Technologie de panneaux

Technologie de panneaux Les onduleurs SMA proposent la solution adaptée à tous les panneaux Contenu Outre les panneaux PV conventionnels, de nouvelles technologies de cellules solaires ou des améliorations de panneaux traditionnels sont également de plus en plus souvent présentes sur le marché. Ainsi des technologies innovantes comme les panneaux à couche mince et les cellules à contact en face arrière offrent des avantages orientés vers l'avenir tels que, à titre d'exemple, des coûts de fabrication faibles, des temps de retour énergétiques courts ou notamment des rendements élevés. Il est toutefois nécessaire de prendre en compte qu'il est recommandé d'utiliser certaines technologies uniquement dans des conditions bien définies. Par conséquent, il est absolument impératif de respecter les recommandations du fabricant relatives à l'installation lors de l'utilisation des panneaux PV. L'offre variée de topologies différentes permet de pouvoir utiliser les onduleurs SMA (en combinaison avec le kit de mise à la terre adapté) avec une telle flexibilité qu'un appareil optimal est disponible pour chaque technologie de panneaux. En outre, nous restons en contact étroit avec les fabricants de panneaux afin de pouvoir envisager en toute simplicité les recommandations actuelles relatives à l'installation. Duennschicht-UFR084720 Version 2.0 1/8

Fonctionnement optimal des générateurs PV de nouvelle technologie 1 Fonctionnement optimal des générateurs PV de nouvelle technologie 1.1 Effet de polarisation : prévention par la mise à la terre positive du générateur PV Une diminution croissante du rendement est observée au cours du fonctionnement des panneaux à contact en face arrière, par exemple avec le type de cellules Sun Power A-300. Causes Outre les photons composant la lumière, un champ électrique qui sépare les porteurs de charge négatifs des positifs et qui empêche leur recombinaison immédiate est indispensable afin de produire l'effet photovoltaïque. Si les deux connexions de la cellule solaire se trouvent du même côté (comme c'est le cas pour les cellules à contact en face arrière), la formation de ce champ électrique s'avère plus complexe que dans le cas d'une cellule standard. Un fonctionnement avec de plus hautes tensions (> 20 V) peut provoquer une charge statique au niveau de la surface de la cellule. Ce phénomène fait monter le taux de recombinaison des porteurs de charge, ce qui entraîne une diminution considérable du rendement. Cet effet dit de polarisation est réversible. Le rendement se "rétablit" dès que les charges négatives dans le film EVA sont à nouveau retirées [1]. Cadre Substrat Film à laminer Passivation Si cristallin Métallisation Contre-mesures L'utilisation d'onduleurs à séparation galvanique, ainsi que la mise à la terre du raccordement positif du générateur avec le kit de mise à la terre SMA (référence : ESHV-P-NR) permet a priori d'éviter l'effet de polarisation. Si le générateur n'est ou n'était pas mis à la terre, l'état d'origine des cellules ou leur rendement peut être rétabli par la création temporaire d'une tension négative élevée sur les panneaux endommagés. Il est recommandé de convenir du processus de régénération exact avec le fabricant de panneaux. Toutefois, la régénération des panneaux n'empêche pas une récurrence du phénomène. Seule une mise à la terre positive permet de résoudre ce problème. SMA Solar Technology AG 2/8

