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  Dossier - Octobre 2012

Onduleurs : au cœur du débat
entre qualité du courant et performance énergétique


 

Jacques Perrochat Edito

"Qualité, disponibilité et efficacité de l’énergie électrique"

 Très actif au sein du Cemep (1), le Gimelec (2) dispose d’une division dédiée aux onduleurs : la division A22. Le marché des onduleurs pèse plus de 140 M€ en France, dont les deux tiers pour les gammes de puissance jusqu’à 100 kVA.
Nos groupes de travail ont principalement à leur actif des avancées en matière de normalisation auprès de UTE (3) en France, du CENELEC (4) au niveau européen et de L’IEC (5) au plan international. Ils contribuent à la prise en compte de la problématique environnementale et en matière d’efficacité énergétique, en collaborant aux travaux préparatoires des directives européenne portant sur les ASI.
À ce titre, nous avons toujours su être en avance sur les questions d’efficacité énergétique. Ainsi, depuis 2008, notre Commission a largement contribué à enrichir le « Code de conduite européen » au sujet des onduleurs. Ce document, auxquels adhère l’ensemble des industriels membres de la Commission, regroupe les meilleures pratiques visant à réduire l’impact environnemental des onduleurs, notamment grâce à l’élévation des rendements énergétiques. Nous travaillons actuellement à la révision de ce Code. En parallèle, notre attention se porte sur l’encadrement de l’application du label Energy Star au niveau européen.
Notre approche générale consiste à garantir des onduleurs de qualité, selon des objectifs ambitieux, mais cependant réalistes. C’est d’ailleurs un challenge pour l’ensemble de la filière, au bénéfice du client final.
Autre axe de développement : la valorisation des services proposés par les fabricants, au travers d’accompagnement technologique, d’expertise… Car un système tel que l’onduleur nécessite un suivi sur l’ensemble du cycle de vie, afin de garantir un niveau de service maximum. Les fabricants vont aujourd’hui jusqu’à faciliter le recyclage des batteries…
D’ailleurs, si certaines inquiétudes ont pu transparaître au sein de la filière électrique quant à la place et à l’impact des batteries au plomb, nous sommes unanimement d’accord pour affirmer que cette technologie est bien maîtrisée. Aujourd’hui encore, le couplage entre ces batteries et l’électronique de puissance reste la solution la plus aboutie et la plus performante pour une large majorité des applications.
Nos membres participent également, par l’intermédiaire de leurs comités nationaux, à l’élaboration d’une norme CEI qui traitera de l’efficacité énergétique, et de l’empreinte environnementale des onduleurs durant tout le cycle de vie .
En France, le marché de l’onduleur jusqu’à 100 kVA est soutenu et demeure inscrit dans le périmètre de la filière électrique. Nous avons cependant pour objectif de dynamiser plus encore ce secteur avec l’aide de nos partenaires distributeurs et installateurs !

 

Jacques Perrochat,
Président de la division A22 du Gimelec

 

(1) Comité européen des fabricants de matériels électriques et électroniques.
(2) Le Groupement des industries de l’équipement électrique, du contrôle-commande et des services associés représente, au travers de ces adhérents, environ 71 000 emplois en France. La Division A22 traite des alimentations statiques.
(3) Union technique de l’électricité (bureau français de normalisation de l’électrotechnique).
(4) Comité européen de normalisation en électronique et en électrotechnique.
(5) International electrotechnical commission.

 


Onduleurs : au cœur du débat
entre qualité du courant et performance énergétique


 

Garant d’un courant de qualité toujours disponible, l’onduleur améliore son rendement énergétique et s’inscrit pleinement dans l’univers IT. Les possibilités offertes de contrôle et de diagnostic à distance ouvrent alors la voie à des services de maintenance. Objectif : garantir jusqu’au bout la continuité de service.

