Onduleur hybride pour panneaux solaires : types, aperçu des meilleurs modèles + particularités de connexion
Les systèmes d'alimentation électrique utilisant simultanément l'alimentation traditionnelle et l'électricité solaire constituent une solution économiquement viable pour les habitations privées, les villages de maisons de campagne, les lotissements de vacances et les locaux industriels.
L'élément indispensable du système est l'onduleur hybride pour panneaux solaires, qui détermine les modes de fourniture de tension et assure la continuité et l'efficacité du fonctionnement du système solaire.
Pour que le système fonctionne efficacement, il faut non seulement choisir le modèle optimal, mais aussi le connecter correctement. Et comment faire – nous le verrons dans notre article. Nous examinerons également les types de convertisseurs existants et les meilleures offres du marché à ce jour.
Contenu de l’article :
Évaluation des capacités de l'onduleur hybride
L'utilisation de l'énergie solaire renouvelable en combinaison avec l'alimentation électrique centralisée offre plusieurs avantages. Le fonctionnement normal d'un système solaire est assuré par le travail coordonné de ses principaux composants : les panneaux solaires, le contrôleur de charge, la batterie, ainsi que l'un des éléments clés – l'onduleur.
L'onduleur du système solaire est un appareil qui convertit le courant continu (DC) provenant des panneaux photovoltaïques en électricité alternative. C'est sous un courant de 220 V que fonctionnent les appareils électroménagers. Sans onduleur, la production d'énergie est inutile.

Il est préférable d'évaluer les capacités du modèle hybride en les comparant aux caractéristiques de fonctionnement de ses concurrents les plus proches – les convertisseurs autonomes et réseau.
Type de convertisseur réseau
L'appareil fonctionne sur les charges du réseau électrique général. La sortie du convertisseur est connectée aux consommateurs d'électricité, au réseau AC.
Le schéma est simple, mais prrésente plusieurs limitations :
- fonctionnement en présence de courant alternatif sur le réseau ;
- la tension du réseau électrique doit être relativement stable et correspondre à la plage de fonctionnement du convertisseur.
Cette variété est demandée dans les maisons indiviuelles bénéficiant d'un tarif « vert » pour l'électrification.

Variante autonome de l'appareil
L'appareil est alimenté par la batterie, qui reçoit la charge des panneaux solaires via un contrôleur MPPT. Le système utilise des batteries de différents types, y compris des batteries au lithium de haute technologie.
Lorsque le dispositif de stockage est « plein », l'ecédent d'électricité est transmis à l'entrée de l'onduleur, dont la sortie est connectée aux consommateurs finaux AC.
En cas de manque d'activité solaire, l'énergie est prélevée des batteries et subit une « conversion » via l'onduleur de tension.
Caractéristiques de fonctionnement de l'installation autonome :
- possibilité de fonctionnement indépendant en l'absence de courant alternatif réseau ;
- certains modèles supportent un mode de fonctionnement selon le tarif « vert » ;
- Rendement des installations : 90-93 %.
Pour assurer une autonomie totale de l'installation, un calcul précis de la puissance des panneaux solaires et une capacité énergétique suffisante de la batterie sont nécessaires.

Type d'onduleur hybride
Ce modèle se distingue des dispositifs décrits ci-dessus par une « architecture » de fabrication particulière. À l'intérieur, un schéma électrique spécial est prévu, permetant, en mode convertisseur, de fonctiionner en parallèle avec une source de courant (réseau, générateur).
Simultanément, la charge est alimentée par le réseau central et par les panneaux solaires, la priorité étant accordée à la source de courant continu.

