2. 2
“Côtoyer les étoiles”
« Shooting for the stars »
Test du Platinum 6300 TL de Diehl AKO
Un nouveau membre a rejoint le
club très fermé des onduleurs dont
le fonctionnement est tel que même
une note de A n’est pas suffisante.
Comme le Refusol 11 K et le SMA
SMC 8000TL, le Platinum 6300TL
de Diehl a obtenue un A+ au
PHOTON Laboratory’s test.
Le platinum 6300 TL est le
deuxième onduleur du fabriquant
allemand Diehl Controls testé par
PHOTON Lab. Le premier onduleur
testé, le Platinum 4600S avec
transformateur, avait obtenu un C
pour ses performances. L’équipe de
PHOTON Lab était donc impatiente
de tester le 6300 TL. Ce dernier ne
possède pas de transformateur et a
5500 W AC, 5700 W DC pour
puissance nominale et 6300 W DC
pour puissance maximale.
Conception
L’onduleur testé est très robuste et
possède très peu de câbles de liaison
en interne. Un grand circuit
imprimé reçoit les composants de
puissance et la carte de contrôle est
montée verticalement au dessus. Le
coffret accueillant les connecteurs de
puissance recouvre une partie de la carte
de puissance. Ce dernier est relié au
radiateur de refroidissement avec des
entretoises métalliques, les borniers sont
équipé de lames à un ressort en acier. Les
bobines de filtrages sont situées au dessus
des éléments de refroidissement dans le
boîtier en aluminium.
Les condensateurs de puissance et les
microcontrôleurs utilisés peuvent monter
à une température de 105°C. Ils sont donc
parfaitement adaptés pour un
fonctionnement à température ambiante.
Le radiateur de refroidissement est
refroidi activement par un ventilateur DC
avec une durée de vie estimative de
80000 heures (soit environ 9 ans) à une
température ambiante de 40°C. Ces
caractéristiques sont suffisantes pour la
durée de vie typique d’un onduleur. Il
faut noter que le ventilateur s’active
seulement en cas de surchauffe. Cette
méthode présente un inconvénient : le
ventilateur peut s’encrasser et ne plus
fonctionner correctement.
A+
96. 9 % radiations fortes 2/2009
www.photon-international.com
LE MAGAZINE DU PHOTOVOLTAÏQUE
A+
96. 8 % radiations moyennes 2/2009
www.photon-international.com
LE MAGAZINE DU PHOTOVOLTAÏQUE
o Points Forts
• Le Platinum 6300 TL de Diehl AKO a
obtenu un rendement PHOTON de
96.8 % pour des radiations moyennes
et de 96.9 % pour des radiations fortes.
• C’est le troisième meilleur onduleur
testé par PHOTON Laboratory.
• L’onduleur a une puissance nominale
DC de 5700 W, une plage de tension
MPP de 350 à 710 V bien en dessous
de la tension d’entrée maximale de
880V. Ses rendements européen et
californien sont de 97.3 %.
• Le rendement maximum est de 97.7%.
• Le rendement est proche du maximum
sur toute la plage de tension MPP.
L’onduleur a une capacité de
surcharge de 112 % de sa puissance
nominale et peut être utilisé sur une
large plage de température.
3. 3
L’écran d’affichage et sa carte
électronique sont situés à l’extérieur dans
un boîtier plastique attaché au couvercle.
Une mousse protectrice est clipée sur le
couvercle et sert de face avant à
l’onduleur. Au niveau du boîtier on
distingue quatre parties distinctes : les
éléments de refroidissement, les parois
latérales, le couvercle métallique et la
mousse de protection. Le boîtier a une
protection IP66, les onduleurs peuvent
donc être installés à l’extérieur.
[Pour garantir la sécurité de
fonctionnement, l’onduleur utilise une
gestion automatique de la connexion au
réseau qui contrôle la tension et la
fréquence des trois phases]. De plus, un
test d’isolement est effectué entre les
connections aux panneaux solaires et la
terre.] L’onduleur peut être contrôlé à
l’aide de l’afficheur et deux LEDs.
D’après le fabriquant, l’onduleur peut
être utilisé avec des connecteurs de type
Multi-Contact (diamètre de câble : 3 ou 4
mm) et Tyco. [Les câbles venants du
réseau électrique sont branchés au boîtier
AC interne à l’aide de borniers. Ces
derniers sont attachés au boîtier
d’alimentation à l’aide d’un rail. ]
Le Platinum 6300 TL peut communiquer
avec d’autres onduleurs en utilisant une
interface RS485. Cet onduleur permet
aussi le contrôle à distance et l’analyse
des données du système.
