Un développeur photovoltaïque vous fournissant le schéma unifilaire pour un parc solaire de 50 MW manque souvent la partie la plus cruciale du système : le transformateur solaire qui agit entre les onduleurs et le réseau de collecte de 33 kV. La fonction du transformateur solaire est d'utiliser la basse tension de l'onduleur et de l'augmenter à la tension qui est adaptée à la connexion au réseau. La conception du transformateur affecte la quantité d'énergie disponible à transférer au réseau, comment connecter le parc solaire à la terre, et si l'utilité approuvera ou non la connexion. L'article discute de la définition et des principes de fonctionnement du transformateur solaire, ainsi que de ses disparités avec le transformateur de distribution habituel et des coûts sur des installations de différentes échelles.
Qu'est-ce qu'un transformateur solaire ?
A transformateur solaire est un transformateur spécial pour les centrales d'énergie solaire. Le courant alternatif est produit par des onduleurs photovoltaïques avec une basse tension, généralement à 0,4 kV (400 V), dans le cas des onduleurs photovoltaïques à chaîne, et à 0,8–1 kV dans le cas des onduleurs centraux. Le point de connexion au réseau fonctionne à différents niveaux de tension, normalement à 33 kV, 35 kV, 66 kV ou 110 kV. Le but du transformateur solaire est similaire à celui d'un transformateur élévateur puisqu'il convertit la tension du courant sortant de basse à moyenne, suivant les décisions d'ingénierie de l'installation de la centrale solaire. Il est connu sous les noms de transformateur PV, transformateur de puissance solaire ou transformateur d'onduleur. Contrairement au transformateur de distribution qui est utilisé pour se connecter à des charges variables, le transformateur solaire se connecte à un rapport de transformation constant tout en se connectant uniquement à la charge intermittente.
Comment fonctionne un transformateur solaire
Le mécanisme de fonctionnement est la physique typique des transformateurs : le courant alternatif basse tension de l'onduleur entre dans l'enroulement primaire et induit un flux alternatif dans le noyau laminé, produisant une tension dans l'enroulement secondaire conformément au rapport de transformation. Si l'onduleur donne une sortie de 0,8 kV et que la tension collectrice est égale à 33 kV, le rapport de transformation est d'environ 1 à 41, et le courant de ligne secondaire est d'environ 1/41 du courant primaire. La puissance en kVA du transformateur est basée sur la capacité du cluster d'onduleurs : les stations d'onduleurs de 2 MW vont généralement avec des transformateurs de 2-2,5 MVA (afin de prendre en compte la marge de surcharge et les pertes). L'installation fonctionne uniquement pendant la journée, avec sa sortie variant de zéro à la valeur maximale et inversement au fil du temps, donc le flux du noyau, l'isolation et le refroidissement sont créés sur la base de ce profil par opposition à un réacteur de service à état stable pour la distribution des utilités.
Pourquoi le service solaire diffère du service de distribution
| Aspect | Transformateur solaire (PV) | Transformateur de distribution conventionnel |
|---|---|---|
| Direction du flux de puissance | Unidirectionnel (LV à HV) | Bidirectionnel ou suivant la charge |
| Profil de charge | Intermittent, suivant le soleil, cyclage quotidien | Continu avec des pics saisonniers |
| Cycles de commutation | Connexion/déconnexion quotidienne de l'onduleur | Peu fréquent |
| Service de surcharge | Pics de milieu de journée près de la pleine charge par forte chaleur ambiante | Occasionnel, spécifié par conception |
| Harmoniques | Modéré, provenant de la commutation de l'onduleur | Généralement faible |
| Groupe vectoriel typique | Dyn11, YNd11 (dépendant du code réseau) | Dyn11, Dyn5 |
| Intégration | Souvent de type skid/box avec appareillage MV | Unité autonome |
L'unité doit être capable de supporter des cycles thermiques quotidiens sans endommager l'isolation, de résister à des pics de température dans des conditions désertiques, et d'être connectée conformément aux exigences du réseau. Divers codes de réseau spécifient que l'enroulement basse tension doit être connecté en delta et l'enroulement haute tension en étoile avec un neutre à la terre (groupe vectoriel comme YNd11), ce qui dicte les exigences pour la mise à la terre du réseau collecteur dans son ensemble.
