Aperçu de la production d'électricité photovoltaïque et de la technologie MPPT

La production d'énergie solaire photovoltaïque (PV) est un moyen important d'atteindre l'objectif de neutralité carbone. En 2024, la capacité installée cumulée de l'énergie photovoltaïque dans le monde dépassera 1 500 GW, la Chine se classant au premier rang mondial avec une capacité installée de plus de 600 GW. En tant qu'équipement central reliant les modules photovoltaïques au réseau, les performances des onduleurs photovoltaïques ont une incidence directe sur l'efficacité de la production d'énergie de l'ensemble du système.

Le suivi du point de puissance maximale (MPPT) est l'une des fonctions essentielles des onduleurs photovoltaïques. Comme la puissance de sortie des modules photovoltaïques varie en fonction de l'intensité lumineuse et de la température, le contrôleur MPPT maximise l'efficacité de la récolte d'énergie en ajustant le point de fonctionnement en temps réel afin que le système fonctionne toujours dans l'état de puissance de sortie maximale.

I. Principe de contrôle MPPT et exigences en matière de détection de courant

1.1 Caractéristiques I-V des modules PV

La courbe caractéristique courant-tension (I-V) d'un module photovoltaïque n'est pas linéaire. Dans des conditions spécifiques de lumière et de température, il existe un point de fonctionnement qui maximise la puissance de sortie, appelé point de puissance maximale (PPM). Lorsque les conditions environnementales changent, le MPP se déplace.

1.2 Algorithme MPPT

Les algorithmes MPPT couramment utilisés sont les suivants

• Observation des perturbations (P&O) :Le MPP est trouvé en faisant de petits ajustements à la tension de fonctionnement et en observant la direction du changement de puissance.
• Méthode de la conductance incrémentale (INC) :Suivi basé sur la condition dP/dV = 0 au MPP
• Algorithmes intelligents tels que le contrôle flou et les réseaux neuronaux :Adaptation à des conditions environnementales complexes

Quel que soit l'algorithme utilisé, des mesures précises du courant et de la tension sont nécessaires pour calculer la puissance en temps réel afin de prendre des décisions de contrôle.

1.3 Exigences en matière de précision de la détection de courant

L'amélioration de l'efficacité du MPPT dépend de la précision de la détection du courant. Des études ont montré que pour chaque augmentation de 1% de l'erreur de mesure du courant, l'efficacité MPPT peut chuter de 0,3%~0,5%, ce qui signifie une perte considérable de production d'énergie pour les centrales photovoltaïques à grande échelle. Par conséquent, les onduleurs de branche exigent généralement une précision de détection du courant de ±0,5% ou plus.

Architecture des onduleurs de branche

2.1 Composants du système

Les onduleurs de branche sont les produits les plus courants sur le marché actuel, et leur architecture de base comprend :

• Entrée DC :Entrées MPPT multiples, chacune connectée à un certain nombre de chaînes PV
• Boost/buck DC-DC :Réglage de la tension continue pour la fonction MPPT
• Onduleur DC-AC :Conversion du courant continu en courant alternatif
• Filtrage et protection :Filtrage de la sortie et diverses fonctions de protection

2.2 Points de détection actuels

Dans les onduleurs de branche, les endroits où la détection du courant est nécessaire sont les suivants :

• Courant d'entrée MPPT par circuit :Pour un contrôle MPPT indépendant
• Courant de bus DC :Pour le calcul de la puissance et la protection
• Courant de sortie AC :Pour le contrôle et le comptage connectés au réseau

III. application des shunts dans les onduleurs photovoltaïques

3.1 Détection du courant d'entrée MPPT

Chaque canal MPPT nécessite une détection de courant indépendante. Étant donné que les onduleurs de branche ont généralement plusieurs canaux MPPT (par exemple, 10 à 12 canaux), l'utilisation d'un schéma shunt présente un avantage en termes de coûts.

La plage de courant MPPT typique est de 10A~30A. Paramètres de sélection du shunt :

• Courant nominal : 30A~50A
• Valeur de résistance : 1mΩ~5mΩ
• Précision : ±0,5% ou mieux
• TCR : à l'intérieur de ±50ppm/°C

3.2 Détection du courant du bus DC

Les courants de bus DC sont généralement élevés (jusqu'à 100 A ou plus) et des capteurs à effet Hall ou des shunts à courant élevé peuvent être utilisés. Lors de l'utilisation de shunts, une attention particulière doit être accordée à la conception thermique.

3.3 Tendance à la miniaturisation et à l'intégration

L'évolution des onduleurs vers une densité de puissance élevée nécessite de plus en plus la miniaturisation des composants de détection de courant. Les shunts CMS sont de plus en plus utilisés dans les onduleurs photovoltaïques en raison de leur petite taille et de leur production automatisée facile.

IV. points de conception et cas d'application

4.1 Conception du conditionnement du signal

Le signal en millivolts émis par le shunt doit être amplifié et filtré. Les points à prendre en compte lors de la conception sont les suivants :

• Sélection d'amplificateurs opérationnels à faible biais et faible dérive
• Concevoir le bon gain pour exploiter pleinement la gamme ADC
• Ajout d'un filtre RC pour supprimer les bruits de haute fréquence

4.2 Applications

L'un des principaux fabricants d'onduleurs au monde en termes de livraisons a adopté la solution de shunt à puce de Safran pour ses onduleurs de chaîne de 110 kW. Cette solution présente les caractéristiques suivantes

• Détection indépendante MPPT à 12 canaux
• Précision de la détection du courant ±0,3%
• Fourniture annuelle de plus d'un million de produits
• Les exportations couvrent plus de 30 pays dans le monde entier

V. Tendances futures en matière de développement

5.1 Densité de puissance plus élevée

Les onduleurs photovoltaïques évoluent vers des densités de puissance plus élevées, ce qui impose des exigences accrues en matière de densité de puissance et de dissipation thermique des éléments de détection de courant.

5.2 Intelligence et numérisation

Avec le développement des centrales photovoltaïques intelligentes, les données de détection du courant seront combinées à la plateforme en nuage pour réaliser une surveillance à distance et un fonctionnement et une maintenance intelligents.

remarques finales

La détection précise du courant est la base d'un contrôle MPPT efficace. Les shunts jouent un rôle important dans les onduleurs photovoltaïques grâce à leur haute précision et à leur faible coût. Safran est au service de l'industrie photovoltaïque depuis de nombreuses années et a accumulé une grande expérience en matière d'applications, offrant à ses clients un soutien complet, de la sélection à la production de masse.