Les 10 mythes les plus courants sur les optimiseurs photovoltaïques au niveau du module (1/3)

D’après une étude universitaire, la technologie d’optimisation SMA ShadeFix est plus performante que la plupart des solutions hardware conventionnelles pour la gestion de l’ombrage, y compris dans les situations partiellement ombragées. Dans cette série en trois parties, nous allons démystifier les idées reçues les plus courantes et faire la lumière sur l’impact des technologies MLPE sur les performances d’une installation photovoltaïque.

Comprendre la technologie des optimiseurs traditionnels

Pour comprendre le fonctionnement d’un optimiseur de puissance, il faut d’abord comprendre qu’un optimiseur de puissance n’est autre qu’un convertisseur DC-DC avec des communications intégrées. Il fonctionne en ajustant simplement la tension DC vers le haut ou vers le bas. Les onduleurs strings modernes intègrent également ce composant, mais il est communément appelé entrée MPPT (Maximum Power Point Tracking).

L’architecture d’un système basé sur un optimiseur de puissance est en fait construite sur la topologie d’un onduleur string. Des groupes de modules photovoltaïques sont connectés ensemble dans des strings en série. La principale différence réside dans le fait que la partie DC:DC de l’onduleur n’est pas intégrée à l’onduleur, mais qu’elle est répartie sur le groupe de modules PV. Ce que les optimiseurs de puissance font en fait, c’est « optimiser » la tension des strings pour qu’elle corresponde à la tension d’entrée de l’onduleur (typ. 380 ou 400 Vdc pour les systèmes monophasés).

C’est logique, non ? Bon, passons maintenant aux mythes :

Mythe n° 1 : Les optimiseurs de puissance génèrent plus d’énergie pour les panneaux photovoltaïques ombragés.

Ce mythe est basé sur des affirmations commerciales selon lesquelles les optimiseurs de puissance produisent plus de puissance lorsqu’un ou plusieurs modules photovoltaïques sont ombragés. Bien que la base de cette affirmation soit vraie, plus de puissance ne se traduit pas toujours par un meilleur rendement énergétique. Permettez-moi de m’expliquer : Comme je l’ai mentionné plus haut, l’optimiseur de puissance remplit la même fonction que la partie DC:DC d’un onduleur string moderne – la principale différence étant qu’elle est répartie sur le champ photovoltaïque plutôt qu’intégrée à l’onduleur. Tout comme le dispositif de suivi du point de puissance maximale d’un onduleur string moderne, les optimiseurs de puissance ajustent la tension de fonctionnement des modules PV pour qu’elle corresponde à la tension continue de la chaîne requise pour faire fonctionner l’onduleur. Lorsqu’un ou plusieurs modules PV de la chaîne sont fortement ombragés (par rapport aux autres modules de la chaîne), la fonction de l’optimiseur de puissance ressemble beaucoup à celle du MPPT, car le chemin du courant à travers ces parties ombragées des modules PV a été essentiellement contourné (non pas par l’optimiseur, mais plutôt par les diodes de dérivation des modules PV). L’optimiseur de puissance fera donc fonctionner (1/3) ou (2/3) du module à un point de puissance maximale en fonction de la tension de sortie réduite du module ombragé.

Considérons maintenant que le moment de la journée où les ombres durent le plus longtemps est le début de la matinée et la fin de l’après-midi. À ces moments de la journée, l’irradiance est également la plus faible. Par conséquent, un gain de puissance de 4 à 5 % le matin ne se traduit pas par un rendement énergétique supplémentaire très important. En fait, un certain nombre d’études suggèrent que la consommation d’énergie interne des optimiseurs, qui augmentent et diminuent la tension toute la journée, l’emporte sur la production d’énergie supplémentaire en début et en fin de journée. Les optimiseurs de puissance n’apporteraient un avantage significatif en termes de rendement énergétique que si un ou plusieurs modules étaient fortement ombragés en milieu de journée. Dans ce cas, je m’interrogerais sur l’intérêt de placer le(s) module(s) à cet endroit en premier lieu. Si l’ensemble du réseau est uniformément ombragé (par exemple par un nuage), les optimiseurs de puissance n’apportent aucune puissance ou énergie supplémentaire significative.

Mythe n° 2 : Les optimiseurs de puissance traditionnels génèrent plus d’énergie supplémentaire qu’ils n’en consomment.