Types de transformateurs solaires
- Transformateurs élévateurs montés sur des socles ou des skid et utilisés pour des stations d'onduleurs dispersées d'une capacité de 1 à 5 MVA et installés en combinaison avec des appareillages MV.
Sous-stations photovoltaïques de type conteneur également appelées unités conteneurisées sont constituées de transformateurs en forme de boîte, d'appareillages MV, de panneaux LV et de systèmes de surveillance, dans un seul boîtier pour une installation rapide dans la zone d'utilisation.
Transformateurs élévateurs immergés dans l'huile utilisés dans les centrales électriques principales et les applications à grande échelle, avec une capacité allant de 2 à plus de 50 MVA, y compris des transformateurs de type 66 à 110 kV.
Transformateurs de type sec pour une utilisation dans des zones où le risque d'incendie existe et pour des installations commerciales à faible coût.
Transformateurs de service situés dans les sous-stations PV pour fournir de l'énergie aux équipements nécessaires tels que l'éclairage, le système de surveillance.
| Taper | Puissance | Forme | Application typique |
|---|---|---|---|
| Élévateur monté sur socle / skid | 1–5 MVA | Skid avec appareillage MV | Stations d'onduleurs distribuées |
| Sous-station PV de type boîte | 1–10 MVA | Intégré conteneur/skid | Installation rapide sur le terrain |
| Élévateur immergé dans l'huile | 2–50+ MVA | Autonome ou en banc | Postes centraux, 66–220 kV |
| Type sec | Jusqu'à 2 MVA | Résine moulée, intérieur | Toiture, intérieur commercial |
| Service de poste | 50–500 kVA | Huile ou sec | Auxiliaires de centrale |
Architecture de centrale PV : Où se trouve le transformateur
Une centrale à l’échelle industrielle classique dispose généralement d’onduleurs en chaîne alimentant un réseau collecteur. Si l’on considère la configuration distribuée, une station d’onduleurs de 1-3 MW possède un transformateur élévateur individuel, qui élève la tension de 0,4-0,8 kV à 33 kV. Après avoir atteint 33 kV, le collecteur se dirige vers la sous-station principale où se trouve un grand transformateur élévateur (ou banc), qui porte la tension au niveau de 110 kV ou 220 kV. La configuration en poste central implique que tous les onduleurs alimentent les barres de basse tension depuis le même endroit tandis qu’un grand transformateur réalise l’opération d’élévation. L’emplacement d’un transformateur définit sa puissance nominale, son groupe vectoriel et sa protection car le transformateur est protégé par des protections au niveau du transformateur (protection contre les surintensités et protection différentielle pour les machines de grande taille, relais de température et de gaz) ainsi que par la protection de l’onduleur selon les exigences de l’exploitant du réseau.
