Solar Inverter Move to The Front, les onduleurs intelligents deviennent cruciaux pour l'avenir

En ce qui concerne le marché solaire, une part disproportionnée d'attention est toujours accordée aux modules, ou plus récemment, à la chaîne d'approvisionnement des modules. Le marché mondial des modules solaires photovoltaïques était évalué à 127,9 milliards de dollars en 2020 et devrait atteindre 260,2 milliards de dollars d'ici 2030, avec une croissance à un TCAC de 7,4 % de 2021 à 2030 selon la société de recherche Allied Market research.

En Inde, nous avons vu comment le programme PLI pour la fabrication de modules solaires à haut rendement a galvanisé les discussions autour du renforcement des capacités. Combiné avec les ajouts élevés de capacité solaire auxquels le pays s'est engagé, il a également assuré un intérêt massif pour jusqu'à 40 GW de nouvelle capacité. Cela a également du sens car les modules peuvent représenter entre 55 et 60 % du coût d'un projet solaire. Les onduleurs solaires, entre 5 % et 10 % des coûts des projets, étaient facilement ignorés, mélangés au reste des coûts électriques d'un projet typique.

Un écosystème bien établi de travail des métaux dans le pays signifie que les structures, l'autre élément de coût important, sont relativement bien approvisionnées au niveau national.

Les onduleurs solaires en tant que catégorie sont non seulement essentiels à l'expansion solaire en cours, mais la façon dont ces entreprises d'onduleurs s'adaptent et fournissent des produits pertinents déterminera également le rythme de l'expansion à certains égards, comme nous le découvrirons ici. Et le marché en vaut certainement la peine. Selon une étude de The Business Research Company (TBRC), la taille du marché mondial des onduleurs solaires devrait passer de12,04 milliards de dollars en 2021 à 13,38 milliards de dollars en 2022 à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 11,14 %.

En fait, ces dernières années, alors même que les modules ont poursuivi leur marche incessante vers une efficacité, une production et même une taille plus élevées, ce sont les changements sur le marché des onduleurs et du stockage d'énergie qui façonnent la prochaine poussée de croissance de la capacité solaire. D'autant plus que l'énergie solaire passe d'une source d'énergie auxiliaire à une option courante.

En fait, les onduleurs solaires ne sont plus appelés ainsi, car l'accent est mis sur les onduleurs "intelligents". Et avec raison. Les onduleurs « intelligents » d'aujourd'hui vont bien au-delà de l'installation de base consistant à convertir le courant continu généré par les modules en courant alternatif. Ils seront de plus en plus envisagés pour fournir des fonctions de support de réseau, telles que la régulation de tension, le support de fréquence et les capacités de traversée. Également connus sous le nom d'onduleurs formant un réseau, ils ont le potentiel de fournir un grand nombre, sinon la totalité, des services de réseau actuellement réservés aux générateurs à combustible fossile en rotation, qu'ils cherchent à remplacer de toute urgence dans le monde entier.

Nous avons donc décidé de parler à une sélection d'entreprises de fabrication d'onduleurs solaires, afin de mieux comprendre l'évolution des onduleurs et à quoi s'attendre grâce à elle.

Alors, comment les onduleurs solaires ont-ils évolué ?

"Au cours de la décennie précédente, les onduleurs Sungrow ont évolué sous deux aspects majeurs : l'amélioration technique et l'amélioration de l'application. Premièrement, nos onduleurs sont devenus plus efficaces dans la conversion de puissance ; la plupart offrent maintenant une efficacité maximale de 99,9 %, et ils ont une densité de puissance plus élevée en raison à des facteurs de forme plus petits. En outre, tous nos onduleurs adoptent des multi-MPPT pour mieux gérer les courants importants, synchronisés avec la mise à niveau de la taille de la tranche du module », déclareNataraja MS, Technical Lead, Sungrow India, qui a récemment célébré l'expansion de son usine de fabrication d'onduleurs en Inde à une capacité de 10 GW, de loin la plus grande installation de ce type dans le pays.