Les avantages concurrentiels résident dans la multifonctionnalité des onduleurs de type hybride :
- Réseau – une sorte de batterie de grande capcité avec un rendement de 100 %. Tous les excédents produits par les panneaux photovolataïques peuvent être redirigés vers le réseau cental selon le tarif « vert ».
- Assurance d'une alimentation ininterrompue. En cas de coupure de l'alimentation électrique principale, le système passe en mode autonome, protégeant tous les consommateurs des « fluctuations » de tension.
- Augmentation de la limite de puissance du réseau en cas de pics de charge grâce à l'apport d'énergie du complexe batterie-onduleur.
Lorsque la consommation diminue, le complexe solaire passe en mode charge et, après un certain temps, il est à nouveau prêt à être utilisé. La fonction de double puissance peut être désignée : Smart Boots, Power Shaving, Grid support.
L'ajout de puissance s'effectue selon les principes suivants :
- si la puissance utilisée est inférieure à la consommation maximale du réseau, en plus de l'alimentation de la charge, on procède à la charge de la batterie d'accumulation ;
- en l'absence de tension dans le réseau, l'énergie électrique provenant de la batterie et convertie par l'onduleur est consommée ;
- si la charge dépasse la valeur limite de puissance du réseau, le manque est compensé par l'énergie électrique accumulée provenant du panneau solaire.
Les modes de fonctionnement énumérés sont capables de prendre en charge les modèles hybrides avec chargeur.

Variétés de convertisseurs de courant
En choisissant le « cœur » d'un système d'alimentation électrique autonome, il convient de bien confronter les tâches confiées à l'équipement avec ses capacités potentielles.
Les principales caractéristiques de classification des onduleurs hybrides sont : l'algorithme de changement des modes de fonctionnement, la forme de la tension de sortie et la possibilité de desservir un réseau monophasé ou triphasé.
Comparaison entre l'onduleur de secours (UPS) et l'installation hybride
Certaines entreprises induisent involontairement le consommateur en erreur en qualifiant un bloc d'alimentation sans interruption (UPS) d'onduleur hybride. Il semblerait que les deux appareils remplissent des tâches similaires, mais il existe une différence significative.
Un UPS est un onduleur avec un dispositif de charge. Le module assure d'abord l'utilisation de l'énergie de l'installation photovoltaïque, et en cas d'insuffisance, il bascule sur la consommation depuis le réseau.

Le fonctionnement du système en mode « saccadé » provoque un cyclage supplémentaire de la batterie et accélère son usure. Dans la plupart des UPS bon marché, la tension de seuil est réglée sans possibilité de réglage.
Dans les modèles d'onduleurs hybrides pour panneaux solaires, de telles variations sont exclues – l'appareil s'adapte à la puissance requise et fonctionne simultanément avec différentes sources de courant.
Vous pouvez choisir vous-même la consommation prioritaire. En général, l'accent est mis sur l'utilisation de l'énergie des panneaux solaires. Dans certains appareils hybrides, une option de limitation de la puissance provenant du réseau électrique est prévue.

Variétés selon la forme du signal de l'onduleur
Les convertisseurs de courant des panneaux solaires sont classés selon le type de signal de sortie.
On distingue :
- sinusoïde pure ;
- sinus modifié (quasi-sinusoïde) ;
- onde carrée.
La dernière variante n'est pratiquement pas utilisée en pratique, car le changement brusque de polarité provoque des dysfonctionnements des appareils.

Qu'est-ce qu'une sinusoïde pure ?
Le convertisseur délivre un signal de haute qualité, supérieur à la forme du courant du réseau. C'est l'option optimale pour assurer le fonctionnement des appareils «sensibles» : chaudières de chauffage, compresseurs, moteurs électriques, équipements médicaux et appareils basés sur des alimentations à transformateur.

Caractéristiques de la quasi-sinusoïde
La transmission de l'énergie du signal sous forme d'onde sinusoïdale modifiée peut réduire l'efficacité de certains appareils, provoquer des bruits, causer des interférences ou entraîner une panne de l'équipement.
Lors de l'alimentation de transformateurs basse fréquence, de moteurs asynchrones et synchrones, on observe une perte de puissance de 20 à 30 %. Ce «défaut» est converti en énergie thermique, surchauffant inutilement les appareils.
Les onduleurs à signal pseudo-sinusoïdal se distinguent par leur compacité et leur coût abordable. Leur utilisation est recommandée pour alimenter des appareils sans charges inductives, conçus pour consommer des composantes actives de la puissance électrique.
Ce groupe comprend : les chauffages thermoélectriques, les lampes à incandescence des systèmes d'éclairage et autres dispositifs résistifs.