| Taille de la centrale | Station d’onduleurs | Unités sur châssis nécessaires | Transformateur principal de poste |
|---|---|---|---|
| 5 MW | 2× 2,5 MVA | 2 | 5 MVA, 33/110 kV (optionnel) |
| 20 MW | 8× 2,5 MVA | 8 | 20 MVA, 33/110 kV |
| 50 MW | 20× 2,5 MVA | 20 | 50 MVA, 35/220 kV (ou 33/110 kV) |
| 100 MW | 40× 2,5 MVA | 40 | 2× 60 MVA, 35/220 kV |
Groupes vectoriels et mise à la terre dans les centrales solaires – Spécifications typiquesations
Le groupe vectoriel est déterminé par la combinaison du code réseau et de la philosophie de mise à la terre, il ne dépend pas de l’expérience ou des usages. Pour la partie onduleur, l’enroulement BT est généralement connecté en triangle afin d’éviter les courants de circulation et de créer un chemin clair pour les harmoniques, l’enroulement MT/HT — en étoile avec le neutre mis à la terre fournissant une connexion solide au réseau. Les groupes standards sont Dyn11 (BT triangle, MT étoile avec neutre) et YNd11 (HT étoile avec neutre, BT triangle) selon le côté connecté au réseau. La mise à la terre du neutre liée au réseau peut être solide, via un transformateur de mise à la terre ou par une résistance de mise à la terre du neutre, selon les pratiques de courant de défaut dans la centrale électrique respective. Vérifiez les obligations du code réseau avant de commander l’équipement — un mauvais groupe vectoriel entraîne l’échec de l’étude de raccordement au réseau et peut causer des retards de plusieurs mois dans la mise en service ou des problèmes avec l’équipement.
| Puissance nominale (MVA) | Rapport de tension | Groupe vectoriel | Impédance | Refroidissement |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0,4 / 33 kV | Dyn11 | 6% | ONAN |
| 2.5 | 0,8 / 33 kV | Dyn11 | 6–8% | ONAN/ONAF |
| 5 | 0,8 / 35 kV | Dyn11 ou YNd11 | 8% | ONAF |
| 20 | 33 / 110 kV | YNd11 | 10–12% | ONAN/ONAF |
| 50 | 35 / 220 kV | YNd11 | 12–14% | ONAF/ODAF |
Les critères de conception impliquent généralement des conditions de 40-55°C pour les températures ambiantes (déclassées pour les sites chauds), une altitude de base de 1 000 m et une durée de vie de 25 ans conformément à la durée d’exploitation prévue de la centrale PV. Assurez-vous de vérifier à l’avance le calcul de la montée en température pour le mois le plus exigeant de votre site.
Coûts : Transformateur, châssis et livraison
Le transformateur constitue généralement 1-3% d'un projet solaire CAPEX, mais il est une partie importante du processus de mise en service. Les prix indicatifs en 2026 pour différents modèles de transformateurs sont : transformateur 1 MVA 0.4/33 kV – $8,000 – $15,000 ; transformateur 2.5 MVA – $12,000 – $22,000 ; transformateur 5 MVA – $18,000 – $32,000 ; transformateur 20 MVA classe 110 kV – $60,000 – $120,000 ; transformateur 50 MVA classe 220 kV – $150,000 – $350,000. Si l'on souhaite une sous-station PV de type boîte complète qui inclut un transformateur plus différentes pièces telles que l'appareillage MV, le panneau LV et la surveillance, le prix sera jusqu'à 30-60 % plus élevé que le prix du transformateur seul et le temps d'installation sera réduit. De plus, le coût de transport des grands transformateurs est très élevé et le calendrier doit être organisé à l'avance en raison des délais stricts des projets solaires.
| Poste de coût | Valeur indicative | Remarques |
|---|---|---|
| Transformateur en tant que part du CAPEX | 1–3% | Élément petit mais critique |
| Prime de type skid/boîte | +30–60% par rapport à l'unité nue | Comprend l'appareillage, le panneau LV, la surveillance |
| Fret maritime (taille moyenne) | 5–15% de FOB | Port à port, 2–6 semaines |
| Économie d'installation sur site | Jours à semaines | Skids testés en usine réduisent le travail sur le terrain |
| Pertes de transformateur sur 25 ans | $50k–$200k installation typique | Capitaliser les pertes dans la comparaison des fournisseurs |
Comment choisir un transformateur solaire
Réparer la construction des installations de tension. En termes de courant d'onduleur, niveau de tension généré par le collecteur, point de connexion au réseau, il sera mentionné le montant et kVA par station.