PourSandeep Goyal , d'autre part, fondateur et PDG de Pyramid Electronics, une entreprise qui s'est récemment lancée dans les onduleurs connectés au réseau, l'accent est mis sur un changement technologique clé. "Du point de vue de la technologie de l'électronique de puissance, la prochaine étape de l'évolution est le remplacement des IGBT Si (transistors bipolaires à grille isolée) par des MOSFET SiC (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor). Nos onduleurs ont déjà évolué à cet égard car nous utilisent également cette technologie dans nos onduleurs de connexion au réseau et nos chargeurs de véhicules électriques. Il ajoute que "ce changement dans les dispositifs d'alimentation entraîne une réduction significative du nombre de composants, car les circuits électroniques de puissance peuvent être simplifiés sans sacrifier l'efficacité. L'efficacité des onduleurs à base de SiC MOSFET avec des topologies de convertisseur de puissance simples est d'au moins 1,5 % supérieure à celle des onduleurs à base de Si IGBT avec des topologies de convertisseur de puissance plus complexes. Des densités de puissance plus élevées peuvent également être obtenues avec des onduleurs à base de SiC MOSFET. De plus, des capacités IOT ont été ajoutées aux onduleurs qui n'existaient pas il y a dix ans », conclut-il.

Nataraja nous rappelle à quel point les onduleurs doivent également devenir polyvalents. "Les onduleurs Sungrow s'avèrent hautement applicables dans divers scénarios d'application, y compris l'environnement flottant, les contextes à haute altitude, les sites chimiquement sensibles. Ils sont robustes et fiables même dans un environnement désertique et glacial. Plus important encore, les onduleurs Sungrow prennent également en charge une configuration matérielle flexible afin de pour faciliter la conception des sites de nos clients » souligne-t-il.

Miel Raza , responsable des ventes chez Solis India, qui a connu une réussite singulière au cours des dernières années en Inde, nous rappelle qu'avec un marché plus vaste, les normes de service ont connu une mise à niveau majeure pour bien faire. "Au cours des 10 dernières années, Solis a toujours insisté sur le fait que la sécurité et la fiabilité sont au cœur du développement des onduleurs en série et a toujours adhéré au modèle de développement de la recherche et du développement, de la conception, de la production, des ventes et du service. Et pour apporter clients de mieux en mieux les solutions de projets photovoltaïques d'onduleurs de cluster, améliorent l'expérience client. En termes de positionnement de produit, nous pensons toujours que la technologie de cluster est la solution optimale pour les onduleurs photovoltaïques. Solis a initialement ciblé le marché des petits onduleurs photovoltaïques connectés au réseau et a développé un variété d'onduleurs en série pour les clients, avec une plage de puissance allant de 700 W à 5 kW. Un différenciateur clé est notre insistance à constituer une équipe de service locale pour fournir des produits et services rapides et efficaces pour toutes les régions du monde ».

Deepak Pandey , vétéran de l'industrie et maintenant fondateur et PDG de sa propre entreprise basée au Royaume-Uni, Invergy India, souligne un changement fondamental qui, selon lui, ne fera que se renforcer. "Le segment des onduleurs est passé du réseau aux solutions hybrides. Dans le réseau, les systèmes sont passés d'une taille maximale de 50 kW à maintenant 295 kW (à partir de Sungrow), de sorte que le développement des onduleurs a été immense. Je ne serais pas surpris de voir onduleurs de 500 kW bientôt lancés avec le plus haut niveau d'efficacité.

Les systèmes hybrides ont profité du développement technologique des solutions basse tension aux solutions haute tension et haute fréquence. Désormais, les onduleurs peuvent gérer des gammes beaucoup plus élevées qu'auparavant, les taux d'efficacité sont également passés de 60 à 65 % à plus de 90 % dans les systèmes hybrides », souligne-t-il.

