Tests de durabilité sur des équipements d’électronique de puissance pour le secteur des énergies renouvelables

Les centrales solaires photovoltaïques devraient être aussi fiables et sûres que les parcs éoliens, et ce, durant toute leur durée de vie, quels que soient le lieu et le climat. C’est pourquoi OWI-Lab a réalisé de nombreux tests climatiques sur des équipements d’électronique de puissance (convertisseurs multimégawatts) pour le secteur de l’énergie solaire.

Sirris possède l’une des plus grandes chambres d’essais climatiques en Europe. Le laboratoire d’essais est utilisé dans le cadre de projets d’étude, d’essai et de validation de différents systèmes électromécaniques qui doivent être capables de fonctionner dans des conditions climatiques difficiles et extrêmes. Le site a ouvert ses portes en 2012. Au début, il était principalement utilisé par le département d’OWI-Lab chargé de réaliser les tests fonctionnels sur des composants de grande taille destinés aux éoliennes de 1 à plus de 6 MW (multiplicateurs, transformateurs, convertisseurs de puissance, composants hydrauliques...). Les entreprises spécialisées dans des secteurs comme les véhicules hors route, l’exploitation minière, l’agriculture et la défense peuvent elles aussi profiter des avantages offerts par cette chambre d’essais de haute technologie.

L’année dernière, la chambre d’essais a été utilisée pour tester des équipements d’électronique de puissance (onduleurs) pour le marché de l’énergie solaire. Dans ce secteur particulier des énergies renouvelables aussi, l’on doit pouvoir garantir la fiabilité et la sécurité des équipements tout au long de leur durée de vie, quelles que soient les conditions climatiques et n’importe où dans le monde. Que ce soit en plein désert ou en milieu polaire, tous les composants doivent pouvoir résister aux contraintes de l’environnement. 

Une grande chambre d’essais climatiques et des images thermiques réalisées lors de tests fonctionnels effectués sur des convertisseurs de puissance

Le laboratoire est de longue date particulièrement compétent dans la réalisation de tests de performance lors de démarrages à froid ainsi que de tests d’utilisabilité fonctionnelle en climat froid. Or, les climats tropicaux (humides) et les climats désertiques chauds (arides) présentent eux aussi un défi sur le plan technique pour certaines installations, en particulier pour les équipements d’électronique de puissance et les systèmes de refroidissement. C’est pourquoi le laboratoire ne limite pas ses tests climatiques aux conditions de froid extrêmes et aux environnements glaciaux. Afin de répondre aux exigences en matière de tests, l’intérieur de la chambre est doté d’un revêtement spécial et de fonctionnalités supplémentaires. Elle est ainsi parfaitement adaptée pour la réalisation de tests d’humidité avec un taux pouvant varier de 8 à 95 %. En outre, le laboratoire a acquis un panneau de chaleur solaire (array) d’une puissance de 950 W/m² qui peut être utilisé pour simuler la chaleur produite par le rayonnement solaire infrarouge. 

Grâce aux grandes dimensions de la chambre d’essai, la possibilité de faire varier le taux d’humidité de l’air ainsi que sa température (de -60 à +60 °C) et la possibilité de programmer des cycles de tests, l’installation est parfaitement adaptée pour tester un ou plusieurs systèmes à la fois dans des conditions climatiques extrêmes. En plus du dispositif d’essais climatiques, l’installation est également dotée de l’infrastructure électrique nécessaire à la réalisation de tests fonctionnels sur des appareils électriques tels que des convertisseurs de puissance. À la demande du client, la puissance sélectionnée peut varier de 150 kVA à plus de 6 MW si nécessaire. Les convertisseurs utilisés dans le secteur de l’énergie solaire ne sont pas les seuls appareils à subir des tests en situations climatiques extrêmes : les convertisseurs pour éoliennes et les équipements d’électronique de puissance pour centrales houlomotrices ou marémotrices peuvent eux aussi passer sur le banc d’essai.  

Une électronique de puissance fiable, aussi bien dans le désert qu’en milieu polaire

La part des énergies renouvelables comme l’énergie solaire ou l’énergie éolienne dans le mix énergétique est en constante augmentation. Ces sources d’énergie sont de plus en plus souvent exploitées dans des lieux très éloignés où les installations doivent pouvoir fonctionner dans des conditions climatiques plus rudes. Ces installations d’énergies renouvelables sont implantées un peu partout dans le monde. De ce fait, elles doivent pouvoir résister aussi bien à la chaleur du désert au Moyen-Orient qu’au froid polaire dans les régions les plus septentrionales du globe, comme dans le Grand Nord canadien par exemple. Tous les composants doivent être conçus de manière à pouvoir affronter ces conditions extrêmes, car certains sites d’exploitation sont difficiles d’accès, ce qui complique les interventions de maintenance ou les réparations par rapport à une installation située en climat tempéré. C’est pourquoi les fabricants de tout type de convertisseurs font d’abord tester leurs prototypes en vue de garantir un fonctionnement sûr et fiable sous toutes les latitudes.

Quelques exemples typiques d’exploitation de sources d’énergie renouvelables (solaire, éolienne, marémotrice) dans des conditions climatiques difficiles : dans la chaleur du désert, dans un environnement extrêmement froid ou très humide

Des possibilités de tests étendues dans divers climats extrêmes 

« En plaçant un convertisseur de puissance dans la chambre d’essai et un autre à l’extérieur de celle-ci, nous pouvons réaliser les tests en circuit fermé dans une configuration “dos à dos” ou “back-to-back” à 1 MW, qu’il est possible d’étendre à plus de 6 MW si nécessaire. Nous avons ainsi pu tester un appareil à pleine puissance, » déclare Pieter Jan Jordaens, business developper pour l’installation pour essais climatiques. Notre équipe de test analyse les normes et les exigences des clients et prépare alors le matériel pour fournir la puissance électrique nécessaire, l’humidificateur et l’unité de séchage, de sorte que nous puissions proposer une campagne d’essais climatiques complète. 

Bastiaan Reymer, ingénieur d’essais pendant la campagne d’essais : « Les essais sur le système ont été effectués en continu, 24 h/24 et 7 j/7, plusieurs jours de suite. La chambre d’essai est commandée à l’aide d’un logiciel programmable, ce qui permet d’ajuster avec précision la température et l’humidité en vue de créer des cycles d’environnements extrêmes selon les normes IEC. » Les essais climatiques sont réalisés par l’équipe du laboratoire selon les normes suivantes : 

IEC-60068-2-1 Environmental Test - Cold

IEC-60068-2-2 Environmental Test - Dry Heat

IEC-60068-2-14 Environmental Test - Change of Temperature

IEC-60068-2-30 Environmental Test - Damp heat Cyclic (humidity testing)

Campagne d’essais sur un convertisseur de puissance en chambre d’essais – Configuration dos à dos