Calculer la tension nominale. Assurez-vous d'adapter la puissance nominale du transformateur à celle du groupe d'onduleurs avec une marge de 10%-30% pour tenir compte des pertes, des conditions climatiques et des mises à niveau. Veuillez noter que les classifications des tableaux de distribution basse tension et des câbles doivent correspondre à celles des transformateurs.
Vérifiez le groupe vectoriel et la mise à la terre. Assurez-vous de rechercher le code de réseau applicable pour connaître les détails concernant la conception de la génération de tension et la mise à la terre neutre.
Analyser les conditions climatiques sur le site. Si la température ambiante et l'altitude nécessitent une réduction de la puissance, assurez-vous de mettre en œuvre les recommandations respectives. Par exemple, une température de 50 degrés dans le désert devrait conduire à une classification beaucoup plus fraîche qu'au niveau du sol.
Déterminer la méthode d'intégration. En cas de besoin d'installation rapide avec test en usine, choisissez le type jupe/boîte ; des constructions autonomes peuvent être utilisées si nécessaire par la disposition de l'installation ou les lois sur le contenu local.
Effectuer une vérification de conformité IEC 60076. Assurez-vous de vérifier les niveaux d'isolation, l'augmentation de température acceptable, les pertes et la capacité à résister aux courts-circuits ainsi que de demander un rapport de test complet.
Terminer la planification du délai de livraison. Décidez du temps nécessaire pour la livraison avant la livraison principale de l'alimentation de l'installation.
Marques Principales et Gammes de Prix
| Marque | Pays | Focalisation sur les produits solaires | Plage de prix indicatif (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | Suisse/Suède | Transformateurs de montée en tension PV et transformateurs sur châssis | $10,000–$350,000 |
| Siemens | Allemagne | Transformateurs solaires à l'échelle des services publics | $9,000–$320,000 |
| Schneider Electric | France | Sous-stations PV de type boîte | $8,000–$150,000 |
| Hitachi Energy | Suisse | Grands transformateurs de puissance pour le solaire | $15,000–$400,000 |
| Eaton | États-Unis | Unités de montée en tension PV distribuées | $8 000–$60 000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Chine | Transformateurs solaires et sous-stations PV de type boîte | $8,000–$120,000 |
Les prix indiqués peuvent varier en fonction de la classification, de la plage de tension, du montant de l'intégration et de la marque. ABB, Siemens, Schneider Electric, Hitachi Energy et Eaton ont envoyé leurs produits dans certains des plus grands parcs solaires au monde ayant un excellent suivi de leurs projets. Les petits développeurs qui nécessitent la même certification via IEC60076 de manière moins coûteuse peuvent acheter des transformateurs de montée en tension solaires fabriqués par Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd., ainsi que des sous-stations solaires de type boîte complètes, où les types ou les classifications peuvent être ajustés pour s'adapter aux spécifications des onduleurs et du réseau. Subian est connu pour fournir des produits d'énergie renouvelable à divers marchés dans le monde entier. Explorez la gamme de produits solaires sur le site Web de Subian Electric.
Questions Fréquemment Posées
Un transformateur solaire est-il juste un transformateur de montée en tension normal ?
Bien que son concept soit le même sur le plan électrique, la conception a été réalisée pour fonctionner dans le solaire : opération impliquant une charge intermittente par suivi du soleil, des cycles quotidiens de mise sous tension/mise hors tension, une température ambiante élevée, et des onduleurs fournissant des spécifications de distorsion harmonique et de groupe vectoriel définies par des sources d'énergie alternatives. Un transformateur de surpression ordinaire peut être approprié pour la centrale photovoltaïque, mais les paramètres et la technologie de refroidissement ne seront pas adaptés et ajustés pour cette application, entraînant une perte de durée de vie de l'équipement ou nécessitant des spécifications plus élevées que nécessaire.
Quel rapport de tension est typique pour un transformateur solaire ?
