Etude : Mettre 2 modules sur un seul micro-onduleur.

Etude : Mettre 2 modules sur un seul micro-onduleur.
Est-il possible de brancher deux modules sur un seul micro-onduleur ? C'est une question qui est
intéressante pour plusieurs raisons :
– d'un point de vue économique. On économise le prix d'un micro-onduleur.
– d'un point de vue technique. Un module ne donne que rarement sa pleine puissance, donc
pourquoi pas mettre deux modules sur le même micro-onduleur ? C'est également le cas si
les modules ont des orientations différentes.
– pour limiter le surplus. En effet, le micro-onduleur écrêtant automatiquement sa puissance
AC, on peut ainsi « couper » le pic de puissance de midi. Cette raison est plus ou moins
discutable. Il faut peser le pour et le contre entre : éviter de donner du courant gratuit au
réseau, perdre du courant « vert », éviter un pic de production sur le réseau (on est encore
loin d'être dans ce cas de figure!).
Rappel sur les branchements des modules. Si on a deux modules ayant comme courant et tension
U1, I1 et U2, I2. Alors :
– si on les branche en série les tensions vont s'additionner et le courant sera constant : U = U1
+ U2 et I sera entre I1 et I2
– si on les branche en parallèle, ce sont les courants qui vont s'additionner et la tension sera
constante : I = I1 + I2 et U sera entre U1 et U2.
Lors d'un branchement en série, il est donc important que les courants des modules soient du même
ordre de grandeur. Inversement, lors d'un branchement en parallèle, ce sont les tensions qui doivent
être du même ordre de grandeur.
Ce rappel étant fait, il faut regarder les caractéristiques techniques du micro-onduleur. En général,
ils ont une tension max assez faible (et pas de protection de surtension) ce qui interdit presque à
chaque fois un branchement des modules en série. La seule solution restante est donc un
branchement en parallèle.
Question : les modules doivent-ils avoir la même orientation ? La réponse est non. En effet, la
tension variant peu en fonction de l'irradiance, la tension finale de la mise en parallèle sera assez
proche de la tension de chaque module.
Sur un module classique de 250 Wc de 60 cellules, on a les courbes suivantes :
© MICES
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On peut faire une simulation numérique pour voir ce que cela donne. On va comparer sur une
journée l'évolution de la tension entre un module orienté Sud, un Est, un Ouest et le résultat si on
met en parallèle le module à l'Est avec celui à l'Ouest. L'inclinaison est de 20° et la localisation du
coté de Brest (pour un mois de novembre).
Comme on peut le voir, on n'a pas de grosse différence de tension. Si on regarde ce qui se passe au
niveau des courants, on observe ceci :
© MICES
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L'évolution du courant est bien fonction de son orientation par rapport au Soleil. Pour le module au
Sud, on a le courant maximal à midi. Le module à l'Est a son courant maximal avant midi et celui à
l'Ouest après midi.
Enfin, si on regarde au niveau de la puissance :
Le pic de puissance de midi est bien sérieusement raboté dans la configuration Est + Ouest par
rapport au cas de deux modules au Sud. Si on regarde au niveau de l'énergie, cela représente une
perte de production de plus de 30%.
© MICES
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Les simulations précédentes ont été réalisé pour un mois de novembre et un ciel bleu foncé. Il est
intéressant de voir ce qui se passe sur un mois de mai où l'on a les plus fortes productions.
Dans le cas de deux modules au Sud, nous avons pour la puissance :
Comme on peut le voir, si on met les deux modules sur un seul micro-onduleur, on a un fort
écrêtage (et on ne tient pas compte qu'on dépasse le courant max du micro-onduleur). Cela
représente une perte en énergie de 33%.
Dans le cas d'un module à l'Est plus un module à l'Ouest, nous avons :
© MICES
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Nous avons encore un écrêtage avec un seul micro-onduleur mais moins important. Cela représente
une perte en énergie de 26%. On dépasse encore le courant max du micro-onduleur (14,7 A contre
12 A autorisé). On risque donc d'avoir un vieillissement prématuré du micro-onduleur.
On peut faire le calcul sur une année complète en regardant la puissance max de chaque jour.