Fonctionnement optimal des générateurs PV de nouvelle technologie 1.2 Corrosion TCO : prévention par la mise à la terre négative du générateur PV Après une durée de fonctionnement relativement courte, un endommagement de la couche dite TCO (TCO : oxyde conducteur transparent) a été décelé sur certains panneaux à couche mince. L'endommagement de cette couche conductrice sur l'intérieur du vitrage devient irréparable et entraîne des pertes de puissance considérables. Causes Le Florida Solar Energy Center (FSEC) étudie les causes de la corrosion TCO depuis l'an 2000. D'après les recherches de ce centre, ce sont principalement les panneaux dotés de cellules en a- Si et CdTe qui sont concernés. Ils sont fabriqués avec la configuration superstrat. Lors de ce processus de fabrication, l'installation de chaque couche du panneau débute par le vitrage. La corrosion TCO apparaît lorsque le sodium, dont le pourcentage à l'intérieur de la couche de vitrage atteint environ 15%, réagit avec l'humidité. Les fentes qui peuvent traverser l'ensemble de la structure cellulaire et qui endommagent durablement le panneau se forment de préférence en bordure de ce dernier. Vitrage Film à laminer Substrat TCO / métallisation a-si / CIS Métallisation Vitrage TCO a-si / CdTe Film à laminer Cache en face arrière Métallisation a-si Silicium amorphe CIS Diséléniure de cuivre-indium CdTe Tellurure de cadmium Contre-mesures L'utilisation d'onduleurs à séparation galvanique, ainsi que la mise à la terre négative du générateur PV avec le kit de mise à la terre SMA (référence : ESHV-N-NR) permet de créer un champ électrique dans lequel les ions de sodium chargés positivement se déplacent en direction de la borne négative et se retirent ainsi de la couche TCO. Une corrosion est par conséquent évitée en toute sécurité. Il est recommandé d'accorder la priorité à cette mesure. Le scellage des bords du panneau constitue une alternative. Cette mesure permet d'empêcher la pénétration de l'humidité et d'éliminer ainsi la seconde cause du processus corrosion. La diminution d'éventuels courants de fuite grâce à une augmentation de la distance entre les panneaux et les structures mises à la terre (par exemple le cadre du panneau) entraîne également des conséquences avantageuses. SMA Solar Technology AG 3/8

Fonctionnement optimal des générateurs PV de nouvelle technologie Les deux effets décrits ci-dessus sont directement liés au potentiel du générateur, à savoir la tension du générateur à la terre dans ce cas-là. Contrairement à la tension de service des panneaux PV (entre le raccordement positif et négatif), la tension à la terre ne suscite toutefois qu'un intérêt très limité lors de la configuration de l'installation. En outre, cette tension peut faire l'objet de nombreuses variations en fonction de la topologie de l'onduleur (voir le diagramme "Potentiels des générateurs Sunny Boy"). Pourtant, le choix d'une topologie d'onduleurs bien définie ne permet pas à lui tout seul d'empêcher la survenue des problèmes décrits auparavant. Seule la mise à la terre (supplémentaire) d'une borne permet de fixer à l'avance la direction du champ pour l'ensemble du générateur PV et d'empêcher par conséquent la corrosion TCO ou l'effet de polarisation. 1.3 Courant de décharge élevé : prévention par onduleur avec une topologie «Quiet-Rail» En service, le courant de décharge capacitif peut atteindre des valeurs non autorisées et provoquer le déclenchement du RCD (Residual Current protective Device) ou la déconnexion de l'onduleur. Causes Le potentiel du générateur présente toujours une composante alternative dont la fréquence et l'amplitude dépendent de la topologie de l'onduleur. Cette situation crée un champ électrique alternatif entre le panneau et l'environnement qui provoque un courant de décharge capacitif dans les câbles. L'importance de ce courant de décharge dépend en outre de la capacité du générateur PV. Ainsi on considère que : plus la surface du panneau est grande, plus sa capacité est élevée et plus le courant de décharge est également important. Par conséquent, les générateurs de panneaux à couche mince sont ici concernés à plus forte raison. Les feuilles de métal dans les panneaux peuvent également augmenter la capacité du générateur de manière considérable afin d'atteindre le courant de décharge maximal d'un onduleur. Contre-mesures Il est recommandé de considérer la structure des panneaux avec plus de précision bien avant la planification de l'installation. Si un courant de décharge maximal de plus de 50 ma est à attendre, un onduleur SMA avec une topologie adapteé et un courant de décharge plus faible derrait être choisi. Les Sunny Boy avec transformateur sont particulièrement bien adaptés dans cette situation, car la séparation galvanique empêche la survenue d'un courant de décharge dans le réseau. Toutefois, les modèles sans transformateur de la série TL-HC sont également très appropriés grâce à leur topologie «Quiet-Rail» étant donné que le courant de décharge dû à leur fonctionnement est faible voire négligeable. En cas d'utilisation des Sunny Boy restants, il est nécessaire de s'assurer lors de la phase de planification de l'installation qu'il est possible de renoncer à un interrupteur de protection RCD/FI. Un seuil de coupure de 300 ma selon les normes VDE en vigueur ne pose aucun problème. SMA Solar Technology AG 4/8