La forme du signal de sortie est indiquée dans la fiche technique de l'onduleur ou de l'alimentation sans interruption. Les désignations possibles : «Back» – garantie d'absence de sinusoïde pure, «Smart» – probabilité d'obtenir un courant de qualité en sortie.
Certains fabricants indiquent dans le document d'accompagnement le coefficient d'harmoniques (taux de distorsion non linéaire). Si ce paramètre est inférieur à 8 %, l'appareil délivre une sinusoïde quasi parfaite.
Modèles monophasés et triphasés
Les onduleurs monophasés sont principalement intégrés dans le circuit d'un système photovoltaïque domestique avec une tension standard de 220 V.
La plage de tension de sortie en connexion monophasée varie selon les modèles entre 210 et 240 V, la fréquence de sortie entre 47 et 55 Hz, la puissance entre 300 et 5000 W.
Les onduleurs monophasés sont conçus pour les tensions standard des batteries : 12, 24 et 48 V. Pour que le convertisseur ne fonctionne pas à la limite de ses capacités, il est nécessaire d'adapter la puissance du «convertisseur» à la tension du panneau solaire ou de la batterie.

Les onduleurs triphasés sont utilisés pour fournir un courant triphasé qui alimente les moteurs électriques. Leur utilisation principale est dans la production, les ateliers et les applications commerciales.
Les onduleurs triphasés se distinguent par une puissance élevée (3-30 kW) et une large plage de tension alternative de sortie (220 V / 400 V).
Il existe également sur le marché des modèles combinés. Ceux-ci incluent des onduleurs monophasés avec la possibilité de synchroniser les sorties du convertisseur avec un déphasage – ce qui permet d'alimenter des charges triphasées. Nous avons examiné tous les types d'équipements de conversion de courant provenant de panneaux solaires dans un autre de nos articles.
Paramètres de choix de l'onduleur solaire
L'efficacité du convertisseur et de l'ensemble du système d'alimentation électrique dépend en grande partie d'un choix judicieux des paramètres de l'équipement.
Outre les caractéristiques décrites ci-dessus, il convient d'évaluer :
- la puissance de sortie ;
- le type de protection ;
- la température de fonctionnement ;
- les dimensions de l'installation ;
- le rendement ;
- la présence de fonctions supplémentaires.
Examinons ces caractéristiques plus en détail.
Critère #1 – la puissance de l'appareil
La puissance nominale de l'onduleur « solaire » est choisie en fonction de la charge maximale du réseau et de l'autonomie prévue. En mode démarrage, le convertisseur peut fournir une augmentation temporaire de puissance lors de la mise en service de charges capacitives.
Cette période est typique lors de la mise en marche de lave-vaisselle, de machines à laver ou de réfrigérateurs.
Pour l'utilisation de lampes d'éclairage et de téléviseurs, un onduleur de faible puissance de 500 à 1000 W convient. En règle générale, il est nécessaire de calculer la puissance totale des appareils utilisés. La valeur requise est indiquée directement sur le boîtier de l'appareil ou dans le document d'accompagnement.

Critère #2 – le niveau de protection
Un onduleur solaire de qualité doit comporter plusieurs niveaux de protection. Les options possibles : système de refroidissement forcé, protection contre les courts-circuits, protection contre les chutes et les surtensions du réseau.
Il est également important de disposer d'un boîtier scellé et renforcé, empêchant la pénétration de poussière et d'humidité. L'indice de protection de l'équipement électrique est normalisé selon la norme IEC-952.

