Comment s’assurer que le mouton le plus lent ne ralentisse pas tout le troupeau ? C’est ainsi que l’Institut de recherche sur l’énergie solaire CEA-INES illustre, par la métaphore, tout l’intérêt des convertisseurs DC/DC MPPT qu’il a codéveloppés avec Enel Green Power.

Les deux partenaires travaillent en effet sur des panneaux photovoltaïques bifaciaux haut rendement. Or, « cette technologie, destinée entre autres à des applications en grandes centrales au sol, peut encore gagner en efficacité énergétique et pas seulement grâce aux rendements cellules et modules. L’ajout d’un système de conversion d’énergie, au plus proche du panneau, permet notamment de diminuer l’impact de certains défauts liés au site d’installation, et d’augmenter la puissance globale de la centrale », comme l’explique l’Institut national de l’énergie solaire dans un communiqué.

« Il faut avoir à l’esprit que, lorsque les panneaux photovoltaïques sont connectés en série, le panneau produisant le moins de puissance va impacter et limiter l’ensemble des panneaux de la chaine. Salissure et ombrage sur un ou plusieurs panneaux, par exemple, vont induire des pertes de production pour toute la chaine concernée », poursuit l’institut.

Enel Green Power et le CEA ont donc développé une solution électronique de type DC/DC MPPT (Maximum Power Point Tracker) d’une puissance maximum de 500W, au niveau du module. Elle permet d’augmenter le nombre de panneaux dans une chaine afin d’augmenter la puissance globale, tout en limitant la tension de sortie pour rester dans le domaine de la basse tension (<1500 Vdc). Cet ajout électronique permet en outre la réduction de l’impact du déséquilibre de production entre panneaux connectés en série, dus aux phénomènes de salissure ou d’ombrage partiel. Ses caractéristiques montrent des performances en conditions réelles, au-delà de ce qui existe actuellement sur le marché avec un rendement de conversion proche de 98,5%.

Après les phases de conception, de développement et de validation en laboratoire, 36 convertisseurs prototypes DC/DC MPPT ont été installés sur un site démonstrateur du CEA à Cadarache pour réaliser les tests en condition réelle de fonctionnement. Le démonstrateur permet de vérifier le bon fonctionnement des convertisseurs et de comparer les différences de production par rapport à une installation solaire classique connectée à un onduleur de chaine.

L’ombrage n’affecte pas les autres panneaux

La centrale de démonstration est équipée d’un outil de monitoring spécifique qui transmet les données de tension, courant en entrée et en sortie du convertisseur, ainsi que les données de production globale. Plusieurs tests électriques ont été réalisés afin de valider les fonctionnalités principales attendues.

Par exemple, un test d’ombrage d’un à plusieurs panneaux a été réalisé en les cachant à l’aide d’un masque opaque. Il a permis de vérifier que, grâce à l’utilisation des convertisseurs DC/DC, les tensions de sortie des convertisseurs se compensent bien, sans perte de production au niveau de ceux restés intacts.

De la même façon, l’ombrage partiel d’un module, en cachant plusieurs cellules, induit une perte de production pour le seul module concerné et n’impacte pas la production des autres modules de la chaine.

Le démonstrateur, en fonction depuis juillet 2021, a permis d’observer le bon fonctionnement des convertisseurs. Ils intègrent un algorithme de suivi du MPPT qui s’avère robuste et fiable même lorsque l’irradiance varie fortement dans le temps, avec des journées ensoleillées et nuageuses.

L’énergie produite par la centrale solaire équipée de la solution a été comparé à l’énergie produite sur le même site d’une centrale conventionnelle équipée d’un onduleur classique. L’analyse a été faite en prenant en compte une hypothèse forte sur la dispersion des caractéristiques électriques des modules. Les résultats montrent que la solution développée permettrait un gain de 1% d’énergie produite.

Le déploiement de la solution sur une très grande centrale à l’échelle de 1 MW est prévu à Catane en Italie. Il permettra de tester une version pré industrielle et d’affiner les gains technico-économiques apportés.