Installation
L’onduleur arrive chez le client bien
emballé et protégé. Il peut être installé
sur un mur en utilisant des équerres
murales. Cependant, avec ses 29 kg, il ne
peut pas être considéré comme un
onduleur léger. A partir du moment où le
champ photovoltaïque est correctement
dimensionné, il suffit de placer le switch
DC sur ON pour que l’onduleur
fonctionne. Durant les différents tests,
l’onduleur a nécessité environ 35
secondes pour se connecter au réseau et
commencer à fonctionner. L’écran rétro
éclairé est capable d’afficher des
graphiques (résolution de 170*76 pixels)
facilement lisibles. Dans les options,
l’utilisateur peut choisir entre différents
langages : allemand, néerlandais,
français, anglais, italien et espagnol. Les
paramètres internes peuvent être réglés
ainsi que les différentes valeurs à l’aide
de six boutons. L’écran par défaut montre
la puissance actuelle, le rendement, le
gain en euros, l’économie en émission
CO2 et un graphique montrant la
puissance produite par l’onduleur dans le
temps. En plus des différents statuts et
messages d’erreur, l’écran d’affichage est
capable de donner : tension DC, courant
DC, puissance DC, tension AC, courant
AC et puissance AC. Toutes ces valeurs
sont sauvegardées dès la première mise
en route et peuvent être consultées.
Manuel d’utilisation
Le manuel d’instruction et d’utilisation
existe dans les mêmes langages que le
menu de l’onduleur. Ce manuel explique
comment installer et connecter les
onduleurs. Il fournit aussi des détails sur
le fonctionnement, l’écran, les messages
d’erreur et quelques schémas
fonctionnels. Le manuel n’est pas
disponible sur le site web du
constructeur.
Design du circuit
L’électronique de puissance du Platinum
6300 TL a une topologie à un seul étage.
Tous d’abord, l’énergie venant des
panneaux solaires atteint la partie
puissance via un filtre EMI. La partie
puissance correspond à deux transistors
en demi pont, suivi de deux bobines de
filtrage sinusoïdales. L’énergie stockée
dans ces bobines est fournie à la sortie de
l’onduleur à travers deux diodes de roue
libre. Ce système est similaire au circuit
HERIC développé par Fraunhofer
Institute pour Solar Energy Systems
(ISE) et Sunways AG. Ceci, ainsi que
l’utilisation de diodes de puissance en
carbure de silicium, assure un haut
rendement.
Le design du boîtier, avec sa mousse de protection est inhabituel. Les composants internes sont arrangés proprement et fonctionnent
correctement : Les images thermiques montrent que les températures ne dépassent jamais 65 °
C.
4. 4
x Rendement « de conversion »
Le Platinum 6300 TL peut fonctionner à 110% de sa puissance
nominale dans une plage de tension MPP de 350 à 710 V. Le
rendement maximum de 97.7% est atteint à 25% de la puissance
nominale pour une tension MPP de 388 V (intersection des deux
lignes bleues). La zone où le rendement est maximum s’étend sur
toute la plage de tension et pour une puissance entre 20 et 75%.
Pour des tensions MPP élevées, le rendement « de conversion »
baisse de 0.5 à 1%. La puissance nominale DC est de 5700 W.
Rendement du MPPT
Le MPPT à un très bon rendement sur toute la plage de
fonctionnement. A partir d’une tension de 369 V et d’une
puissance de plus de 5 % de la puissance nominale, le rendement
du MPPT est en permanence au dessus de 99 %. Lorsque la
tension est en dessous de 350 V, le rendement du MPPT dépend
de la tension du réseau : si la tension du réseau est supérieure à
230 V, l’onduleur limite la puissance de sortie.
= Rendement « global »
La tension DC maximale du 6300 TL de 880 V est très éloignée
de la tension MPP maximale (710 V). La zone hachurée
correspondant aux limitations pour un module amorphe. Le
diagramme montre que le rendement global de l’onduleur est
toujours très élevé.
5. 5
Rendement pondéré
Rendement pour différentes tensions MPP
Rendement pondéré en %
Rendement européen max : 97.3%
Rendement Californien max : 97.3 %
Vmpp en V
Rendement global en %
% de la puissance nominale
Moyenne du rendement global
Différence en %
% de la puissance nominale
Précision de l’écran d’affichage
L’évolution des courbes de rendement
européen et de rendement californien (d’après
la définition de la California Energy
Commission) sont pratiquement les mêmes.