 

INFOSEC Z3Lors de l’émergence des ordinateurs portables dotés d’une batterie, est apparue la crainte que les onduleurs de petite puissance disparaissent du marché. Depuis, les stations fixes ont prouvé qu’elles étaient partiellement restées en place. Mais au fil des ans, une baisse régulière des ventes des petits onduleurs est toutefois constatée. Pour les petites puissances, Christophe Choquart, responsable des ventes distribution chez Riello UPS voit cependant un avenir aux cotés des systèmes domotiques et de sécurisation de l’habitat.
En parallèle, les onduleurs centralisés en interaction avec le réseau (line-interactive), de puissance modeste, ont conquis le marché du petit tertiaire. Principales raisons : la baisse des prix et le fait d’alimenter une ligne de prises de courant en centralisant l’encombrement (voire le bruit généré par les ventilateurs).
« Concernant l’offre de 3 à 11 kVA, la tendance selon laquelle les petits serveurs sont en proie à la virtualisation et au stockage de données à distance commence à se faire ressentir », souligne Stéphane Egros, responsable marketing chez Eaton.
LIEBERT GXT3GPour les onduleurs de plus forte puissance, notamment jusqu’à 100 kVA, différents choix de configuration permettent de réduire les coûts d’investissement tout en garantissant la continuité d’alimentation en cas de panne d’un composant. Certes, ce mécanisme n’est pas nouveau, mais il permet de jongler pour accéder à une solution optimisée en termes de puissance. Alexis Dufay, responsable marketing opérationnel chez Infosec UPS System : « Initialement, pour disposer d’une solution redondante de 60 kVA, l’exploitant optait pour l’investissement de 2 onduleurs de 60 kVA. Aujourd’hui, le regroupement de 3 onduleurs de 30 kVA apporte le même niveau de sécurité. On peut même opter pour 3 onduleurs de 20 kVA en programmant le repli automatique de certaines charges non critiques ! Pour ce faire, nous proposons, depuis plus de 4 ans, la programmation de plusieurs réseaux de puissance distincts en sortie d’onduleur. Cela permet de programmer des arrêts de façon décalée. »
Eaton permet également de maîtriser les sorties d’onduleur vers les baies informatiques afin de connaître les consommations électriques ou encore d’arrêter / relancer les serveurs de façon automatique. Cette interaction du monde électrique avec le monde informatique se gère directement dans le logiciel de l’onduleur.
Début 2013, Eaton renouvellera sa gamme 10 – 100 kVA en tirant profit de meilleurs rendements et d’une gestion évoluée des possibilités de mise en parallèle. Plus généralement, c’est aussi l’occasion pour le fabricant de remplacer les gammes historiques par une offre 100 % Eaton. Concernant spécifiquement les onduleurs triphasés jusqu’à 50 kVA, Eaton met en place un nouveau service de prescription dédié à l’installateur.
D’ici un an et sur la base d’une gamme qui sera appelée à évoluer, Riello UPS devrait appliquer des possibilités de redondance et de mise en parallèle dès 3 kVA. Sur les puissances plus importantes (tranche 10 – 100 kVA), Riello UPS revendique un rapport poids/puissance revu à la baisse et estime disposer actuellement d’une solution 160 kVA des plus compactes du marché. « Cette évolution est la conséquence d’une électronique de puissance elle-même très compacte et de l’utilisation d’une tension continu plus élevée au niveau des convertisseurs AC /DC et DC/AC », précise Christophe Choquart.

 