Les optimiseurs de puissance sont soumis à des pertes de tare associées au fonctionnement de l’électronique de puissance embarquée et des communications par courant porteur. Ces dispositifs consomment de l’énergie de traitement et aspirent cette énergie des modules PV à chaque fois que les modules PV sont en fonctionnement. De plus, les optimiseurs de puissance sont presque constamment en train d’augmenter ou de diminuer la tension, toute la journée, tous les jours. N’oubliez pas : contrairement à un micro-onduleur qui fonctionne vraiment de manière indépendante, le rôle d’un optimiseur de puissance est de faire fonctionner le module à une tension qui permet à l’ensemble du groupe d’une chaîne de correspondre à la tension du bus DC (380 ou 400 V) nécessaire au fonctionnement de l’onduleur. Dans des conditions de fonctionnement non optimales (par exemple, en cas d’inadéquation des modules ou d’ombrage), les optimiseurs sont contraints d’ajuster leur tension de fonctionnement de manière à réduire leur efficacité. Plus les conditions de fonctionnement sont mauvaises, plus l’efficacité de l’optimiseur diminue, car les dispositifs sont contraints de travailler davantage pour ajuster la tension.

Et puis, il y a la chute de tension accrue (qui n’est pas prise en compte dans la fiche technique de l’optimiseur de puissance). Un optimiseur de puissance ajoute 2,5 mètres de câble supplémentaire de section 2.5mm² (incluant les câbles d’entrée et de sortie) à chaque module auquel il est connecté. Ce seul câble supplémentaire crée une chute de tension d’environ 0,27 volt par optimiseur en plein soleil. Cela représente plus de 145 watts de puissance perdue dans un système de 12 kWc, ce qui correspond à plus de 265 kWh de production solaire perdue par an, uniquement à cause du câblage supplémentaire. Remarque : ce calcul ne tient pas compte des pertes résistives supplémentaires associées aux quatre connecteurs supplémentaires par optimiseur de puissance.

En fin de compte, les propriétaires d’installations se soucient surtout des économies, qui sont directement liées au rendement énergétique.

Mythe n° 3 : les optimiseurs de puissance détectent les modules PV « défaillants ».

Pour comprendre ce mythe, il faut d’abord savoir quand et comment les modules PV tombent en panne. Ce sujet mériterait à lui seul un article, mais en résumé, le taux de défaillance des modules PV est incroyablement faible, surtout si on le compare au taux de défaillance des optimiseurs de puissance.

Les principales causes de défaillance des modules sont les suivantes :

#1) Dommages causés aux câbles par les rongeurs ou la gestion des fils. Cela se traduit généralement par un défaut de terre ou un défaut d’arc. Dans les deux cas, l’ensemble de l’installation photovoltaïque sera (ou est censé être) hors ligne. Les optimiseurs n’auront pas d’impact sur ce scénario.

#2) Le stress environnemental qui entraîne des défaillances de la soudure, une délamination ou une pénétration d’humidité. Le résultat est souvent un court-circuit à l’intérieur du module PV. Cette situation est (censée être) détectée par la mesure d’isolement de l’onduleur et rendrait l’ensemble de l’installation PV inopérante tant que la situation persiste. Les optimiseurs n’auront pas d’impact sur ce scénario.

#3) Points chauds dus à l’ombrage « persistant » d’objets proches. L’optimiseur de puissance n’empêchera pas ce phénomène. Seules les meilleures pratiques de conception du système en matière de placement des modules permettront d’éviter cette situation.
La triste vérité est que la plupart des installateurs utilisent les capteurs de surveillance du niveau des modules intégrés aux optimiseurs de puissance pour détecter – devinez quoi – les optimiseurs de puissance défaillants !

Mythe n° 4 : Les optimiseurs de puissance traditionnels sont efficaces à 99 %.

Alors que le composant d’inversion de puissance (c’est-à-dire l’onduleur) du système peut avoir un rendement européen de 98.8%. Il n’existe aucune méthode normalisée pour tester ou vérifier le rendement européen d’un optimiseur de puissance au niveau du module. La fiche technique peut indiquer un « rendement pondéré » pour l’optimiseur de puissance, mais il s’agit d’un terme commercial sans définition commune ni test normalisé. Bien qu’il puisse y avoir un point de fonctionnement d’un optimiseur où il opère à une efficacité de 99 %, la plupart des points de fonctionnement opèreront probablement à une efficacité bien inférieure à 99 %, attribuable à des pertes supplémentaires dans votre système PV.

Plus la tension réelle de la chaîne est éloignée de la tension de fonctionnement fixe de l’onduleur (aussi appelée  » tension optimisée « ), plus le rendement de la chaîne PV est faible.

Découvrez la suite de ces mythes sur les optimiseurs de puissance dans le deuxième article de notre série.