Le convertisseur solaire
Grundfos RSI
Le RSI convertit l'énergie continue du champ photovoltaïque en alimentation triphasée à fréquence variable pour piloter une pompe, sans batteries. Il intègre le suivi du point de puissance maximale (MPPT), couvre des puissances de 1,5 à 250 kW et accepte, selon l'architecture retenue, une alimentation complémentaire par le réseau électrique ou un groupe électrogène.
Un variateur conçu pour l'alimentation photovoltaïque
Le convertisseur RSI assure l'interface entre le générateur photovoltaïque et le moteur immergé. Les modules photovoltaïques délivrent une tension continue, variable avec l'irradiation et la température, alors que le moteur nécessite une alimentation triphasée dont la tension et la fréquence doivent être pilotées avec précision. Le RSI réalise cette conversion tout en intégrant un algorithme de suivi du point de puissance maximale (MPPT). Il adapte en permanence la fréquence de sortie, et donc la vitesse de rotation de la pompe, à la puissance instantanément disponible. La pompe fonctionne ainsi sur toute la plage d'ensoleillement, avec un débit qui évolue naturellement en fonction de l'énergie fournie par le champ photovoltaïque.
Deux plages de tension pour configurer le champ photovoltaïque
Le convertisseur RSI est décliné en deux plages de tension d'entrée, dont le choix conditionne le dimensionnement du générateur photovoltaïque. La version haute tension est destinée aux installations de moyenne et forte puissance, permettant l'utilisation de chaînes de modules à tension élevée. La version basse tension, limitée à une puissance maximale de 15 kW, est conçue pour fonctionner avec des tensions continues plus faibles et des configurations de champ photovoltaïque adaptées.
| 3 × 208‑240 V | 3 × 380‑440 V | |
|---|---|---|
| Plage de puissance | 1,5 à 15 kW | 2,2 à 250 kW |
| Tension minimale au point de puissance maximale | 230 V | 450 V |
| Tension recommandée | 290 à 336 V | 530 à 615 V |
| Tension d'entrée maximale | 400 V | 800 V |
| Fréquence de sortie | 5 à 160 Hz | 5 à 160 Hz |
| Indice de protection | IP66 | IP54 ou IP66 |
Les tensions minimale MPPT, recommandée et maximale d'entrée définissent les contraintes de dimensionnement du générateur photovoltaïque. La chaîne de modules doit conserver une tension supérieure au seuil minimal de fonctionnement lorsque la température des cellules est élevée, condition pour maintenir le suivi du point de puissance maximale. À l'inverse, sa tension à vide ne doit jamais dépasser la tension d'entrée maximale du convertisseur lors des conditions les plus défavorables, notamment par grand froid, lorsque la tension des modules est maximale. Le dimensionnement doit donc garantir le respect simultané de ces deux limites, hiver comme été.
Le RSI se choisit sur l'intensité du moteur
Le dimensionnement du convertisseur est déterminé par le courant nominal du moteur. À puissance égale, un moteur conçu pour une tension nominale plus faible présente un courant nominal plus élevé. Il est donc fréquent que le convertisseur requis appartienne à une classe de puissance supérieure à celle du moteur afin de couvrir l'intensité demandée dans toutes les conditions de fonctionnement.
| Puissance du RSI (3 × 380‑440 V) | Courant de sortie nominal |
|---|---|
| 2,2 kW | 5,6 A |
| 4 kW | 9,6 A |
| 7,5 kW | 16 A |
| 15 kW | 31 A |
| 22 kW | 46 A |
| 37 kW | 72 A |
| 55 kW | 105 A |
| 110 kW | 205 A |
| 250 kW | 460 A |
Le même principe s'applique lors du remplacement ou de la modernisation d'une installation existante : le choix du convertisseur s'effectue à partir des caractéristiques nominales figurant sur la plaque signalétique du moteur, et non de sa seule puissance apparente. L'assistant de mise en service du RSI s'appuie d'ailleurs sur ces paramètres, à savoir la tension nominale, la fréquence, la vitesse de rotation, le courant nominal, le facteur de puissance et la puissance, pour configurer le convertisseur. Afin de simplifier cette étape, il intègre une bibliothèque des principaux moteurs Grundfos, permettant de sélectionner directement le modèle installé.
