Évaluation de la qualité de l'énergie : la pierre angulaire d'un fonctionnement stable des systèmes photovoltaïques.

Évaluation de la qualité de l'énergie : la pierre angulaire d'un solaire stable
Fonctionnement du système PV
Avec l'adoption croissante des systèmes photovoltaïques dans les secteurs commercial et industriel, l'intérêt pour la rentabilité et les performances s'est intensifié. Pourtant, un aspect crucial, souvent négligé tout au long du cycle de vie des projets solaires (de la planification à l'installation, en passant par l'exploitation et la maintenance), est l'évaluation complète de la qualité de l'énergie (QE). Qu'il s'agisse de diagnostiquer l'état du réseau avant l'installation ou d'évaluer les impacts après la mise en service, des tests de QE approfondis permettent aux parties prenantes d'atténuer les risques, d'optimiser les performances et de garantir la conformité aux normes industrielles et aux exigences de garantie. S'appuyant sur l'expérience concrète du projet photovoltaïque de Xalapa, au Mexique, cet article explore la valeur stratégique et la mise en œuvre pratique de l'évaluation de la qualité de l'énergie dans les systèmes solaires.

Compréhension fondamentale de la qualité de l'énergie dans les contextes solaires

La qualité de l'énergie électrique (QE) désigne la stabilité et la pureté de l'électricité fournie aux équipements ou distribuée sur un réseau. Les principaux indicateurs d'évaluation comprennent la précision de la régulation de tension, le taux d'harmoniques, le scintillement et les surtensions transitoires. Bien que ces concepts puissent paraître abstraits, ils ont un impact direct sur la sécurité des installations solaires : les interactions entre les onduleurs photovoltaïques et le réseau peuvent introduire des harmoniques ou des fluctuations de tension, tandis que des anomalies sur le réseau peuvent provoquer l'arrêt des onduleurs, compromettant ainsi la production d'énergie et risquant d'endommager des composants essentiels de grande valeur. La complexité des problèmes de QE est particulièrement marquée dans les systèmes solaires. D'une part, le rendement de conversion et les stratégies de contrôle des onduleurs influencent directement la qualité de l'énergie produite. D'autre part, des défauts préexistants sur le réseau (tels qu'un déséquilibre triphasé ou un excès d'harmoniques de fond) peuvent s'aggraver avec l'intégration photovoltaïque, amplifiant ainsi les problèmes. Sans une évaluation systématique de la QE, il devient difficile d'identifier la cause première des pannes – qu'elles proviennent du système photovoltaïque lui-même, de défauts préexistants sur le réseau ou de leur interaction – ce qui augmente inévitablement les coûts de résolution des litiges et les temps d'arrêt.

Normes obligatoires de qualité de l'énergie pour les projets solaires

L'évaluation de la qualité de l'énergie (PQ) est guidée par un cadre de normes industrielles faisant autorité qui définissent la conformité des installations solaires :

Normes de la série IEEE 1547 : largement adoptées à l’échelle mondiale pour l’interconnexion des ressources énergétiques distribuées (RED) aux réseaux électriques. L’amendement de 2020, IEEE 1547.1-2020, précise les exigences relatives aux essais de conformité et impose l’utilisation de compteurs de qualité de l’énergie (PQ) conformes à la norme CEI 61000-4-30, classe A, pour la mesure de la tension, de la distorsion du courant et d’autres paramètres critiques.

- Norme CEI 61000-4-30 : Spécifie les exigences de performance des équipements de mesure de la qualité de l’énergie. Les appareils de mesure de classe A, reconnus pour leur haute précision, constituent la référence en matière d’évaluation de la qualité de l’énergie dans les projets solaires.

Norme IEEE 519 : Elle établit des limites de contrôle des harmoniques pour les réseaux électriques. Les installations solaires doivent impérativement respecter ces limites afin d’éviter tout impact négatif sur le réseau et les équipements adjacents. Ces normes constituent le fondement technique de la conformité en matière de qualité de l’énergie et garantissent la sécurité du réseau et le bon fonctionnement des installations solaires.


Le projet Xalapa : enseignements pratiques tirés de l’évaluation de la qualité des procédés

Le projet de pergola photovoltaïque sur toit à Xalapa, au Mexique, illustre parfaitement l'importance de l'évaluation de la qualité de l'énergie. D'une capacité de 16 kW CA / 16,35 kW CC et équipé de deux onduleurs monophasés (10 kW et 6 kW), le projet a fait l'objet de tests conjoints complets de qualité de l'énergie et de performance photovoltaïque réalisés avec du matériel professionnel.

- Seaward PV210 IV-curve Tracer : Spécialement conçu pour vérifier la constance des performances des modules solaires et identifier les défauts potentiels.