La mise à la terre du générateur : un modèle de simplicité grâce au kit de mise à la terre SMA 2 La mise à la terre du générateur : un modèle de simplicité grâce au kit de mise à la terre SMA Afin de trouver l'onduleur qui convient à chacune des exigences décrites relatives aux panneaux PV, il est nécessaire de savoir quel potentiel de générateur s'adapte aux différentes topologies d'onduleurs lors du fonctionnement [2]. Le diagramme suivant vous permet de visualiser le déroulement dans le temps du potentiel pour le raccordement positif (rouge) et négatif (bleu) du générateur lors du fonctionnement avec différents onduleurs. U PV U pos. U nég. L N Potentiel de la terre U rés. Potentiels des générateurs Sunny Boy Tension à la terre [V] SB TL / SMC TL SB TL-HC (Quiet-Rail) sans kit de mise à la terre SB avec transformateur avec kit de mise avec kit de mise à la terre négative à la terre positive Il est possible de vérifier à partir du diagramme représentant les potentiels du générateur que les topologies d'onduleurs sont différentes les unes des autres. Toutefois, le choix d'une topologie d'onduleurs bien définie ne permet pas à lui tout seul d'assurer une tension de polarisation positive ou négative des panneaux PV vis-à-vis de leur environnement comme le recommandent certains fabricants. Les générateurs PV peuvent être mis à la terre en toute simplicité uniquement lorsqu'ils sont combinés au kit de mise à la terre SMA. À cet effet, l'un des raccordements du générateur est mis à la terre au moyen d'un fusible (comme le montre le schéma pour une mise à la terre positive) afin d'assurer en continu la sécurité ainsi que la surveillance d'isolation du générateur. Il est possible de raccorder très simplement ce type de mise à la terre reconnu à l'échelle internationale (et en partie prescrit) pour tous les Sunny Boy avec transformateur. SMA Solar Technology AG 5/8

La mise à la terre du générateur : un modèle de simplicité grâce au kit de mise à la terre SMA Le kit de mise à la terre offre plus exactement les avantages suivants : Le kit de mise à la terre est disponible aussi bien pour la mise à la terre positive que négative. La mise à la terre interne dispense d'une modification du câblage externe du générateur et vous permet ainsi de gagner du temps. La mise à la terre est protégée par un fusible interne et assure par conséquent une sécurité supplémentaire (protection incendie). Les kits de mise à la terre développés de façon optimale par SMA ainsi que leur intégration aisée aux onduleurs permet de préserver complètement la surveillance d'isolation. Cette marque de sécurité importante des appareils SMA détecte en continu les éventuelles erreurs d'isolation du générateur. Grâce au kit de mise à la terre, il est également possible de régler la polarité du potentiel pour le générateur. De plus, la tension du réseau influence toutefois le potentiel du générateur représenté pendant respectivement deux périodes réseau (voir le diagramme) de manière très différente. Les onduleurs sans transformateurs sont directement couplés au réseau et leur potentiel succède ainsi à celui de la tension du réseau. Les onduleurs sans transformateurs dotés d'une topologie «Quiet-Rail» constituent une exception. Leur composante alternative par rapport au potentiel du générateur est faible, et ce de manière semblable aux onduleurs à séparation galvanique (transformateur) entre le générateur solaire et le réseau. L'importance de cette composante alternative joue un rôle déterminant en ce qui concerne l'intensité du courant de décharge du générateur et il est recommandé de diminuer cette part pour les panneaux à feuille de métal intégrée. SMA Solar Technology AG 6/8