Fait intéressant, tous les experts à qui nous avons parlé ont souligné les gains réalisés paronduleurs de chaînesur les onduleurs centraux, même en tant que micro-onduleurs, où un acteur clé,Enphase vient de commencer à être actif en Inde, restera une catégorie plus restreinte au sein des onduleurs en raison de son coût plus élevé. Alors que les estimations variaient, avec des capacités toujours plus élevées, la plupart s'attendaient à ce que les onduleurs à chaîne continuent de gagner des parts de marché dans un avenir prévisible.

L'extension de charge EV

L'une des «diversifications» les plus évidentes pour la plupart des entreprises d'onduleurs solaires a été le passage à la fabrication de chargeurs de VE. Considérant cela comme une extension naturelle de leur compréhension de l'électronique de puissance et de la transition verte, les principales entreprises du monde entier, de Huawei à Fimer en passant par ABB, se sont déjà lancées dans le secteur de la recharge des véhicules électriques. Les entreprises à qui nous avons parlé pour cette histoire sont toutes présentes ou ont également l'intention d'entrer dans l'entreprise.

"La recharge EV est une extension naturelle de la nouvelle énergie + extérieur + électronique de puissance… Combiné avec ces trois mots-clés, vous constaterez que les produits de recharge EV sont entièrement compatibles avec les onduleurs", déclare Raza.

"Nous prévoyons qu'une plus grande adoption des VE sera une tendance puisqu'elle est désormais capable de stabiliser le réseau via la fonction V2G. Cependant, la pierre angulaire de ces opportunités est une bonne utilisation de l'énergie solaire, qui est basée sur un équipement d'onduleur fiable que Sungrow offre. ", propose Nata-raja MS.

Lorsqu'on lui a demandé s'il existait encore des produits viables pour gérer les bornes de recharge à énergie solaire, il a répondu : "Sungrow développe également ses propres chargeurs de VE. Nous devenons maintenant un membre principal de CharIN. Première borne de recharge Road DC Fast EV à Shanghai, en Chine."

Goyal ajoute que " Du point de vue de l'électronique de puissance, la technologie des onduleurs connectés au réseau n'est pas très différente du chargeur EV. Cependant, du point de vue d'une solution complète pour la recharge des EV, le chargeur EV est un produit beaucoup plus sophistiqué/compliqué que le grid-tie. onduleur solaire. Les chargeurs EV doivent implémenter OCPP 2.0.1 pour communiquer avec le serveur central et doivent également implémenter certains protocoles de communication compliqués pour l'établissement de liaison avec BMS de la batterie EV. La charge CC rapide pour les EV à énergie solaire n'est pas réalisable avec l'énergie solaire actuelle la technologie des panneaux solaires en raison de la faible densité de puissance de la technologie des panneaux solaires. Cependant, une charge CA lente est viable.

Mais Raza est optimiste. "Alors que l'énergie solaire est purement verte, l'utilisation de la production d'énergie photovoltaïque pour recharger les voitures électriques peut véritablement permettre de voyager sans carbone", explique Raza, ajoutant : "Dans le même temps, le coût de la production d'énergie photovoltaïque dans la plupart des régions est déjà inférieur au prix de l'électricité pour l'utilisateur final, donc l'utilisation de la production d'énergie photovoltaïque pour recharger les véhicules électriques est également un choix plus économique." "La combinaison de la recharge des véhicules électriques et de l'énergie solaire sera la tendance future", déclare-t-il, affirmant : "Une fois que nous aurons décidé d'entrer dans l'industrie de la recharge des véhicules électriques, nous fabriquerons non seulement des équipements de recharge de haute qualité et rentables, mais nous coopérerons également avec le stockage d'énergie PV pour fournir des solutions de charge globales."

