Séminaire de Solis Épisode 37 : Considérations essentielles lors la sélection d’onduleur pour les projets photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV)

Contexte

Afin de mieux répondre au changement climatique et de promouvoir le développement de l'économie d'énergie et de la réduction du carbone, les bâtiments seront le centre du développement ultérieur de nouvelles énergies. La combinaison organique d'un système solaire photovoltaïque et de bâtiments rend simple et pratique la création de bâtiments verts avec un profil d'émissions de carbone réduit. Les installations BIPV garantissent également que la conception de toute nouvelle construction prend en compte son profil énergétique dès le début pour créer une architecture plus esthétiquement satisfaisante.

Ce séminaire de Solis partagera les caractéristiques des projets BIPV et les points clés de la sélection d'onduleur.

Caractéristiques du projet BIPV

Dans un projet BIPV, le système solaire PV doit être conçu en fonction des caractéristiques structurelles du bâtiment lui-même. Habituellement, la surface du toit de certains bâtiments n'est pas suffisante, de plus, d'autres zones du bâtiment doivent être utilisées. Il peut s'agir des murs-rideaux solaires, des toits d'éclairage par la lumière du jour, des ombrages, etc.

En raison des exigences esthétiques des projets BIPV, les panneaux solaires sont davantage axés sur le verre de production d'électricité, les cellules bi-verre et les cellules à couche mince. Les cellules à couche mince ont une excellente transmittance de lumière et une excellente esthétique, présentent de meilleures performances dans des conditions de faible éclairage et ont de meilleures performances d'absorption de la lumière diffusée. La solution BIPV de mur-rideau est probablement le choix le plus courant. Les modules à couche mince sont principalement constitués de séléniure de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS), de tellurure de cadmium (CdTe), de pérovskite (PSC) et d'autres types de matériaux similaires. Ces différents parcours pour les matériaux sont mieux adaptés à différentes solutions et généralement lorsque la conception pilote la configuration de l'onduleur.

De plus, en raison de la structure complexe et des orientations diverses des projets BIPV, en particulier pour des projets combinant multiples formes d'application, il est nécessaire de prendre pleinement en compte la structure du projet, les problèmes électriques et de sécurité lors de la conception du système PV.

Sélection d'onduleur du projet BIPV

Les principales caractéristiques d'un projet BIPV peuvent varier. Il y a de nombreux scénarios d'application architecturale, tels que les toits plats, les toits inclinés, les murs-rideaux, les toits transparents, les pare-soleil, etc. De plus, l'angle d'inclinaison peut être complexe et la sélection de matériaux peut être diversifiée. Les problèmes suivants doivent donc être pris en compte lors de la sélection d'un onduleur.

Les projets BIPV conviennent parfaitement aux onduleurs de chaîne

L'orientation, l'inclinaison et la sélection des modules d'un projet BIPV peuvent être complexes et diverses. Vous devriez essayer de choisir un onduleur de chaîne avec plusieurs MPPT, afin que le système photovoltaïque ait un meilleur avantage de suivi de puissance maximale et relève efficacement les défis mentionnés ci-dessus.

Les panneaux solaires de différents types et matériaux ont besoin d'un onduleur compatible

Dans un projet BIPV, en raison d'exigences esthétique, différentes zones du bâtiment utiliseront différents panneaux photovoltaïques. Par exemple, les toits plats utilisent des panneaux en silicium cristallin, les zones transmettant la lumière utilisent le verre de production d'énergie photovoltaïque et les murs utilisent des panneaux photovoltaïques à couche mince. Par conséquent, il faut sélectionner un onduleur approprié pour la configuration en fonction des matériaux de panneau solaire sélectionnés.

Si le matériau est un module en silicium cristallin ou un panneau photovoltaïque à couche mince en tellurure de cadmium, vous pouvez utiliser un onduleur photovoltaïque avec une topologie sans transformateur et le configurer selon la méthode classique.

Si le panneau photovoltaïque utilise une cellule à couche mince qui exige une mise à la terre par le pôle négatif, étant donné que le panneau est mis à la terre par le pôle négatif, la possibilité de fuite de courant continu et les risques potentiels en matière de sécurité liés au choc électrique pour le personnel sont accrus. Dans ce cas, il est recommandé d'utiliser un onduleur à topologie avec transformateur haute fréquence.