Les deux valeurs diminues seulement de 0.5%
sur la plage entière de tension MPP. Le
rendement européen est supérieur pour des
tensions MPP basses et est légèrement
supérieur à celui donné par le fabriquant
(97.3% au lieu de 97.2%).
Le rendement augmente progressivement et
ensuite reste constant. Il diminue seulement si
on augmente la puissance à 350 V. A 388 V,
l’onduleur atteint son rendement maximum. La
courbe montre que le rendement reste à peu
près constant même lorsque l’onduleur atteint
sa tension MPP maximale de 710 V. La
courbe indiquant la moyenne du rendement
global est donc très bonne.
La puissance de sortie mesurée et affichée
par l’onduleur varie de celle mesurée par un
analyseur de puissance de seulement 4%.
Cette valeur diminue à moins de -1% à partir
de 15% de la puissance nominale.
6. 6
Les bobines de filtrage sinusoïdal
permettent de lisser la tension de sortie
pour atteindre une courbe de fréquence
de 50Hz.
Un filtre ENS permet d’éliminer les
oscillations en sortie de l’onduleur
lorsqu’il est débranché du réseau. Il
permet aussi le contrôle de la fréquence.
Un filtre externe permet d’éliminer les
interférences radio.
Mesures
Les mesures suivantes sont basées sur
une tension réseau de 230 V.
Localisation du MPP : Avec une
courbe IV prédéterminée, à tension
nominale et à un MPP de 521 V (le
milieu de plage de tension d’entrée
MPP), l’onduleur a besoins d’environ 35
secondes pour se connecter au réseau.
Ensuite, 6 secondes lui sont nécessaires
pour qu’il trouve le MPP. Quand on
passe de 521 V à 501 V, l’onduleur a
besoins d’environ 10 secondes pour
retrouver le MPP et encore 9 secondes
quand on passe à un MPP plus faible.
Plage MPP : La plage de tension du
MPP est très étendue : de 350 V à 710 V.
Le MPP maximum de 710 V est
confortablement au dessus de la tension
d’entrée maximale de 880 V.
Rendement « de conversion » :
L’onduleur peut fonctionner à 110% de
sa puissance nominale dans sa plage de
tension MPP. Par conséquent, le
rendement peut être enregistré à cette
puissance. Dans le diagramme couleur en
trois dimensions, la zone de rendement
maximale correspond à la zone centrale
de couleur foncée. On constate que cette
zone s’étend sur toute la plage de tension
et pour 20 à 75% de la puissance
nominale.
Sur la courbe de rendement, on peut voir
une petite zone hachurée qui représente la
limitation lorsque l’onduleur est utilisé
avec des modules amorphes à cause du
peu de différence entre la tension MPP
maximale et la tension DC maximale.
L’onduleur atteint son rendement
maximum du 97.7% (un peu plus haut
que celui donné par le constructeur :
97.6%) à 25% de la puissance nominale
et avec un MPP de 388 V (ceci est
représenté dans le diagramme à
l’intersection des deux lignes bleues).
Pour des tensions MPP plus élevées, le
rendement maximum varie seulement de
0.5 à 1%. A puissance inférieure à 15%
de la puissance nominale DC (5700W), le
rendement baisse de seulement 4.5%. A
puissance nominale, le facteur de
puissance cos φ est toujours très proche
de 1.
Rendement pondéré : Deux méthodes
de calculs de rendement sont
utilisées pour des radiations moyennes et
fortes : rendement européen et rendement
californien. Le rendement européen du
Platinum 6300TL est plus élevé pour des
MPP faibles et atteint 97.3% dans notre
test (ce qui est toujours supérieur à la
valeur donnée par le fabriquant de
97.2%). Le rendement californien est
identique. Les deux valeurs diminuent de
seulement 0.5% sur la plage de tension
entière. La différence entre le rendement
maximum et le rendement européen
maximum est de seulement 0.4%.
Rendement du MPPT : Le rendement
du MPPT est très élevé et très régulier sur
toute la plage de fonctionnement. Au
dessus d’un MPP de 369 V et de 5% de la
puissance nominale DC, le rendement du
MPPT est constamment au-dessus de
99%. A la tension la plus basse de la
plage de fonctionnement (soit 350 V), le
rendement du MPPT dépend de la tension
du réseau. Si la tension est supérieure à
230 V, la puissance de sortie est limitée.
Rendement « global » : La plage dans
laquelle ce rendement est maximum se
situe à des tensions faibles et pour un
tiers de la puissance nominale. Sur le
diagramme, la ligne bleue verticale coupe
l’axe à 25% de la puissance nominale et
la ligne horizontale coupe l’axe à 388 V.