Pour les conditions d'exploitation en extérieur, les modèles avec l'indice «IP65» conviennent – la robustesse et la fiabilité de l'onduleur permettent son utilisation dans l'atmosphère extérieure.
Critère #3 – la température de fonctionnement et les dimensions
Un large intervalle de valeurs est un indicateur de la qualité de fabrication de l'onduleur. La valeur de cet indicateur est particulièrement importante lors de l'installation du convertisseur dans une pièce non chauffée.
Le poids est un indicateur indirect de la qualité de l'onduleur. Il existe une opinion selon laquelle plus le convertisseur est lourd, plus il est puissant. Cela s'explique par la présence d'un transformateur dans les équipements de haute puissance.
Dans les modèles «légers», l'absence de transformateur peut provoquer une panne de l'onduleur lors de l'application d'un courant de démarrage élevé.

Critère #4 – le rendement
Les experts recommandent d'acheter des «convertisseurs» de courant avec un rendement d'au moins 90 %. Ce n'est qu'avec ce paramètre que le fonctionnement du système solaire sera efficace et son installation justifiée. Perdre 10 % de l'énergie solaire est un «luxe» inacceptable.
Fonctionnalités supplémentaires. Les capacités avancées influent sur le coût de l'équipement et ne sont pas toujours demandées. Cependant, certaines options justifient les dépenses.
Parmi les «dispositifs» utiles et nécessaires, on trouve :
- ajout automatique de la puissance de l'onduleur à l'électricité du réseau ;
- réglage de la période de charge de la batterie ;
- sélection de la source de courant prioritaire ;
- prise en charge du fonctionnement avec différents types de batteries (alcalines, lithium fer phosphate, au gel, AGM, acides) ;
- possibilité de fonctionnement combiné avec un convertisseur réseau ;
- réglage de la valeur de tension – prévention des «pics» de tension secteur ;
- possibilité de mise à niveau de l'onduleur via des mises à jour du micrologiciel.
Les convertisseurs modernes peuvent être connectés à un PC pour la programmation et la surveillance.

Aperçu des convertisseurs hybrides populaires
Parmi les consommateurs, les onduleurs des sociétés étrangères ont reçu de bons avis : Xtender (Suisse), Prosolar (Chine), Victor Energy (Pays-Bas), SMA (Allemagne) et Xantrex (Canada). Le représentant national est MAP Sine.
Gamme d'onduleurs multifonctions Xtender
Convertisseur hybride Studer de la société Xtender – incarnation du standard suisse de qualité dans l'électronique de puissance. Les onduleurs solaires de la série Xtender se distinguent par leurs caractéristiques de robustesse exemplaires et leur vaste fonctionnalité.
Variété de modèles : XTS – modèles de faible puissance, XTM – modèles de puissance moyenne, XTN – onduleurs haute puissance.

Chaque série de convertisseurs hybrides Xtender possède les caractéristiques et options suivantes :
- sinusoïde pure de l'alimentation ;
- « apport » de puissance au réseau depuis la batterie ;
- lorsque la tension du réseau diminue, la consommation provenant de l'alimentation électrique centrale est réduite ;
- deux modes de sélection de priorité : le premier – « doux » avec appoint du réseau jusqu'à 10 %, le second – commutation totale sur batterie ;
- diversité des réglages d'installation ;
- gestion du fonctionnement du générateur de secours ;
- mode veille avec large plage de régulation ;
- surveillance à distance des paramètres du système.
Dans toutes les versions, il y a la fonction Smart Boost – connexion à différents « fournisseurs » d'alimentation (groupe électrogène, onduleur réseau) et Power Shaving – couverture garantie des charges de pointe.
Convertisseurs optimaux Prosolar Hybrid
Le modèle de fabrication chinoise offre de bonnes performances et un coût acceptable (environ 1200 unités conventionnelles). Le convertisseur optimise le fonctionnement des panneaux solaires en stockant l'énergie non utilisée dans la batterie.