L'alternative consiste à installer un onduleur sans transformateur PLUS la solution de transformateur de fréquence industrielle.

Configuration utilisant un onduleur à topologie avec transformateur haute fréquence

Avantages :

- Pas besoin de connecter un transformateur de fréquence industrielle externe

- Simple à installer

Désavantages :

- Les onduleurs à topologie d'isolement haute fréquence ne sont pas courants, ce qui les rend plus difficile à acheter

- La limitation de puissance du transformateur d'isolement interne ne permet pas la réalisation d'un seul produit haute puissance. Cela peut entraîner des difficultés dans la configuration de projets à grande échelle

- Le rendement d'onduleur est faible en raison du transformateur interne

Configuration utilisant un onduleur à topologie sans transformateur + transformateur de fréquence industrielle

Pour les onduleurs à topologie sans transformateur, dans une solution de panneaux photovoltaïques à couche mince, un transformateur de fréquence doit être traité à l'extrémité de sortie. Le primaire du transformateur n'est pas mis à la terre et les transformateurs triphasés sont recommandés pour utiliser la méthode de connexion «△, Y », et l'extrémité la plus proche de l'onduleur est « △ ».

La borne de la boîte de distribution est une connexion de type « Y » et le point neutre peut être connecté ou non connecté (selon la situation réelle du site). L'onduleur est alors connecté à la terre de protection sans mise à la terre électrique. La capacité recommandée est de 1,1 fois la capacité nominale de l'onduleur.

Avantages :

- Les onduleurs sans transformateur sont courants, faciles à acheter et relativement peu coûteux.

- Les onduleurs sans transformateur sont largement utilisés dans le monde entier, de 700W à 320kW.

- La configuration du système et la sélection du produit sont simples.

Désavantages :

- Un transformateur d'isolement de fréquence externe est requis.

L'onduleur sélectionné doit avoir une fonction forte de suppression de fuite de courant

Étant donné que la plupart des projets BIPV utilisent des panneaux photovoltaïques à couche mince, la distance entre les panneaux solaires et le montage est proche, de sorte que la capacité à la terre est plus grande et la fuite de courant est relativement importante. Si le support est en métal, la surface de la feuille métallique est grande et mince, et la fuite de courant vers le sol sera plus importante.

Même si une mise à la terre par le pôle négatif est utilisée, il y aura des problèmes de fuite de courant qui affecteront la sécurité et les performances du système.

Les produits d'onduleurs sélectionnés nécessitent une forte fonction de suppression de fuite de courant.

L'onduleur doit avoir une protection de sécurité active et des fonctions de support

Pour les systèmes PV utilisés dans les bâtiments, la protection de sécurité est très importante, en particulier en ce qui concerne les fonctions de risque d'incendie. Par conséquent, les onduleurs doivent disposer des fonctions de support telles que l'interruption de circuit sur défaut d'arc (AFCI) et l'arrêt rapide (RSD) pour garantir une protection complète du système et une exploitation et une maintenance sûrs ultérieurs.

L'onduleur doit disposer d'une plate-forme O&M en ligne dédiée

La conception du projet BIPV intègre des caractéristiques architecturales. Par conséquent, par rapport aux projets photovoltaïques traditionnels, son exploitation et sa maintenance (O&M) ultérieures peuvent être plus difficiles et coûteuses. La sélection de produits d'onduleur offrant un vaste choix d'outils d'exploitation et de maintenance en ligne garantit que le système offre une exploitation et une maintenance intelligentes et pratiques.

Conclusion

Les produits du projet BIPV font pleinement usage de la surface du bâtiment, ce qui peut augmenter efficacement la puissance par unité de surface de 60%. Le développement de bâtiments verts a une grande importance pour l'économie d'énergie et la réduction des émissions de la société. Le BIPV est sans aucun doute l'une des directions clés du développement solaire et il est important de sélectionner des onduleurs appropriés en fonction des caractéristiques individuelles de l'installation.