Un chargeur rapide DC Sungrow à Shanghai

L'onduleur du futur

Raza prédit que "d'ici 2030, l'onduleur aura ajouté une technologie de protection acoustique pour rendre l'ensemble du système PV plus sûr et plus fiable, comme la nouvelle technologie anti-PID pour empêcher l'atténuation de la centrale électrique, comme la technologie de tirage d'arc et de coupe avec AI l'auto-identification, etc. », anticipe Raza en ce qui concerne l'avancement du développement de la technologie des onduleurs, ajoutant : « La réduction de la difficulté, du temps et du coût d'exploitation et de maintenance des centrales électriques est également une direction importante ». L'amélioration des performances de l'onduleur est d'une grande importance pour l'ensemble du système PV"

Balasubramanien T , ingénieur principal technique chez GoodWe India, un acteur de premier plan dans le segment des toits et des commerces qui s'est maintenant étendu aux services publics, explique. "Les technologies d'onduleurs intelligents/chaînes dirigeront l'activité solaire future dans les segments commerciaux et industriels ainsi que dans les centrales solaires à grande échelle. Cet onduleur intelligent aura plus d'options de surcharge CC, des canaux MPPT flexibles, des options de fusibles sans fusible ou en ligne, etc. Avec les caractéristiques mentionnées, les systèmes auront des pertes d'écrêtage réduites et fourniront une production supplémentaire (kWh) par rapport aux onduleurs conventionnels. De plus, les onduleurs à chaînes offriront le LCOE inférieur par rapport aux onduleurs centraux. La raison derrière le LCOE inférieur est que le temps d'arrêt de la centrale solaire de l'onduleur réduira de manière significative et récolter plus de rendement pendant la durée de vie du système ».Nataraja de Sungrowajoute à ce qu'a dit Pyramid's Goyal, en ajoutant que" Premièrement, il y aura une utilisation accrue de dispositifs à large bande interdite comme le carbure de silicium et le nitrure de gallium, des topologies à plusieurs niveaux favorisant l'utilisation d'une tension PV maximale plus élevée. Les onduleurs verront une densité de puissance accrue en utilisant une fréquence de commutation plus élevée et un étage de filtre de sortie réduit. En outre, en s'appuyant sur la protection d'enclenchement des dispositifs de commutation, il est également prévu que les algorithmes PWM (Pulse Width Modulation) seront optimisés et leur nombre sera réduit.

Une autre tendance possible est que le mode de fonctionnement de l'onduleur peut passer en mode PCS dans la même condition matérielle. Une telle transition atteint maintenant une efficacité de 90 % et, à l'avenir, son efficacité sera améliorée.

Outre la transition de mode vers le PCS, à l'avenir, nous nous attendons également à ce que les onduleurs fonctionnent en synergie avec plusieurs modes, tels que l'alimentation de la station à base d'hydrogène ou de pile EV-Fuel, le réseau de support, le stockage de l'électricité excédentaire, etc. »

L'IoT mérite également une mention spéciale. "À l'avenir, le développement des onduleurs bénéficiera beaucoup des technologies IOT et Blockchain, qui amélioreront encore ses fonctions de prévision et de diagnostic. En outre, les onduleurs peuvent également travailler en étroite collaboration avec d'autres appareils de base tels que les trackers, les robots de nettoyage. la performance globale de l'usine s'améliorera au cours de sa durée de vie », estime Natraja MS.

D'ici 2030, selon Goyal, les onduleurs du réseau intelligent pourraient devenir suffisamment intelligents pour fournir un support au réseau tout en alimentant le réseau, ce qui nécessiterait généralement une interface de communication fiable entre les onduleurs et les opérateurs du système électrique.