Caractéristiques distinctives :
- option de suivi du point de puissance maximale du panneau solaire ;
- écran LCD d'information affichant les paramètres de fonctionnement du système ;
- chargeur de batterie à 3 niveaux ;
- réglage du courant maximal jusqu'à 25A ;
- communicabilité de l'onduleur.
Le convertisseur se connecte à un PC via un logiciel (fourni en kit). Il est possible de moderniser l'onduleur par une mise à jour innovante du firmware.
Onduleurs sinusoïdaux Phoenix Inverter
Les onduleurs Phoenix répondent à des exigences élevées et conviennent aux applications industrielles. La série Phoenix Inverter est fabriquée sans chargeur intégré.
Les convertisseurs sont équipés d'un bus d'information VE.Bus et permettent une utilisation en configurations parallèles ou triphasées.
Plage de puissance de la gamme – 1,2-5 kW, rendement – 95%, type de tension – sinusoïdale.

Avantages concurrentiels :
- la technologie « SinusMax » prend en charge le démarrage de « charges lourdes » ;
- deux modes d'économie d'énergie – l'option de recherche de charge et la réduction du courant à vide ;
- présence d'un relais de signalisation – avertissement de surchauffe, de tension insuffisante de la batterie, etc. ;
- configuration des paramètres programmables via un PC.
Pour atteindre une puissance élevée, il est possible de connecter en parallèle jusqu'à six convertisseurs sur une même phase. Par exemple, une combinaison de six appareils de calibre 48/5000 peut fournir une puissance de sortie de 48 kW / 30 kVA.
Appareils nationaux MAP Gibrid et Dominator
La société MAP « Energia » a développé deux modifications du convertisseur hybride : Gibrid et Dominator.
La plage de puissance de l'équipement est de 1,3 à 20 kW, l'intervalle de temps pour la commutation entre les modes est jusqu'à 4 ms, et il existe une possibilité d'injection d'électricité dans le réseau urbain.

Caractéristiques générales des convertisseurs de tension Gibrid et Dominator :
- transformateur à base de tore ;
- absence de stabilisation de la tension d'entrée ;
- mode d'injection de puissance ;
- sortie – sinusoïde pure ;
- génération d'excédent d'énergie dans le réseau ;
- limitation du courant de consommation à l'entrée AC ;
- classe IP21 ;
- consommation en mode veille – 2-5 W.
Le rendement des convertisseurs atteint 93-96 %. Les appareils ont été testés avec succès pour une utilisation à des températures extrêmement basses (valeur limite -25 °C, des baisses temporaires jusqu'à -50 °C sont autorisées).
Schémas de connexion possibles
Lors de la construction d'un complexe photovoltaïque combiné au réseau central, il existe différentes options de raccordement de l'onduleur.
Variante #1 – schéma avec contrôleur de charge DC
Option la plus populaire, où la charge de la batterie est effectuée via un contrôleur solaire MPPT (analyse du point de puissance maximale).

Particularités de la solution :
- utilisation efficace de l'énergie renouvelable en présence/coupure du réseau ;
- possibilité d'activer le fonctionnement à partir du système solaire après la décharge de la batterie.
De plus, une autre caractéristique est des pertes légèrement accrues lors de la conversion d'énergie dans la section « contrôleur-batterie-onduleur ».
Variante #2 – schéma avec convertisseur hybride et réseau
Convertisseur réseau à la sortie de l'onduleur de batterie. Selon le schéma, deux convertisseurs sont connectés à différents panneaux solaires.
Convertisseur hybride connecté à un panneau photovoltaïque optionnel pour recharger la batterie, le convertisseur réseau est connecté au module solaire principal.