L’intersection des deux lignes indique le
rendement « global » maximum (97.4%).
Variation des différents rendements,
moyenne des rendements et rendement
PHOTON : Le rendement « global »
pour la tension MPP la plus basse (350
V) diminue avec l’augmentation de la
puissance. A la tension MPP la plus
élevée (710 V), la variation du rendement
« global » est très faible lorsqu’on
modifie la puissance. La même chose est
vraie pour 388 V (la valeur pour laquelle
le rendement est maximum). Le
rendement PHOTON est donc de 96.8%
pour des radiations moyennes et de
96.9% pour des fortes radiations. Ces
résultats permettent de noter cet onduleur
A+ et de le placer troisième au PHOTON
Laboratory Test.
Tension à puissance nominale : Le
Platinum 6300 TL permet d’atteindre
100% de la puissance nominale sur une
plage de tension allant de 350 à 710 V et
à une température de 25°C.
Affichage de la puissance de sortie :
Pour tester la précision de l’écran, on a
alimenté l’onduleur avec différentes
puissances (de 5 à 110% de la puissance
nominale) en maintenant un MPP
constant de 512. Quand on compare la
valeur obtenue par un analyseur de
puissance et la valeur affichée sur l’écran,
nous constatons qu’il y a une différence
de 4% pour des puissances faibles. Pour
des puissances supérieures à 15% de la
puissance nominale, la différence est
inférieure à 1%. La précision du calcul de
puissance est donc équivalente à celle
d’un analyseur de classe B.
Hautes températures : L’onduleur
étant IP66 et pouvant supporter des
températures allant de -20°C à 60°C, il
peut être placé à l’intérieur comme à
l’extérieur. En mesurant les performances
de l’onduleur à 5700 W, à une tension
MPP de 521 V et à une température
ambiante de 55°C, nous avons constaté
une baisse de rendement de 0.25%.
Capacité de surcharge : Le Platinum
6300 TL autorise une surcharge de 1.3
fois sa puissance nominale DC de 5700
W soit 7410 W. A une tension MPP de
521 V et à une température de 29°C, la
puissance maximale de l’onduleur est de
6374 W. L’onduleur peut donc être
surchargé jusqu’à 112%. Quand la limite
de puissance est atteinte, l’onduleur
modifie le point de fonctionnement vers
une tension plus élevée sur la courbe IV.
La tension d’entrée passe donc de 521 V
à 570 V.
Consommation : La consommation de
l’onduleur que nous avons testé est de 4.4
W pour la partie AC et de 1 à 5 W pour la
partie DC. Le constructeur ne donne pas
détails sur la consommation en
fonctionnement. La nuit, l’onduleur
consomme environ 1 W sur le réseau. Le
fabriquant donne pour valeur : moins de 2
W.
Thermographie : Les images
thermiques montrent les températures des
composants de l’onduleur en
fonctionnement à 27°C. On peut
constater que certains composants
montent jusqu’à 65.1°C. Les plus hautes
températures sont atteintes par les
inductances de mode commun dans les
filtres EMI AC et DC.
La réponse du fabriquant
Les mesures du rendement du MPPT et
du rendement de conversion sont
légèrement inférieures aux notre et à celles
mesurées par l’institut Arsenal Research à
Vienne en Autriche. Ces différences sont
minimes et peuvent être expliquées par la
précision des éléments de mesure et la
tolérance des composants. Nous
comprenons et acceptons les valeurs
données par les courbes.
AXUN
7. 7
Classement des onduleurs testés
Onduleur Plage de tension
testée
Rendement
Radiations moyennes
A +
A +
A +
A
B
B
B
B
B
B
B
B
C
C
C
C
C
C
C
C
C
D
D
D
E
Note Position Rendement
Radiations fortes
A +
A +
A +
A
B
B
A
B
B
B
B
C
A
B
B
C
C
C
B
B
C
B
C
D
E
Note Position
Date du test
Onduleur n’étant plus en production
Prototype
RENDEMENT : Explication des mesures et des diagrammes
Le Rendement « de conversion »
correspond à la relation entre la
puissance AC (Pac) fournie par
l’onduleur et la puissance absorbée
par l’onduleur du côté DC (Pdc). Pour
montrer la dépendance entre la
tension d’entrée Vmpp et la puissance
d’entrée Pdc, la plage de tension MPP
est divisée en 20 paliers et la
puissance DC en 24 paliers. Ceci
permet de générer 480 courbes IV
simulant des panneaux solaires.
