Le photovoltaïque flottant mis à l’épreuve à Concept Grid

En proposant de positionner des modules photovoltaïques (PV) sur des flotteurs à la surface d’un plan d’eau, le PV flottant permet de résoudre un des problèmes majeurs des centrales photovoltaïques : le manque d’espace foncier.

Cet intérêt majeur conduit à une forte croissance mondiale, mais avec à ce jour, les retours d'expériences restent limités. En particulier, s’il est admis que la présence des panneaux permet de limiter les phénomènes d’évaporation dans les plans d’eau, tout en améliorant le rendement, les ordres de grandeurs exacts restent à déterminer. Ainsi, la recherche se concentre autour de 3 axes faisant appel aux différentes compétences de la R&D : l’estimation de la production, le vieillissement des composants et les interactions avec l’environnement des plans d’eau.

Dans le cadre de ces recherches, Concept Grid a été sollicité pour tester l’algorithme de recherche du point de fonctionnement optimal MPPT (Maximum Power Point Tracking) d’un onduleur déployé sur le terrain par EDF power solutions. Les tests consistent alors à mesurer les performances de l’onduleur dans le cas où le système photovoltaïque est soumis à des conditions dynamiques et en particulier les vagues. En effet, sur de grands plans d’eau, comme les réservoirs de barrages hydroélectriques, présentant des surfaces d’eau libre importantes et une grande zone de prise au vent, des vagues d’une hauteur jusqu’à plus d’un mètre peuvent se former.

Ce type de sollicitation engendre des désorientations des modules PV en inclinaison et en azimut et par la suite des pertes par mismatch, c’est-à-dire des pertes d’énergie liées aux différences de performance entre les panneaux solaires connectés en série ou en parallèle. Ces disparités empêchent le système d’atteindre son rendement optimal, la production globale étant limitée par le panneau le moins performant.

Pour répondre à cette demande très particulière, Concept Grid a développé, testé et validé un algorithme permettant de contrôler ses nouveaux amplificateurs de puissance de manière à reproduire le comportement dynamique d’une chaine de panneaux photovoltaïque.

Schéma de contrôle de l'amplificateur prenant en compte une variation de l’irradiation

Pour ce faire, les amplificateurs ont été configurés pour se comporter comme deux sources de tension à courant continu indépendantes et régulées en courant. Ce mode de fonctionnement permet de reproduire des caractéristiques aussi bien statiques que dynamiques.

Les tests de validation ont démontré une reproduction quasi-parfaite de la courbe I-V (courant-tension) du système photovoltaïque émulé en régime permanent, mais également un excellent temps de réponse aux sollicitions dynamiques avec un temps de réponse à 99 % d’environ 20 ms.

En s’appuyant sur des données fournies par l’équipe PV du département TREE (Technologies et Recherches pour l’Efficacité Énergétique) différents scénarios d’irradiations solaires et de variations ont pu être reproduits :

• des ensoleillements moyens matinaux (entre 6h et 6h30) et autour de midi (entre 11h et 11h30) ;
• des variations d’irradiations espacées de 100ms, 1s et 10s ;
• des variations identiques pour l’ensemble des 20 modules d’une chaine PV, différentes pour tous les modules et pour seulement 6 modules sur les 20 ;
• des variations nulles autour de la moyenne, puis de successivement de 25 W, 200 W et 500 W.

Pour des raisons de temps, tous les scénarios envisagés initialement n’ont pas pu être testés, mais les résultats ont déjà permis de mettre en avant plusieurs limitations de l’onduleur en test, de fournir une quantification du mismatch et d’ouvrir des discussions avec le constructeur de l’onduleur sur des tests qui n’avaient jamais été faits.