Des rendements élevés
Si, depuis les années 2000, les fabricants ont mené un important travail sur la disponibilité d’un courant de qualité, la nouvelle décennie qui s’engage ouvre la voie à la performance des onduleurs en matière de performance énergétique. Il y a certes la capacité à fonctionner sur by-pass lorsque les microcoupures n’ont pas d’emprise sur le fonctionnement de la charge, aussi et surtout la tendance à intégrer une électronique de puissance à haute performance énergétique.
Les progrès enregistrés au niveau des composants électroniques de puissance jouent un rôle dans l’amélioration du rendement. « Ils ont permis de gagner entre 1 et 2 % de rendement, souligne Alexis Dufay chez Infosec UPS System. Notamment depuis 4 à 5 ans avec la généralisation de la technologie redresseur par IGBT. Par exemple, nos onduleurs M4T, offrent un bon rendement dès 10 % de charge, en comparaison des produits plus anciens, pour lesquels ce même rendement ne pouvait être atteint qu’à partir de 50 à 60 % de charge. »
Chloride a aussi beaucoup travaillé à l’amélioration des courbes de rendement, notamment à mi-charge. « La marche des auxiliaires s’adapte également à la charge. C’est le cas des ventilateurs dont la vitesse s’adapte à la charge thermique résultante à évacuer », explique Angel Montilla, directeur des ventes Chloride France.
Inscrit dans cette tendance, Schneider Electric a mis au point l’Efficiency Booster Mode (EBM) permettant de répartir la charge entre onduleurs afin d’utiliser les équipements selon le meilleur de leur rendement. Ainsi, les onduleurs ont la capacité de se placer en mode vielle au gré des fluctuations de charge. D’où l’optimisation des rendements.
Chez Socomec, le concept Energy Sever permet de gérer plusieurs onduleurs fonctionnant sous une même charge afin de placer automatiquement certains équipements en veille. La réactivation s’effectue si nécessaire en 1 ou 2 millisecondes. « Ce concept s’applique en série sur nos machines à partir de 80 kVA, précise Philippe Gremel, responsable marketing et communication. Mais il n’est cependant pas toujours utilisé par nos clients. À nous de mettre en valeur nos atouts ! »
RIELLO GAMMEDans le même but, Chloride applique pour sa part une redondance séquentielle sur la base d’onduleurs modulaires. Ainsi, une gestion intelligente de répartition de la charge va jusqu’à gérer la veille tournante des modules pour équilibrer leurs temps de fonctionnement.
Sur la gamme de 5 à 11 kVA, où Eaton estime réaliser le plus grand nombre de ventes sur le marché mondial, le fabricant annonce des rendements en forte progression. La nouvelle gamme 9PX affiche jusqu’à 95 % de rendement en mode on-line, et jusqu’à 98 % en mode haut rendement, soit 4 points de plus que la gamme EXRT.
Philippe Gremel, Socomec : « En 5 ans nous sommes passés d’un rendement de 91 à 96 %, selon des données certifiées. Ces chiffres élevés interviennent sur les courbes de rendement dès 30 à 40 % de charge ! Certains clients nous demandent d’envisager un rendement de 99 % pour des applications telles que les datacenters. Jusqu’à présent, ces rendements n’étaient possibles qu’en shuntant l’onduleur avec un by-pass, ce qui n’était pas notre stratégie pour des applications très critiques. Cette tendance, avec ses évolutions technologiques, devrait cependant s’appliquer en phase avec les besoins du marché, très orientés sur la performance énergétique. »

 


6 500 schémas disponibles !

 

Depuis avril 2012, Schneider Electric a ouvert sur son site Internet une bibliothèque de schémas électriques et mécaniques de mise en œuvre d’onduleurs. Ainsi, en accès libre, il est possible, via la sélection de la configuration, de la tension et de la charge, de se procurer des schémas adaptés à son projet au sein d’une base de données de 6 500 schémas, disponibles en pdf ou au format Autocad. Un plan de présentation de cet outil est prévu en partenariat avec les acteurs de la distribution.