- Dranetz HDPQ Xplorer Plus : un appareil de mesure PQ portable, de classe A IEC 61000-4-30, permettant une collecte de données de haute précision.


Principales conclusions et alertes de risque

1. Défauts de performance des modules photovoltaïques : les tests de courbe I-V ont révélé une anomalie de performance sur l’une des trois chaînes solaires. De tels défauts, potentiellement causés par l’encrassement, l’ombrage ou une défaillance matérielle, seraient restés indétectés sans ces tests, compromettant la production d’énergie à long terme et engendrant des risques de surchauffe.

2. Dépassements harmoniques importants : les mesures de qualité de l’énergie ont révélé que les harmoniques de sortie CA de l’onduleur dépassaient largement les limites de la norme IEEE 519, avec un taux de distorsion harmonique total (THD) atteignant 60 %. Des harmoniques d’ordre pair inhabituelles (rares dans la plupart des réseaux électriques) ont également été détectées. Un excès d’harmoniques peut entraîner une surchauffe des équipements inductifs (par exemple, les transformateurs), une résonance, une augmentation des courants de neutre, une surtension et, à terme, l’arrêt du système, ce qui engendre des pertes financières considérables.

3. Oscillation anormale côté CC : L’entrée CC de l’onduleur présentait une oscillation de 11 V à 120 Hz (deux fois la fréquence fondamentale du réseau, soit 60 Hz), probablement liée aux harmoniques de second ordre côté CA. Cette oscillation compromet la stabilité de l’onduleur et accélère la dégradation de ses composants. Ce cas souligne que les projets solaires sans évaluation de la qualité de l’énergie s’exposent à des risques opérationnels cachés. Des tests réalisés par des professionnels permettent d’identifier ces problèmes précocement et de fournir des données probantes pour la mise en œuvre de mesures correctives.


Meilleures pratiques pour l'assurance qualité de la puissance dans les projets solaires

S’appuyant sur l’expérience du secteur et sur des cas concrets, les projets solaires devraient mettre en œuvre un système de gestion de la qualité de l’énergie (PQ) couvrant l’ensemble du cycle de vie, axé sur six pratiques fondamentales :
1. Effectuer des tests de qualité de l'énergie avant et après l'installation

Les tests préalables à l'installation permettent d'établir une « qualité de l'énergie » de référence pour le réseau, d'identifier les problèmes de qualité de l'énergie préexistants et de protéger les installateurs contre toute responsabilité injustifiée. Les tests postérieurs à l'installation permettent d'isoler les perturbations de la qualité de l'énergie causées par l'intégration photovoltaïque, garantissant ainsi la compatibilité avec le réseau. Cette approche en deux phases (« évaluation de la qualité de l'énergie avant l'installation » et vérification après l'installation) est essentielle pour la conformité et la sécurité.

2. Effectuer des audits annuels de la qualité de l'énergie et de l'état des installations électriques

Des tests annuels complets de qualité de l'énergie et des évaluations de l'état du système électrique permettent de détecter rapidement les problèmes potentiels, de clarifier les responsabilités en cas de panne, de vérifier la conformité des performances et d'assurer une fiabilité à long terme.

3. Établir une analyse de corrélation entre la qualité de l'énergie et les performances du système

Intégrez les indicateurs de qualité de l'énergie dans la surveillance opérationnelle de base. L'analyse des relations entre les harmoniques, les fluctuations de tension, la production d'énergie et les taux de défaillance des équipements permet une maintenance prédictive, passant des réparations réactives à la prévention proactive.

4. Intégrer les résultats de la qualité des processus dans les protocoles d'acceptation et de garantie

Intégrez les rapports de tests de qualité de l'énergie (PQ) comme critère essentiel d'acceptation des projets. Définissez des critères relatifs à la PQ dans les contrats de garantie afin de renforcer la responsabilité des fournisseurs, des installateurs et des propriétaires, et d'assurer une traçabilité efficace des problèmes. 5. Installez des appareils de mesure de la PQ fixes pour les applications critiques.

Pour les projets de grande envergure, les réseaux électriques complexes ou les sites ayant déjà connu des problèmes de qualité de l'énergie, l'installation de compteurs fixes est recommandée. Malgré un coût initial plus élevé, ils fournissent des données continues et fiables sur les épisodes de dégradation de la qualité de l'énergie, permettant ainsi de prendre des décisions opérationnelles éclairées.

6. Documenter systématiquement la conformité et les preuves de garantie

Conservez des dossiers techniques complets, incluant les données des tests de qualité de l'énergie et les rapports de conformité. Ces documents constituent une documentation essentielle pour les inspections réglementaires et les demandes de garantie, protégeant ainsi les intérêts de toutes les parties prenantes du projet.