Le rôle, le principe et l'algorithme du MPPT de l'onduleur photovoltaïque

2025-03-20

MPPT est une technologie très centrale de l'onduleur, et la tension MPPT est un paramètre très critique lors de la conception de centrales photovoltaïques.

Dans le graphique ci-dessus, la tension et le courant de sortie du module photovoltaïque suivent la courbe I-V et la courbe P-V. Si vous souhaitez que l'onduleur délivre la puissance maximale, il est nécessaire que la tension CC fonctionne au point maximal, où se trouve le point rouge. Ce point est le point de puissance maximale.

1. Qu'est-ce que le MPPT ?

Diagramme de tension de fonctionnement MPPT

Si le point de puissance maximal est de 550V, la puissance est de 200W à 550V. À ce moment-là, la puissance fonctionnant à 520V est d'environ 190W, et à 580V, elle est d'environ 185W, les deux valeurs étant inférieures à la puissance de 550V. Si l'onduleur ne peut pas suivre les 550V, il perdra de la production d'énergie, mais cela n'aura pas d'autres effets sur le système.

Pourquoi avons-nous besoin de continuer à suivre ?

Parce que cette courbe change avec l'intensité lumineuse, la température et l'ombrage, le point de puissance maximal change également. La tension du point de puissance maximal peut être de 560V le matin, 520V à midi, et 550V l'après-midi. Par conséquent, l'onduleur doit constamment trouver ce point de puissance maximal, c'est-à-dire suivre le point de puissance maximal, afin de garantir que l'énergie des panneaux solaires soit maximisée tout au long de la journée sans gaspiller les ressources solaires.

Sur la base de ces connaissances de base, apprenons-en plus sur le MPPT.

MPPT, qui signifie Maximum Power Point Tracking (Suivi du Point de Puissance Maximal), signifie que l'onduleur ajuste la puissance de sortie du module photovoltaïque en fonction de différentes caractéristiques externes telles que la température ambiante, l'intensité lumineuse et d'autres facteurs, de manière à ce que le module photovoltaïque génère toujours une puissance maximale.

2. Quel est le rôle du MPPT ?

Étant donné que les cellules solaires sont influencées par des facteurs externes tels que l'intensité lumineuse et l'environnement, leur puissance de sortie varie. Plus l'intensité lumineuse est élevée, plus la production d'électricité est importante. L'onduleur avec suivi du point de puissance maximal MPPT permet d'exploiter pleinement les cellules solaires et de les faire fonctionner au point de puissance maximal. Autrement dit, dans des conditions de rayonnement solaire constantes, la puissance de sortie après MPPT sera plus élevée qu'avant MPPT, c'est là le rôle du MPPT.

Par exemple, supposons que le MPPT n'ait pas encore commencé à suivre, la tension de sortie du module est de 500V. Une fois que le MPPT commence à suivre, il commence à ajuster la résistance dans le circuit par la structure interne pour modifier simultanément la tension de sortie du module et le courant de sortie jusqu'à ce que la puissance de sortie soit maximale (supposons que la puissance maximale soit de 550V). Après cela, il continuera à suivre. Ainsi, dans des conditions de rayonnement solaire constantes, la puissance de sortie du module à une tension de sortie de 550V sera plus élevée qu'à 500V. C'est le rôle du MPPT.

3. Facteurs influençant le MPPT d'un module photovoltaïque unique

En général, l'impact des changements d'irradiation et de température sur la puissance de sortie se reflète de manière plus directe dans le MPPT, c'est-à-dire que l'irradiation et la température sont des facteurs importants affectant le MPPT.

Lorsque l'irradiation diminue, la puissance de sortie du module photovoltaïque diminuera ; lorsque la température augmente, la puissance de sortie du module photovoltaïque diminuera.

(1). L'impact de l'irradiation sur le MPPT

Le suivi du point de puissance maximal (MPPT) de l'onduleur consiste à trouver le point de puissance maximale dans le graphique ci-dessus. Comme on peut le voir dans le graphique, lorsque l'irradiation diminue, le point de puissance maximal diminue presque proportionnellement, comme le montre le tableau suivant.

On peut voir dans le tableau ci-dessus que lorsque l'irradiation diminue proportionnellement, la tension MPPT diminue légèrement ; puisque P = IU, lorsque l'irradiation diminue, P diminue proportionnellement, tandis que U diminue légèrement, donc le courant I doit diminuer proportionnellement.

(2). Impact de la température sur le MPPT

Comme on peut le voir dans le graphique ci-dessus, lorsque la température change, la puissance maximale diminue progressivement en fonction du coefficient de température, comme le montre le tableau suivant.