Lancements à venir

Alors, quand les fabricants prévoient-ils de déployer la prochaine grande mise à niveau de leur gamme d'offres ? Au troisième trimestre 2022, Solis devrait introduire des "mises à niveau majeures" dans sa gamme de produits : onduleurs de nouvelle génération ; des onduleurs à haute tension pour réduire le LCOE des systèmes photovoltaïques ; rapports CC/CA plus élevés ; compatible avec des modules plus grands. Pyramid Electronics prévoit de déployer sa série d'onduleurs connectés au réseau de 20 à 50 KW d'ici la fin juin. En outre, ils développent également des contrôleurs VFD pour les applications de pompage d'eau solaire de 3 à 10 HP. Enfin, Sungrow a lancé une nouvelle gamme d'onduleurs : le SG320HX. Le nouvel onduleur modulaire 1+X est censé offrir une flexibilité aux clients lors de la phase de conception, grâce à sa capacité à travailler avec des tailles de module de 182 mm et 210 mm. Selon les affirmations du développeur, par rapport aux onduleurs centraux conventionnels, la conception modulaire de 1+X réduit le temps de service et entraîne une réduction supplémentaire des temps d'arrêt.

"Au quatrième trimestre 2022, Goodwe India prévoit de lancer un onduleur de 300 kW + sur les marchés solaires à l'échelle des services publics et des produits de stockage d'énergie commerciaux et industriels de 100 kW +. GoodWe HT 1500V Series (GW250K HT) est le meilleur onduleur de GoodWe pour une utilisation dans les services publics solaires avec une longue liste de fonctionnalités conçues pour réduire l'équilibre du système (BOS) et les coûts d'exploitation et de maintenance. GoodWe propose PV + stockage (hybride) solutions d'onduleurs allant de 3kW à 50kW pour les marchés résidentiels, commerciaux et industriels », informe Balasubramanian de GoodWe.

Onduleurs et stockage. Le prochain grandOpportunité

Dans tous ces changements, le changement le plus important a peut-être été l'émergence du stockage d'énergie et des onduleurs spécialisés pour les systèmes de stockage d'énergie en réseau et hors réseau.

Cela a été rendu possible à la fois par des batteries lithium-ion de meilleure qualité, ainsi que par une baisse du prix des batteries au lithium ainsi que des systèmes solaires en soi. À tel point que chaque expert l'a souligné comme un domaine d'intérêt clé, et susceptible d'avoir un impact sur l'évolution future du marché. Bien que déjà en cours dans les marchés développés, l'impact se fera sentir bientôt en Inde, c'est le refrain commun.

"Les onduleurs de stockage d'énergie traditionnels adoptent tous une topologie CC-CC bidirectionnelle et ont une topologie de secours, qui est différente de la topologie traditionnelle de circuit de démarrage d'onduleur + onduleur connecté au réseau", explique Raza, ajoutant : "Par exemple, Solis Les onduleurs de stockage d'énergie ont au moins six modes de contrôle pour maximiser l'utilisation de l'énergie solaire et améliorer les avantages du système." Goyal déclare qu'à mesure que l'installation d'onduleurs connectés au réseau augmente, un moment viendra bientôt où la production pendant la journée pourrait commencer à dépasser la charge, ce qui entraînerait des problèmes de surtension du réseau. Dans de tels scénarios, il deviendrait nécessaire d'avoir un stockage d'énergie dans le système électrique, ajoute-t-il.

Balasubramanian de Goodwe n'a absolument aucun doute sur ce qui doit être fait. "Si le prix de l'onduleur de stockage devient plus compétitif par rapport aux onduleurs sur le réseau, les décideurs indiens devraient se concentrer sur le système solaire sur le toit avec des options de stockage (c'est-à-dire les systèmes solaires hybrides), plutôt que sur le système connecté au réseau solaire sur le toit. Si tous les gouvernements des États accordent plus d'importance au système de batterie de secours sur le toit solaire signifie que le prix des solutions de stockage solaire réduira également de manière drastique, de la même manière que les systèmes solaires sur le toit connectés au réseau. De plus, pour encourager le système solaire hybride, nous devons introduire un système de stockage solaire basé sur les tarifs dans tous les DISCOM », souligne-t-il. .

Nataraja de Sungrow attend également avec impatience un boom du stockage dans le temps.