Familles de pompes compatibles avec le RSI
Le livret technique liste les familles Grundfos compatibles : les pompes immergées SP, les multicellulaires verticales CR, les NB et NK à aspiration axiale, les MTR, les CM et les TP en ligne. Ces familles s'entendent en 50 ou 60 Hz, avec un moteur alimenté en 3 × 380 V ou 3 × 220 V. Le RSI pilote aussi les moteurs synchrones à aimants permanents 100 Hz des pompes SPE, comme le montre le cas d'école en bas de page.
Équipements à prévoir autour du RSI
Une installation complète comprend, outre le convertisseur, plusieurs équipements dont la notice établit la liste. Deux d'entre eux relèvent de la conception et doivent être prévus dès l'étude du projet.
| Élément | Rôle | Statut |
|---|---|---|
| Sectionneur continu | couper le champ photovoltaïque en sécurité | indispensable |
| Protection contre les surtensions continues | protéger l'entrée du convertisseur | indispensable |
| Capteur de marche à sec | entrée dédiée sur le convertisseur | recommandé par le fabricant, imposé dans nos études |
| Filtre sinusoïdal | protéger l'isolation du moteur des pics de tension | SPE : obligatoire ; SP : obligatoire en 400 V ; en 230 V, admis sans filtre par le constructeur jusqu'à 100 m de câble ; systématique dans les ensembles LE LAB |
| Coffret de regroupement | rassembler les chaînes de modules | selon la taille du champ |
| Capteur de niveau | arrêt sur réservoir plein | en option, entrée prévue |
| Sectionneur alternatif | coupure entre la sortie et le moteur | en option |
Protections intégrées et surveillance thermique du moteur
Le convertisseur RSI intègre un ensemble complet de fonctions de protection destinées à sécuriser le moteur, le convertisseur et le générateur photovoltaïque. Il assure notamment la surveillance des surintensités, des surtensions et sous-tensions, des défauts de mise à la terre, des pertes de phase moteur, des surcharges de courte et de longue durée, du blocage du rotor, du fonctionnement en sous-charge ainsi que de la température interne du convertisseur. Il intègre également une protection spécifique aux applications photovoltaïques : lorsque la puissance fournie par le générateur devient insuffisante pour garantir un fonctionnement stable, le convertisseur interrompt automatiquement l'entraînement de la pompe afin d'éviter les cycles de fonctionnement dégradés.
La mise en service comporte un second réglage déterminant, celui de la fréquence minimale de refoulement. La procédure consiste à démarrer l'installation par temps ensoleillé, à augmenter progressivement la fréquence jusqu'à l'apparition effective du débit, puis à mémoriser cette valeur dans le convertisseur. Ce réglage matérialise le seuil d'amorçage de la pompe, en deçà duquel aucun débit n'est délivré en sortie.
Chaleur et altitude
La température ambiante et l'altitude interviennent dans le choix du convertisseur. Jusqu'à 40 °C, le courant nominal reste disponible. Entre 40 et 60 °C, le courant de sortie admissible doit être réduit conformément aux courbes du fabricant. La pleine capacité nominale est donnée jusqu'à 1 000 m d'altitude ; au-delà, le déclassement indiqué est de 1 % du courant nominal par tranche de 100 m, jusqu'à l'altitude maximale de 3 000 m.
Paramètres déterminants du dimensionnement
Le choix d'un RSI ne se limite pas à la puissance du moteur. Il associe une pompe, un moteur, une taille de convertisseur et une configuration photovoltaïque compatibles. La fenêtre de tension détermine le nombre de modules par chaîne ; le courant du moteur fixe la taille minimale du convertisseur ; la courbe hydraulique détermine le seuil à partir duquel la pompe commence à refouler.
D'où viennent ces informations
- Notice d'installation et de fonctionnement RSI 1,5 à 250 kW, Grundfos : caractéristiques techniques, gammes de tension, tailles et intensités de sortie, rendements du module d'entraînement, assistant de démarrage, codes de défaut, réglage de la fréquence minimale de refoulement.
- Notice RSI AC Drives, Grundfos : types de moteurs pilotés, plages de température ambiante et déclassements, déclassement en altitude, fréquence de commutation.
- Livret technique RSI, convertisseur d'énergie solaire renouvelable pour la commande de pompes 1,5 à 37 kW, Grundfos : description générale, composants de l'installation, familles de pompes compatibles, accessoires.
- Notice d'installation et de fonctionnement SP et SPE, Grundfos : limites de tension et de longueur de câble avec et sans filtre sinusoïdal, capteurs de température sur variateur.
- Pour choisir la pompe derrière le variateur : SP ou SPE, le comparatif des deux familles.