Ces 480 courbes vont former la base
du diagramme de rendement en trois
dimensions.
La tension d’entrée (dans la plage
fournie par le fabriquant) est donnée
en valeur absolue sur l’axe des
ordonnées. Sur l’axe des abscisses, la
puissance est donnée en pourcentage
de la puissance nominale. La capacité
de surcharge de l’onduleur est donnée
dans les spécifications de l’onduleur.
La troisième dimension de ce
diagramme est la couleur qui donne la
valeur des rendements. Le spectre de
couleur et sa signification sont
dessinés à coté du graphique.
Si la tension MPP maximale donnée
par le fabriquant est proche de la
tension DC maximale, des hachures
sont ajoutées sur les graphiques. Les
hachures vont dans les deux sens :
celles allant de gauche vers la droite
correspondent aux limitations pour les
panneaux cristallins et celles allant de
droite vers gauche correspondent aux
limitations pour les panneaux
amorphes.
Au dessus et sur la droite du
diagramme, il y a des courbes qui
permettent de déterminer la
dépendance du rendement avec la
puissance normalisée et avec la
tension Vmpp. En haut à droite se
trouve la plage de fonctionnement de
l’onduleur en fonction de la puissance
MPP et de la tension MPP.
Le rendement du MPPT est calculé
en comparant la puissance DC (Pmpp)
disponible avec la puissance DC
absorbée par l’onduleur. Cette courbe
permet de donner un aperçu statique
du suivi de MPP dans différentes
conditions.
Le rendement « global » est calculé
comme le produit du rendement « de
conversion » et du rendement du
MPPT pour les 480 mesures. Le
diagramme est ensuite arrangé de la
même manière que celui du
rendement « de conversion ».
Le rendement « global » moyen est
atteint en moyennant les rendements
globaux à puissance fixée. Ceci
produit une courbe en deux
dimensions. Cette analyse permet de
couvrir la plage entière de tension
MPP (Vmpp) donnée par le fabriquant
(en incluant les zones hachurées
mentionnées précédemment). La
moyenne est calculée pour des
niveaux de puissance allant de 5 à
100% de la puissance nominale.
Le rendement PHOTON est alors
calculé en utilisant les valeurs de la
courbe du rendement « global »
moyen.
8. 8
Résumé
L’onduleur Platinum 6300 TL de Diehl
AKO a une conception de qualité, un
fonctionnement simple et fournit un écran
d’affichage très pratique. Cet écran est
aussi très précis au niveau du calcul de la
puissance de sortie de l’onduleur. Le
boîtier, avec sa mousse protectrice n’est
pas commun mais est néanmoins très
bien.
La dépendance entre le rendement et la
puissance/tension d’entrée est assez
basse. Le bon fonctionnement de
l’onduleur et le haut niveau de rendement
du MPPT entraîne un rendement
« global » qui diffère très légèrement du
rendement « de conversion » maximum.
Quand on utilise des modules cristallins,
la plage de tension MPP entière peut-être
utilisée. Ceci est dû à l’écart important
entre la tension MPP maximale et la
tension DC maximale. Cependant,
l’utilisateur doit bien prendre en compte
les limitations de MPP avec la
température. Les modules amorphes
modifient les limites de la plage de
tension du MPP à cause de leur haute
tension de circuit ouvert.
Comme le rendement reste élevé sur
toute la plage de tension MPP, le
rendement PHOTON est très élevé. Avec
96.8% pour des radiations moyennes et
96.9% pour des fortes radiations,
l’onduleur peut fonctionner dans toutes
les conditions. La différence de moins de
1% entre le rendement maximum et le
rendement PHOTON permet de constater
qu’il n’y a pas une grande dépendance
entre le rendement et la tension/puissance
d’entrée.
Lors du design de la puissance maximale
d’un système PV, il est possible d’utiliser
toute la plage de tension du MPP. De
plus, le dimensionnement du système est
facilité par l’importante capacité de
surcharge de 112% et par le système de
refroidissement.
L’onduleur peut-être utilisé sur une large
plage de température (les performances
sont seulement diminuées de 0.25% à une
température de 55°C).
Le Platinum 6300 TL avec son A+ au
rendement PHOTON et ses nombreuses
excellentes caractéristiques se place
clairement dans le peloton de tête des
onduleurs que nous avons testés.
Auteur : Heinz Neuenstein
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Nouveaux distributeurs
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En prospection
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AXUN & DIEHL AKO auront un
stand commun aux salons
SIREME 2009 + INTERSOLAR 2009