 

Évolution du facteur de puissance
Grande tendance chez les fabricants de serveurs informatiques : fournir des équipements dont la charge est très proche de la puissance active. Les fabricants d’onduleurs font également évoluer leur facteur de puissance afin d’être aujourd’hui très proche de 1, ou dans bien des cas, proche de 0,9. De fait, la puissance exprimée en kVA tend à se rapprocher de la puissance exprimée en kW. Voilà pourquoi plusieurs fournisseurs évoquent la puissance en kW pour certains onduleurs.
SCHNEIDER MGE GalaxyC’est le cas pour le Symmetra PX (16 à 500 kW) de Schneider Electric, dont le cosinus phi proche de 1, s’adapte à la charge typique des serveurs informatiques, notamment dans le cas des datacenters.
« Dès 30 kVA pour nos onduleurs, il n’existe plus de différence entre la puissance apparente disponible en kVA et la puissance active disponible en kW. Ce résultat est aussi obtenu en dimensionnant différemment l’onduleur pour lui permettre de fournir un surplus de puissance au convertisseur. Dès 10 kVA, nous annonçons même la puissance sans déclassement, quelle que soit la nature du facteur de puissance de la charge ! », précise Angel Montilla chez Chloride.
Socomec propose aussi des onduleurs dont le facteur de puissance approche 1 sur son offre de 10 à 400 kW. Philippe Gremel : « Les clients y sont sensibles en phase d’achat. Il faut comprendre qu’entre un facteur de puissance de 0,8 et de 1, intervient favorablement une augmentation de puissance disponible de 25 % ! »

 

 


 

Le génie logiciel s’étoffe
À une électronique de puissance performante s’ajoutent des capacités de pilotage en réseau toujours plus élargies. « L’onduleur présente aujourd’hui des fonctionnalités intéressantes, même pour de petites puissances, précise Stéphane Egros chez Eaton. Si l’équipement est capable d’envoyer un message d’alerte en cas d’anomalie, il peut aussi, en prévision d’un défaut, induire la migration de données d’un serveur à un autre et quelle que soit la distance les séparant. » Eaton permet par exemple d’intégrer son logiciel de gestion d’onduleur directement dans une application Microsoft (Hyper-V), VMware, Citrix, Red Hat…
Pour Riello UPS, l’intégration d’une carte Ethernet et l’apport de services via le logiciel concerne les onduleurs dès 500 VA et non plus à partir de 3 ou 4 kVA comme il y a encore quelques années. « Depuis un an, nous proposons à cet effet des cartes Ethernet, Modbus/Jbus ou à contact sec, capables d’intégrer un équipement quelle que soit sa puissance jusqu’à 100 kVA. D’où un nombre de références réduit pour le distributeur », ajoute Christophe Choquart. Sur ces cartes, il est par ailleurs possible de brancher directement un capteur standard de température ou d’humidité pour suivre l’ambiance de la salle.
SOCOMEC bhc« Aujourd’hui, toute notre offre d’onduleurs communique, lance Angel Montilla, Chloride France. De 500 à 1 500 VA, c’est directement via un port USB, et dès 700 VA online, nous intégrons une carte Ethernet. »
L’intelligence de l’onduleur permet aussi de gérer la batterie. Par exemple, La gamme 9PX de Eaton met en œuvre une technologie de décharge/charge de la batterie dans le but de prolonger la durée de vie des éléments, voire dans certaines conditions de la doubler !
C’est effectivement une tendance retrouvée chez nombre de fabricants. Riello UPS améliore aussi sa stratégie de charge pour préserver la batterie. En option, une électronique supplémentaire vient également mesurer la tension de chaque élément de batterie pour ainsi déceler les éléments défectueux.
L’évolution des logiciels de contrôle des onduleurs et leur capacité à gérer le comportement de l’équipement sur événement conduiront sans nul doute la réserve d’énergie, que constitue la batterie (toutes technologies confondues), à jouer un rôle actif. Cette réserve pourrait très bien contribuer à l’écrêtement de la courbe de puissance appelée, à l’effacement du client du point de vue du réseau, voire à l’alimentation ponctuelle du réseau. L’onduleur pourrait alors participer à une logique de stockage d’énergie décentralisée dans le cadre du smart grid. Pourquoi aussi ne pas profiter de la batterie pour stocker un surplus de production locale d’électricité photovoltaïque ?