"La solution stockage plus onduleur ouvre la porte à l'utilisation future de l'énergie renouvelable. Auparavant, les gens utilisaient des onduleurs pour convertir l'énergie afin que nous puissions utiliser l'énergie solaire. Maintenant, avec la solution stockage plus onduleur, nous pouvons embrasser plus de possibilités telles que [1] cation, transfert d'énergie, prise en charge du réseau, capacité de démarrage au noir, etc. Avec le stockage, la consommation d'énergie renouvelable est plus résiliente. La solution de stockage et d'onduleur permet aux énergies renouvelables de devenir le corps principal du mix énergétique », estime-t-il. .

Deepak Pandey d'Invergy ajoute que "Outre une évolution du marché de l'onduleur central vers les onduleurs à chaîne, alors que de plus en plus de fabricants se concentrent sur les onduleurs à chaîne et que la capacité des onduleurs à chaîne augmente, le segment résidentiel et C&I se déplacera vers des solutions de stockage. Plus d'usines modulaires grâce à Les onduleurs à chaîne permettent de réduire les coûts d'exploitation et de maintenance. Les technologies d'onduleurs hybrides grâce au stockage rendent l'énergie disponible à tout moment à un faible coût. Dans les systèmes en réseau, il s'agit davantage du concept d'économies d'énergie et d'économie sur le prix de l'utilisation de l'énergie. Prix du système sont en baisse, et les solutions de stockage pourraient être aussi basses que sur le système de réseau à temps », prédit-il.

L'expansion du stockage a entraîné le chargement de plus d'IA, d'IoT et d'autres technologies haut de gamme sur les onduleurs. "C'est un changement inévitable. Comme les onduleurs intelligents intègrent des technologies plus avancées, telles que les algorithmes d'IA, pour diagnostiquer le fonctionnement du système plus activement et intelligemment et réduire le besoin de maintenance, il y aura plus de changements et d'améliorations dans la centrale. l'industrie de la maintenance. L'ajout de fonctionnalités SVG et de la technologie d'inertie virtuelle, la compensation de puissance réactive sera également mise en œuvre via des onduleurs. En termes d'utilisation domestique, l'intégration d'onduleurs de stockage d'énergie dans l'IA et les systèmes de gestion de l'énergie peut avoir une influence sur l'industrie de la maison intelligente, mais ce sera positif. Il peut être intégré à d'autres équipements de l'industrie dans un système, afin d'offrir aux clients davantage de services numériques, intelligents et visuels de gestion de l'énergie domestique », déclare Raza.

Ajoutant au refrain, Nataraja ajoute que "À l'avenir, le développement des onduleurs bénéficiera beaucoup des technologies IOT et Blockchain, ce qui améliorera encore ses fonctions de prévision et de diagnostic. En outre, les onduleurs peuvent également travailler en étroite collaboration avec d'autres dispositifs de base tels que les trackers. , robots de nettoyage. En conséquence, les performances globales de l'usine s'amélioreront au cours de sa durée de vie.".

Conclusion

C'est en mars 2020 que le leader clé de l'industrie des onduleurs Huawei, dans une prévision des tendances du marché du PV jusqu'en 2025, a fait des prévisions pour 2025, dont la plupart sont à portée de main aujourd'hui. Qu'il s'agisse de prédire la numérisation de 90 % des centrales photovoltaïques, d'utiliser l'IA dans 70 % des centrales, de centrales photovoltaïques qui passent de l'adaptation au réseau à la prise en charge du réseau, car 30 % sont des systèmes solaires plus de stockage. Tout cela est plus que probable aujourd'hui si l'on considère le fait que 70% de la capacité solaire que le monde attend d'ici 2030 n'a pas encore été créée. Avec plus de 200 GW d'installations toujours plus « intelligentes » cette année et un avenir où le solaire devra s'intégrer à tout, du réseau à la fabrication d'hydrogène et à la recharge des véhicules électriques, la demande se met en place. La capacité de Solar à s'intensifier sera visible dans la vaste gamme de modules que vous verrez, mais pour que tout se produise, silencieusement et intelligemment, Ever More Important sera l'onduleur derrière les modules.