Caractéristiques du système :
- fonctionnement ininterrompu indépendamment de la présence de la tension du réseau central ;
- rendement élevé et minimisation des pertes côté DC grâce à un niveau de tension suffisant de la batterie solaire ;
- les batteries fonctionnent presque toujours en mode tampon, ce qui augmente leur durée de vie ;
- utilisation d'onduleurs hybrides conçus pour charger la batterie à partir de la sortie ;
- nécessité de régler le fonctionnement de l'onduleur réseau.
La puissance totale du convertisseur réseau ne doit pas dépasser la puissance du « convertisseur » hybride – cela permet d'exploiter l'énergie des panneaux solaires en cas de décharge de la batterie ou de coupure du réseau.
Quel que soit le schéma choisi, lors du raccordement de l'onduleur, il convient de prendre en compte plusieurs nuances :
- Les connexions filaires pour le DC ne doivent pas être longues. Il est préférable de placer l'onduleur à proximité (jusqu'à 3 m) des panneaux solaires, puis de « rallonger » la ligne AC.
- Il est interdit de monter le convertisseur sur des structures en matériaux combustibles.
- L'onduleur mural est placé à hauteur des yeux pour faciliter la lecture des informations sur l'écran.
Le raccordement des modèles d'une puissance supérieure à 500 W est soumis à des exigences particulières. La connexion doit être rigide avec un contact fiable entre les bornes de l'appareil et les fils.
Sur notre site, vous trouverez également d'autres articles sur l'énergie solaire et le raccordement de composants et modules individuels lors de l'assemblage d'un système autonome.
Nous vous recommandons de consulter les documents suivants :
- Schéma de connexion des panneaux solaires : au contrôleur, à la batterie et aux systèmes entretenus
- Chargeur solaire : structure et principe de fonctionnement de la charge solaire
- Comment fabriquer un panneau solaire soi-même : méthodes d'assemblage et d'installation du panneau solaire
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Notion d'« onduleur hybride », sa structure, ses fonctions et variantes d'exécution :
Aperçu des capacités, des modes de fonctionnement et de l'efficacité d'utilisation du convertisseur multifonction InfiniSolar de 3 kW :
La conception d'un système d'alimentation solaire est une tâche complexe et exigeante. Il est préférable de confier le calcul des paramètres nécessaires, la sélection des composants du système solaire, le raccordement et la mise en service à des professionnels.
Les erreurs commises peuvent entraîner des dysfonctionnements du système et une utilisation inefficace d'équipements coûteux.
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En choisissant un onduleur approprié et de qualité, on peut même gagner de l'argent avec sa maison écologique. Le plus gros problème pour la Russie dans le cadre d'une maison totalement autonome en énergie – est l'absence d'un “tarif vert” grâce auquel on pourrait vendre le surplus d'énergie au réseau. Par ailleurs, le concept de maison écologique est très attractif pour l'Extrême-Orient, où il y a beaucoup de soleil et de vastes territoires inexploités.
Mais quel est le problème ? Il n'y a pas tant de soleil que ça dans l'année, on peut stocker l'énergie pour l'utiliser plus tard. Ce n'est vraiment pas un problème. Voulez-vous blâmer le pays pour tout ? Et ensuite, par exemple, si une telle loi existait, vous vendriez toute l'électricité en cas de besoin, et que feriez-vous ensuite en hiver ou à un autre moment ? C'est une possibilité très discutable. Autre chose, dans l'ensemble, nous sommes très en retard. Mais il ne faut pas exagérer les problèmes en tout.
Justement, le problème est que le “tarif vert” n'a toujours pas été adopté en Russie au niveau législatif. Depuis trois ans déjà, on discute activement d'un projet de loi qui, soit dit en passant, est assez bien pensé.
L'essence de ce projet de loi est que le gouvernement souhaite réglementer la production d'électricité sur les installations de microgénération d'une puissance allant jusqu'à 15 kW. Cette puissance a été choisie parce que le raccordement de ces installations n'entraînera pas de charges excessives sur le réseau électrique.
Par exemple, dans l'Ukraine voisine, les habitants bénficient déjà depuis plusieurs années des avantages du “tarif vert” en vendant le surplus d'électricité à l'État. C'est particulièrement pertinant au pic de productivité des panneaux solaires, de mai à août, quand il est réellement possible de vendre le surplus d'électricité au “tarif vert”.