 


Des services à la clé
La valeur ajoutée logicielle ouvre également la porte au déploiement des services. Schneider Electric propose par exemple le concept Remote Monitoring System (RMS) conçu pour le contrôle-diagnostic distant des onduleurs, même de petite puissance. Offre complémentaire, le concept Life Cycle Managment (LCM) permet un suivi prédictif des équipements avec notamment une visite annuelle au cours de laquelle l’environnement et le niveau de charge de l’onduleur sont, entre autres, vérifiés. « LCM permet le suivi de nos clients dans toutes les phases du projet », ajoute Patrick Bois, directeur énergie sécurisée EMEA.
Option dans le cadre d’un contrat d’entretien proposé par Chloride, Lifenet est un dispositif de télésurveillance permettant d’adresser tous les onduleurs sous IP selon une communication mono ou bidirectionnelle. « Le journal des événements est traité par notre centre de télésurveillance et permet de déclencher des appels d’urgence en horaires ouvrés ou non », explique Angel Montilla.

 


Stockage d’énergie
SOCOMEC ModulysPour une large majorité des onduleurs, le meilleur compromis reste la traditionnelle batterie au plomb étanche. Cela n’empêche pas de mener des réflexions au sein des cellules de R&D. Schneider Electric réfléchit pour sa part à de futures alternatives : volant d’inertie pour autonomie courte et pile à combustible pour autonomie longue. « Lorsque nous estimerons que ces technologies seront vraiment matures, nous les proposerons », souligne Patrick Bois.
Riello UPS envisage pour sa part d’adapter certains de ses onduleurs à des solutions alternatives telles que les groupes tournants (un partenariat est engagé avec le Britannique Vycon), les nouveaux accumulateurs Lithium/Ion ou encore les super-condensateurs.
Déjà disponible chez Socomec, le stockage d’énergie par volants d’inertie est de plus en plus souvent demandé. Philippe Gremel : « Nous nous intéressons aux batteries Lithium-Ion pour les applications spécifiques. Certes l’investissement est supérieur, mais elles présentent des atouts : durée de vie, décharge rapide jusqu’à 100 % et disponibilité de 95 % de la tension jusqu’à 95 % de la décharge ! »

 


 Adaptation aux besoins spécifiques
« Sur les moyennes et fortes puissances, l’adaptation aux besoins spécifiques du client est notre valeur ajoutée, explique Philippe Gremel, Socomec. Il s’agit d’intégrer ou non un transformateur, d’adapter l’équipement au régime de neutre ou encore de le compléter pour assurer des transferts sans coupure… » Pour cela, Socomec a directement aménagé une sortie de ligne de fabrication dans son usine de Benfeld en Alsace. « D’ailleurs, pour ces niveaux de puissance, nous allons jusqu’à assurer la réception avec le client à l’usine de Benfeld et aussi dans notre usine en Italie près de Venise. Nos équipes vont jusqu’à installer les onduleurs chez le client. »
Infosec UPS System dispose de capacités à produire, notamment pour ses clients électriciens, des onduleurs sur-mesure : dimensionnement de batterie, by-pass, cartes de communication…
Chez Schneider Electric, une équipe basée sur le site de Grenoble a en charge l’adaptation des produits, notamment au niveau des auxiliaires.

tableau 55

 


Gestion de la fin de vie
Arrivé en fin de vie, l’onduleur fait aujourd’hui partie de la grande famille des DEEE (Déchets d’équipements électriques et électroniques). Sur ce thème, Schneider Electric a pour sa part mis en place en France une organisation spécifique dans le but de respecter la directive DEEE. Ainsi, un numéro d’appel unique permet d’accéder au service (Customer Care Center) qui prend en charge la gestion du retraitement des produits en fin de vie. « Nous avons mis en place l’offre SWAP PAC qui consiste à démanteler le produit sur site et à le remplacer par un équipement neuf. Le produit en fin de vie, directement pris en charge par nos services, fait l’objet d’un bordereau de suivi des déchets industriels remis à l’utilisateur. L’équipement est démonté, enlevé et détruit selon la directive en vigueur », explique Patrick Bois.

 

Michel Laurent

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