Toujours avec une inclinaison de 20° mais avec un ciel bleu. Pour une orientation Sud, on a :
L'écrêtage est pratiquement présent sur toute l'année. Au niveau de l'énergie, cela représente une
perte de 23% sur l'année.
Considérons maintenant le cas Est plus Ouest :
© MICES
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On a un écrêtage sur environ la moitié de l'année. A noter que la courbe de puissance pour un
module à Est est identique à celle à l'Ouest. La perte en énergie annuelle est maintenant d'environ
15%.
Cette perte est finalement pas trop importante et pourrait être acceptable. Reste qu'on a quand même
sur certaine période des courants supérieurs au courant max du micro-onduleur. Il faudrait
également considérer cette perte sur la durée de vie du micro-onduleur (20 ans). Grosso modo cela
représente le prix du micro-onduleur donc on n'a rien gagné sauf à solliciter plus fortement le
micro-onduleur et potentiellement réduire sa durée de vie. Le seul cas où on pourrait dire qu'on est
« gagnant », c'est dans le cas où cette perte serait un surplus envoyé gratuitement sur le réseau.
Quelques remarques complémentaires :
L'évolution de la tension au niveau du micro-onduleur sur l'année :
On voit qu'elle fluctue entre 28 et 29,5 V. L'explication est la température. En effet, la tension d'un
module diminue lorsque la température augmente. C'est la principale raison de la perte de puissance
des modules en cas de forte chaleur.
Pour éviter d'avoir un courant trop fort, on peut imaginer d'incliner plus fortement les modules.
Avec une inclinaison de 40°, on ne devrait plus dépasser les 12 A.
© MICES
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La perte en énergie annuelle ne serait plus que de 8%. Bien entendu, on aura produit moins que
dans le cas où l'inclinaison était de 20°, soit environ 8% de moins.
Conclusion : Y a pas de miracle ! On aura beau faire, le Soleil sera toujours plus faible en hiver
qu'en été (on n'est pas à l'équateur !). Idéalement, il faudrait pouvoir suivre la trajectoire du Soleil
afin que le module soit bien en face en hiver et un peu décalé en été pour réduire la puissance.
En tout cas, cette petite étude montre que le gain (financier) que l'on peut espérer en évitant l'achat
d'un micro-onduleur n'est pas si évident que ça. Outre le fait qu'on n'a pas forcément la possibilité
d'avoir l'orientation et l'inclinaison optimales, on risque de réduire la durée de vie du microonduleur en le faisant fonctionner trop souvent au maximum de ses capacités.
Vous pouvez vous amusez à faire des simulations avec le programme PC que vous pouvez
télécharger en suivant ce lien [http://mices.fr/Documents/Onduleur_Cut.zip ].
Pour démarrer, il faut :
– renseigner sa position géographique (la fonction GPS utilise Google Maps)
– renseigner les données techniques du module et de l'onduleur. Un fichier pour le module
FuturaSun 255 Wc et le micro-onduleur Enphase M215 sont fournis à titre d'exemple
– renseigner l'orientation et l'inclinaison des deux modules
– choisir ce que l'on veut afficher (courant, tension, puissance, énergie)
– choisir le jour, le mois ou l'année pour la simulation
– lancer le calcul
Le programme calcule pas mal de chose mais j'ai limité aux données les plus intéressantes. A noter
qu'il propose deux types de puissance (et l'énergie associée). L'une « directe » est obtenue
simplement en utilisant les calculs de rendement surfacique du module. La seconde « calcul » est
obtenue plus techniquement en modélisant la caractéristique du module. C'est cette dernière
méthode qui est utilisée quand on met les deux modules sur un seul micro-onduleur.
C'est un programme de « test », il n'est pas exempt de bug !
Have Fun !
© MICES
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