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Explorer les mythes des optimiseurs de puissance CC traditionnels

Par Blair Reynolds, chef de produit, stockage d'énergie, SMA America

Comprendre la technologie traditionnelle DC Optimizer
Pour comprendre le fonctionnement d'un optimiseur de puissance, il est d'abord nécessaire de comprendre qu'un optimiseur de puissance n'est en fait qu'un convertisseur buck-boost avec des communications intégrées. Un convertisseur abaisseur-élévateur est un type de convertisseur CC-CC dont l'amplitude de la tension de sortie est supérieure ou inférieure à l'amplitude de la tension d'entrée. Il fonctionne en ajustant simplement la tension CC à la hausse ou à la baisse. Les onduleurs string modernes ont également ce composant intégré, mais il est communément appelé entrée MPPT (Maximum Power Point Tracking).

Une architecture système basée sur un optimiseur de puissance est en fait construite sur une topologie d'onduleur de chaîne. Les groupes de modules PV sont connectés ensemble en chaînes en série. La principale différence est que l'étage DC: DC de l'onduleur n'est pas intégré à l'onduleur, mais est plutôt distribué à travers le générateur photovoltaïque. En réalité, les optimiseurs de puissance «optimisent» la tension de la chaîne pour qu'elle corresponde à la tension d'entrée de conception de l'onduleur (typ. 380 ou 400 Vcc pour les systèmes monophasés).

Mythe: les optimiseurs de puissance génèrent plus d'énergie pour les panneaux photovoltaïques ombragés
Ce mythe est basé sur les affirmations marketing selon lesquelles les optimiseurs de puissance produisent plus d'énergie lorsqu'un ou plusieurs modules sont ombrés. Bien que la base de cette affirmation soit vraie, plus de puissance n'entraîne pas toujours plus de rendement énergétique. Permettez-moi d'expliquer: comme je l'ai mentionné ci-dessus, l'optimiseur de puissance remplit la même fonction que l'étage DC: DC sur un onduleur de chaîne moderne – la principale différence étant qu'ils sont répartis sur le tableau plutôt que intégrés à l'onduleur. Semblable au traqueur de point de puissance maximum d'un onduleur de chaîne moderne, les optimiseurs de puissance ajustent la tension de fonctionnement des modules PV pour qu'elle corresponde à la tension de chaîne CC requise pour faire fonctionner l'onduleur. Lorsqu'un ou plusieurs modules PV de la chaîne deviennent fortement ombragés (par rapport aux autres modules de la chaîne), la fonction de l'optimiseur de puissance se comporte beaucoup comme MPPT car le chemin du courant à travers ces parties ombrées des modules PV a été essentiellement contourné ( pas par l'optimiseur, mais plutôt par les diodes de dérivation du module PV). L'optimiseur de puissance fonctionnera donc (1/3) ou (2/3) du module à un point de puissance maximum basé sur la tension de sortie réduite du module ombré.

Maintenant, considérez que le moment de la journée où les ombres sont les plus longues est tôt le matin et en fin d'après-midi. Pendant ces moments de la journée, l'irradiance est également la plus faible. Par conséquent, un 4-5% Puissance le gain le matin ne se traduit pas par beaucoup d'énergie supplémentaire rendement. En fait, un certain nombre d'études suggèrent que la consommation d'énergie interne des optimiseurs de tension et d'augmentation de la tension toute la journée l'emporte sur la récolte d'énergie supplémentaire tôt et tard dans la 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 scénario, je remettrais en question la valeur de placer le (s) module (s) à cet emplacement en premier lieu. Si l'ensemble de la baie est ombré uniformément (comme à partir d'un cloud par exemple), les optimiseurs de puissance ne fournissent aucune puissance ou énergie supplémentaire significative.

Mythe: les optimiseurs de puissance traditionnels génèrent plus d'énergie supplémentaire qu'ils n'en consomment
Les optimiseurs de puissance sont sujets à des pertes de tare associées à l'exécution de l'électronique de puissance embarquée et des communications sur courant porteur. Ces appareils consomment de la puissance de traitement et ils aspirent cette puissance des modules PV à toute heure les modules PV sont en fonctionnement. De plus, les optimiseurs de puissance réduisent ou augmentent presque constamment la tension toute la journée, tous les jours. Rappelez-vous: contrairement à un micro-onduleur qui fonctionne vraiment indépendamment, le travail d'un optimiseur de puissance consiste à faire fonctionner le module à une tension qui permet au groupe agrégé d'une chaîne de correspondre à la tension du bus CC (380 ou 400 V) nécessaire pour faire fonctionner l'onduleur. Dans des conditions de fonctionnement sous-optimales (par exemple, en cas de non-correspondance de module ou d'ombrage), les optimiseurs sont obligés d'ajuster leur tension de fonctionnement de sorte que l'efficacité de l'optimiseur soit réduite. Plus les conditions de fonctionnement se détériorent, l'efficacité de l'optimiseur diminue en conséquence, car les appareils sont obligés de travailler plus fort pour régler la tension.

Et puis il y a l'augmentation de la chute de tension (qui n'est pas prise en compte sur la fiche technique de l'optimiseur de puissance). Un optimiseur de puissance ajoute 8,84 pieds de câble 12 AWG supplémentaire (y compris les câbles d'entrée et de sortie) à chaque module auquel il est connecté. Ce câble supplémentaire crée à lui seul une chute de tension d'environ 0,27 Volts perdus 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, en raison uniquement 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'usines se soucient le plus des économies, qui sont directement liées au rendement énergétique.

Il existe une meilleure façon d’optimiser les systèmes photovoltaïques: ShadeFix
Il a été prouvé que l'optimisation SMA ShadeFix produit plus d'énergie que les optimiseurs traditionnels. Et si cela ne suffisait pas, une technologie supérieure et un nombre réduit de composants réduisent les besoins de service à vie et peuvent réduire de moitié le nombre de camions.

Pour en savoir plus sur l'optimisation ShadeFix, visitez https://www.sma-america.com/shadefix.html.

Pour en savoir plus sur les autres mythes des optimiseurs de puissance CC, consultez les parties 1, 2 et 3 de notre série de blogs.

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