On peut en conclure que le courant est principalement affecté par l'irradiation, et la tension est principalement affectée par la température.

4. MPPT de l'unité de production d'énergie photovoltaïque et son principe et algorithme

(1). MPPT de l'unité de production d'énergie photovoltaïque

MPPT de l'unité de production photovoltaïque

Les deux images ci-dessus illustrent le suivi MPPT d'un module photovoltaïque. Dans les projets réels, un onduleur de 500 kW doit souvent être connecté à 80 à 90 chaînes photovoltaïques.

Lors de l'utilisation, l'ensemble photovoltaïque est facilement perturbé par l'environnement extérieur (comme les nuages flottants, les bâtiments, l'ombre des arbres, etc.) ainsi que par la poussière à la surface du panneau solaire, ce qui entraîne une diminution de la puissance de sortie de l'ensemble photovoltaïque et une courbe de caractéristiques de sortie complexe. Cette courbe de caractéristiques de sortie présente plusieurs points extrêmes. Par exemple, si une centrale électrique possède une unité de climatisation derrière une certaine chaîne, si une feuille recouvre une cellule ou si l'ombre d'un arbre bloque partiellement un module, il y aura inévitablement un écart de puissance de sortie entre différentes chaînes. Par conséquent, la courbe de caractéristiques de sortie de la chaîne photovoltaïque connectée à chaque onduleur devient complexe et comporte plusieurs points extrêmes. Trouver le point le plus élevé nécessite le MPPT !

(2). Principe du suivi du point de puissance maximale

Principe du suivi du point de puissance maximale (MPPT)

Avec le développement de la technologie électronique, le contrôle MPPT actuel des ensembles de cellules solaires est généralement réalisé par des circuits de conversion DC/DC. Son schéma fonctionnel est illustré dans la figure ci-dessous.

Le MPPT de l'ensemble solaire est contrôlé par un circuit de conversion DC/DC

L'ensemble de cellules photovoltaïques est connecté à la charge via un circuit DC/DC. Le dispositif de suivi du point de puissance maximale détecte en continu les variations de courant et de tension de l’ensemble photovoltaïque et ajuste le cycle de fonctionnement du signal de commande PWM du convertisseur DC/DC en fonction de ces variations.

Dans un circuit linéaire, lorsque la résistance de la charge est égale à la résistance interne de l’alimentation, cette dernière fournit une puissance maximale. Bien que les cellules photovoltaïques et les circuits de conversion DC/DC soient fortement non linéaires, ils peuvent être considérés comme linéaires sur une très courte période. Ainsi, en ajustant la résistance équivalente du circuit de conversion DC/DC pour qu'elle soit toujours égale à la résistance interne de la cellule photovoltaïque, on peut obtenir la puissance maximale de sortie des cellules photovoltaïques et réaliser le MPPT des cellules photovoltaïques.

(3). Algorithme MPPT

Actuellement, la technologie de suivi du point de puissance maximale (MPPT) des ensembles photovoltaïques fait l’objet de nombreuses recherches dans l’industrie, et plusieurs méthodes de contrôle ont été développées. Les plus courantes sont : la méthode de suivi de tension constante (Constant Voltage Tracking, CVT), la méthode d’observation des perturbations (Perturbation And Observation, P&O), la méthode de conductance incrémentale (Incremental Conductance, INC) et la méthode de conductance incrémentale à pas variable basé sur le gradient. (Ces algorithmes ne peuvent être utilisés que dans des conditions non obstruées).

● Algorithme MPPT pour une sortie de puissance à pic unique

Dans des conditions non obstruées, les méthodes couramment utilisées pour le suivi du point de puissance maximale (MPPT) des ensembles photovoltaïques sont les suivantes :

Méthode de suivi de tension constante (Constant Voltage Tracking, CVT)
Méthode d'observation des perturbations (Perturbation And Observation, P&O)
Méthode de conductance incrémentale (Incremental Conductance, INC)
Méthode de conductance incrémentale à pas variable basé sur le gradient

● Algorithme MPPT pour une sortie de puissance multi-pics

Les algorithmes de suivi de puissance maximale classiques, tels que l'observation des perturbations et la méthode de conductance incrémentale, peuvent échouer sous l'effet d’un nuage et ne pas parvenir à un suivi efficace de la puissance maximale. Aujourd’hui, plusieurs algorithmes MPPT multi-pics ont été proposés au niveau mondial, parmi lesquels :