule mathématique suivante :

Formule du rendement de l'onduleur

La puissance d'entrée PDC = UDC × IDC.
La puissance de sortie PAC = Ueff,AC × Ieff,AC × cos φ.

Le rendement est un nombre comprise entre 0 et 1. On peut aussi l'exprimer en pourcentage. Dans ce cas, il prend des valeurs comprises en 0 % et 100 %.
        
Un rendement de 100 % signifie que la puissance délivrée en sortie AC est égale à la puissance fournie par le groupe photovoltaïque en entrée DC. Ce cas idéal ne peut pas exister car il existe des pertes de puissance induite par les composants de l'onduleur. Ainsi, un onduleur présente généralement un rendement de l'ordre de 95 %, c'est-à-dire que 95 % de la puissance en entrée DC est transmise à la sortie AC. Les 5 % restants représentent des pertes par échauffement des composants de l'onduleur.

Dans cette partie du cours, nous allons analyser en profondeur la notion de rendement d'un onduleur photovoltaïque. Le plan du cours est le suivant :

LE RENDEMENT DE L'ONDULEUR

  1. Courbe de rendement de l'onduleur
  2. Rendement européen de l'onduleur


Rendement européen de l'onduleur photovoltaïque



Nous avons vu précédemment que le rendement de l'onduleur dépendait de la tension d'entrée côté DC et de la puissance de sortie côté AC. Cette double dépendance est illustrée par la courbe de rendement ci-dessous.

Courbe de rendement des onduleurs Sunny Boy 4 000 TL et 5 000 TL

Le rendement maximal est la plus grande valeur atteinte par la courbe de rendement (voir courbe de rendement ci-dessus).
La valeur de ce rendement maximal ne rend pas réellement compte de la qualité de l'onduleur, car il est associé à une puissance de sortie donnée. Or, l'onduleur ne fonctionne pas toujours à cette puissance, compte-tenu que le groupe photovoltaïque, auquel il est relié, ne délivre jamais la même puissance (à cause de la variation de l'éclairement incident sur les modules photovoltaïques). De ce fait, l'onduleur ne fonctionne pas tout le temps à son rendement maximale.

Le rendement européen a donc été introduit pour pourvoir calculer un rendement global de l'onduleur, sur toute sa plage (puissance de sortie) de fonctionnement.
La méthode de calcul du rendement européen considère que :
  • L'onduleur fonctionne à 5 % de sa puissance nominale, pendant 3 % du temps.
  • L'onduleur fonctionne à 10 % de sa puissance nominale, pendant 6 % du temps.
  • L'onduleur fonctionne à 20 % de sa puissance nominale, pendant 13 % du temps.
  • L'onduleur fonctionne à 30 % de sa puissance nominale, pendant 10 % du temps.
  • L'onduleur fonctionne à 50 % de sa puissance nominale, pendant 48 % du temps.
  • L'onduleur fonctionne à 100 % de sa puissance nominale, pendant 20 % du temps.
On calcule alors le rendement européen de l'onduleur, noté ηeuro, par la formule suivante :

ηeuro = 0.03 × η5 % + 0.06 × η10 % + 0.13 × η20 % + 0.10 × η30 % + 0.48 × η50 % + 0.20 × η100 %

Les valeurs de η5 %, η10 %, η20 %, η30 %, η50 % et η100 % se calculent directement sur la courbe de rendement de l'onduleur.

Appliquons cette formule pour calculer le rendement européen de l'onduleur Sunny Boy 4 000 TL, dont la courbe de rendement est donné ci-dessous :

Courbe de rendement des onduleurs Sunny Boy 4 000 TL et 5 000 TL



Selon la fiche technique de cet onduleur (télécharger la fiche technique), la puissance nominale de sortie, côté AC, de cet onduleur est Pnominale = 4 000 W.
Tout d'abord, relevons les valeurs du rendement de l'onduleur pour les puissances suivantes :
  • 5 % × Pnominale = 200 W.
  • 10 % × Pnominale = 400 W.
  • 20 % × Pnominale = 800 W.
  • 30 % × Pnominale = 1 200 W.
  • 50 % × Pnominale = 2 000 W.
  • 100 % × Pnominale = 4 000 W.
Les valeurs du rendement pour ces puissances ci-dessus sont déterminées graphiquement grâce à la courbe de rendement de l'onduleur Sunny Boy 4 000 TL, donnée dans la fiche technique :

Calcul du rendement européen
Graphiquement, nous trouvons :
  • η5 % = 86.8 %.
  • η10 % = 92.43 %.
  • η20 % = 95.48 %
  • η30 % = 96.34 %.
  • η50 % = 96.95 %.
  • η100 % = 97.05 %
Soit un rendement européen qui vaut :

ηeuro = 0.03 × η5 % + 0.06 × η10 % + 0.13 × η20 % + 0.10 × η30 % + 0.48 × η50 % + 0.20 × η100 %

ηeuro = 0.03 × 86.8 + 0.06 × 92.43 + 0.13 × 95.48 + 0.10 × 96.34 + 0.48 × 96.95 + 0.20 × 97.05

ηeuro = 96.14 %
D'après nos calculs, le rendement européen de l'onduleur Sunny Boy 4 000 TL est de 96.14 %. La fiche technique annonce un rendement européen de 96.4 %. L'écart est minime et peut s'expliquer par le fait que nous avons déterminé graphiquement les valeurs du rendement, ce qui induit une certaine marge d'erreur.