Suivi de l’Etat de Santé des Composants à Semi-Conducteurs de Puissance dans les Onduleurs Photovoltaïques – MEMPHIS

Le projet MEMPHIS a pour objectif de proposer des outils pour la surveillance de l’état de santé des composants à semi-conducteurs utilisés dans les onduleurs photovoltaïques. En effet, les centrales photovoltaïques sont aujourd’hui un outil de production d’électricité qu’il faut optimiser en phase de dimensionnement, d’installation et surtout en phase d’exploitation. La fiabilité et la maintenance prédictive sont donc des enjeux forts d’optimisation de ces systèmes. Dans ce contexte, les modules de puissance qui composent l’onduleur font partie des principaux éléments défaillants.
Afin de permettre au projet d’aboutir sur des résultats utilisables industriellement tout en gardant un aspect prospectif important, le projet MEMPHIS propose de mener de front deux types d’activités scientifiques et techniques avec des prises de risque assez différentes. La recherche d’indicateurs pour l’évaluation de la dégradation des modules de puissance sera donc effectuée en suivant deux voies : une première faisant appel à des travaux proches de l’aval à faible risque et une seconde mettant en œuvre des travaux plus amonts comportant des risques d’échec plus élevés mais amenant à des solutions plus performantes.
Concernant les travaux les plus avals, nous proposons d’utiliser le fait que l’onduleur photovoltaïque ne fonctionne pas la nuit. Il est alors envisageable de faire des mesures OFF-Line en utilisant des méthodes proches de celles utilisées en laboratoire, par exemple des mesures de tension à l’état passant et des mesures de performances thermiques (Rth ou Zth). Ce type de mesure nécessitant l’injection localisée d’un courant de puissance, il sera important d’identifier des solutions qui soient utilisables avec la plupart des onduleurs photovoltaïques et permettant de limiter l’énergie nécessaire pour faire les mesures afin de ne pas diminuer le rendement global de la conversion.
Les travaux les plus amonts auront pour objectif la mise en place d’indicateurs d’endommagement ON-Line en utilisant idéalement seulement les capteurs nécessaires au contrôle-commande du convertisseur. Il s’agira donc pour grande partie de paramètres électriques images des dégradations dans le module. Ces derniers étant fortement liés à la température, une partie importante du projet sera consacrée à l’identification d’un indicateur ON-Line de la température du semi-conducteur basé sur l’utilisation d’un paramètre électrique thermosensible. Dans ce cadre, des dispositifs de tests dédiés (modules de puissance adaptés aux mesures infrarouges, puces semi-conductrices instrumentées) seront mis en œuvre afin de valider la solution de mesure de température retenue.
Les résultats de ces différents travaux seront intégrés en fin de projet dans un démonstrateur de faisabilité adapté à une application photovoltaïque.