Les combinaisons de tension courantes dans les stations d'onduleurs incluent 0,4/33 kV, 0,4/35 kV, et 0,8/33 kV pour les centrales d'onduleurs distribuées, tandis que les rapports de tension courants pour les centrales d'onduleurs centrales sont de 33/110 kV et 35/220 kV. Le rapport exact peut varier en fonction de la structure de la centrale et du point de connexion au réseau ; les plus grandes centrales peuvent également avoir un niveau de tension collecteur intermédiaire.
Ai-je besoin d'un transformateur séparé pour une centrale solaire ?
Oui. La tension de sortie produite par les onduleurs est faible, tandis que la tension de connexion au réseau est moyenne ou élevée. Par conséquent, un transformateur de surpression est nécessaire. Dans le cas des centrales distribuées, un transformateur est requis pour chaque station d'onduleur, tandis que dans le cas de conceptions de centrales centrales, un transformateur est suffisant pour l'ensemble de la centrale. Le transformateur fournit la référence de mise à la terre requise par le code du réseau.
Combien coûte un transformateur solaire ?
Il est conseillé de dire que les prix pour les unités skid de 1 à 2,5 MVA tendent à être entre $8,000 et $22,000 USD, tandis qu'une unité de 5 MVA coûte entre $18,000 et 32,000 USD. Les prix pour une unité de 20 MVA 110 kV plus puissante s'élèvent à $60,000–$120,000 ; avec des unités de 50 MVA 220 kV coûtant entre $150,000 et $350,000. Une station de puissance solaire de type boîte ajoutera 30–60% pour tout l'équipement de commutation et de surveillance intégré, mais cela aiderait à réduire les coûts d'installation sur site. Utilisez ces données utiles pour demander un devis personnalisé pour votre projet particulier.
Subian peut-il livrer une sous-station PV complète ?
Oui. Jiangsu Subian Electric Power dispose de transformateurs de surpression solaires et de sous-stations de puissance solaire de type boîte finies composées du transformateur, d'appareillage de commutation MV, de panneaux LV, et de surveillance, le tout sur un skid testé en usine et rapidement installable. L'entreprise est responsable de l'inspection par un tiers et de l'expédition sur le site du projet.
Références
- IEC 60076-1 — Transformateurs de puissance : Général — la norme régissant le classement et les tests des transformateurs solaires.
- IEC 60076-3 — Niveaux d'Isolation et Essais Dielectriques — définit les niveaux d'isolation pour les classes de tension collecteur et de transmission.
- IEC 60076-5 — Capacité à Résister aux Courts-Circuits — vérification de court-circuit pour les enroulements de surpression.
- IEC 62271-212 — Assemblages d'équipements compacts (GIS et GIL) — pertinent pour les sous-stations PV de type boîte et intégrées sur skid.
- IEA — Énergie solaire — contexte mondial pour le déploiement de PV et la demande d'équipement.
- Hitachi Energy — Produits de Transformateurs — documentation de référence pour les transformateurs de puissance solaire de grande taille.
Conclusion
Le transformateur solaire est le lien indispensable entre l'onduleur et le réseau : il élève la sortie basse tension de l'installation à la tension de collecte ou de transmission, fournit la référence de mise à la terre exigée par le code du réseau, et doit survivre à un cycle de service — intermittent, cyclique quotidien, chaud — qu'un transformateur de distribution conventionnel ne rencontre jamais. La bonne spécification commence par l'architecture de tension et la classification du groupe d'onduleurs, puis fixe le groupe vectoriel et la mise à la terre selon le code du réseau, dégrade pour le climat du site, choisit la forme d'intégration, et verrouille un calendrier de livraison qui correspond à la date d'énergisation. Jiangsu Subian Electric Power propose des transformateurs solaires conformes à la norme IEC 60076 et des sous-stations PV de type boîte à des prix compétitifs, soutenus par une expérience à l'exportation et des tests complets en usine. Soumettez le schéma unifilaire et les données de charge de votre installation via le site officiel pour recevoir une proposition adaptée à votre spécification pour votre prochain projet solaire.