Littérature complémentaire 3 Littérature complémentaire [1] SunPower Application Note: SunPower Discovers the Surface Polarization Effect in High Efficiency Solar Cells, www.sunpowercorp.com; 2005 [2] H. Schmidt, B. Burger, K. Kiefer: Welcher Wechselrichter für welche Modultechnologie? ; 21. Symp. Photovoltaische Solarenergie, 8.-10.03.2006, Kloster Banz / Staffelstein; Tagungsband p. 220 et suivants [3] C.R. Osterwald, T.J. MCMahon, J.A. del Cueto, J. Adelstein und J. Pruett: Accelerated Stress Testing of Thin-Film Modules with SnO2:F Transpararent Conductors ; National Center for Photovoltaics and Solar Program Review Meeting, 24.-26.03.2003, Denver / Colorado; NREL/CP-520-33567. [4] N.G. Dhere, H.P. Patil, S.M. Bet, A.U. Pai, V.V. Hadagali and U.S. Avachat: Investigation of Degradation Aspects of Field Deployed Photovoltaic Modules ; National Center for Photovoltaics and Solar Program Review Meeting, 24.-26.03.2003, Denver / Colorado; NREL/CD-520-33586, p. 958. 4 Liste de contrôle Afin de faciliter le choix d'un onduleur adapté à chaque type de panneau, les recommandations les plus importantes à l'heure actuelle sont ici répertoriés : 1. Vérifiez si le fabricant de panneaux PV vous a communiqué des recommandations relatives à la mise à la terre du générateur ou à la topologie de l'onduleur devant être utilisé. Exemple : la société Sunpower recommande de mettre à la terre le raccordement positif pour les générateurs PV des panneaux dotés du type de cellule A-300. Le choix judicieux : un Sunny Boy avec transformateur et un kit de mise à la terre positive. Cf. chapitre 1.1 Effet de polarisation : prévention par la mise à la terre positive du générateur PV (2). SMA Solar Technology AG 7/8

Liste de contrôle 2. Dans le cas où le fabricant de panneaux PV ne devait pas produire d'instructions concernant l'utilisation de ses produits, nous vous recommandons alors de procéder au choix de l'onduleur conformément aux caractéristiques des panneaux PV indiquées dans ce document. Technologie de cellules / montage du panneau Onduleur sans transformateur SB xxxxtl SMC xxxxtl SB xxxxtl- HC Appareil de série SB xxxx SMC xxxx Onduleur avec transformateur avec kit de miseà la terre nég. avec kit de mise à la terre pos. Si monocristallin Si polycristallin CdTe Si amorphe (configuration superstrat) Si amorphe (configuration substrat) CIS Si monocristallin (A-300) Feuille de métal comme substrat ou dans la structure du panneau Légende : recommandé ; recommandation limitée ; non recommandé Exemple : les panneaux à couche mince dotés de cellules en CdTe ou en silicium amorphe exploitent souvent une vitre revêtue d'une couche CTO qui joue le rôle de substrat pour l'installation des cellules. Le choix judicieux : un Sunny Boy avec transformateur et un kit de mise à la terre négative. Cf. chapitre 1.2 Corrosion TCO : prévention par la mise à la terre négative du générateur PV (3). Exemple : une feuille d'acier inoxydable est souvent utilisée en tant que substrat support pour les cellules flexibles à couche mince. Le choix judicieux : un Sunny Boy avec transformateur ou bien sans transformateur avec une topologie Quiet-Rail (Sunny Boy xxxxtl-hc). Cf. chapitre 1.3 Courant de décharge élevé : prévention par onduleur avec une topologie «Quiet-Rail» (4). SMA Solar Technology AG 8/8