Le boom de la production d'énergie renouvelable attendu au cours des 10 prochaines années stimulera la demande pour des condensateurs utilisés pour un certain nombre d'objectifs critiques, y compris pour les fonctions de conversion d'énergie des segments à croissance rapide solaires et éoliens. La capacité mondiale installée de sources d'énergie renouvelables devrait augmenter de plus de 100 pour cent au cours de la prochaine décennie, selon le cabinet d'études de marché Frost & Sullivan. La capacité totale sera portée à 3 203 GW en 2025, en hausse par rapport à 1 566 GW en 2015.
Le solaire photovoltaïque (PV) entraînera la croissance, représentant 33,4 pour cent des nouvelles capacités au cours de la période. Le vent est proche derrière, représentant 32,7 pour cent de la capacité supplémentaire. La croissance sera un peu plus lente dans d'autres domaines, y compris l'hydroélectricité.
Frost & Sullivan a cité plusieurs facteurs à l'origine de la flambée des énergies renouvelables, y compris l'effondrement des prix stimulée par les avancées technologiques et les économies d'échelle. Par exemple, le coût des panneaux solaires a chuté de 70 pour cent de 2008 à 2013. Ces baisses ont rendu l'énergie renouvelable plus concurrentielle par rapport à la production de combustibles fossiles.
Maximum solaire
Les condensateurs jouent un rôle crucial sur le marché du solaire. Ils sont entre autres utilisés dans les onduleurs photovoltaïques, qui sont des dispositifs qui convertissent le courant continu produit par les cellules solaires en courant alternatif qui peut être utilisé dans le réseau électrique. Les onduleurs font généralement un usage intensif de condensateurs de grande taille qui stockent l'électricité.
Le marché d'onduleurs photovoltaïques mondial s'est élevé à 6,6 milliards $ en 2014, selon IHS. L'entreprise est actuellement en cours de compétition intense car les fournisseurs chinois entrent sur le marché pour satisfaire la demande intérieure en plein essor.
La fiabilité est critique pour ces onduleurs. Les systèmes solaires doivent rester en fonctionnement pendant de très longues périodes, quelques installateurs offrant même des garanties de 25 ans pour leurs systèmes. Les panneaux photovoltaïques peuvent conserver la grande majorité de leur production pendant 40 ans ou plus. Et parce que ces systèmes sont situés à l'extérieur dans une variété de climats, ils doivent fonctionner de manière fiable sur une large plage de température.
En raison de leur rôle essentiel dans les systèmes solaires, les onduleurs photovoltaïques doivent également être capables de résister à des conditions météorologiques extrêmes et rester en fonctionnement sur de longues durées de vie. Les onduleurs dans le passé avaient souvent une durée de vie plus courte, parfois pas plus de cinq ans. Cependant, la plupart des nouveaux produits ont été testés pour durer beaucoup plus longtemps, SolarEdge Technologies offre une garantie de 12 ans sur ses onduleurs, par exemple.
Le choc électrique des condensateurs
La défaillance d'un condensateur est une cause importante de dysfonctionnements dans les onduleurs PV. Ces composants sont soumis à une variété de contraintes, y compris à des vibrations, du stress mécanique et un fonctionnement continu à des tensions maximales. Les experts notent également que les condensateurs électrolytiques basés sur des électrolytes non solides vieillissent plus rapidement que ceux qui utilisent des électrolytes solides. Cela peut conduire à une durée de vie plus courte de ces condensateurs et des onduleurs photovoltaïques qui les utilisent. À la lumière de ce problème, certains concepteurs d'onduleurs se tournent vers d'autres condensateurs, y compris vers les condensateurs à film mince et vers les condensateurs en céramique, qui ont de plus longues durées de vie.
EPCOS propose un condensateur de puissance (CCP), qui est adapté pour de telles applications. Ce condensateur de puissance compact dispose de valeurs extrêmement faibles ESR et ESL et peut être monté directement sur le module IGBT. La robustesse et petit facteur forme du PCC le rendent approprié pour les onduleurs confinés dans des espace restreint des installations photovoltaïques.
De gros problèmes avec les micro-onduleurs
Les possibilités - et les problèmes - des condensateurs des onduleurs photovoltaïques ne font qu'augmenter avec la nouvelle génération de produits connus sous le nom de micro-onduleurs. Les onduleurs photovoltaïques ont traditionnellement fonctionné dans des configurations de type chaîne, combinant la sortie de plusieurs modules solaires. En revanche, chaque micro-onduleur est couplé avec un seul module solaire. Cela signifie qu'une réduction de la production d'un seul module ne réduit pas de façon disproportionnée la production de l'ensemble du réseau.
Les micro-onduleurs peuvent être intégrés directement dans des panneaux solaires pour produire des modules solaires de courant alternatif. Cela simplifie le processus d'installation et réduit les coûts des matériaux. Cela peut permettre également de compenser avantageusement le surcoût des micro- onduleurs par rapport aux onduleurs de chaîne. Le segment des micro-onduleurs devrait se développer à un rythme rapide, avec un chiffre d'affaires du marché mondial qui devrait passer à 1,1 milliard $ en 2018, soit plus du triple d'un total de 329 millions $ en 2013, selon le cabinet d'études de marché IHS. Cependant, avec des micro-onduleurs parfois fixés directement aux modules PV, il est impératif que ces appareils aient des durées de vie garanties équivalentes à celles des panneaux solaires eux-mêmes - c'est-à-dire environ 25 ans.
Juste un mot : les plastiques
Certains modèles de micro-onduleurs sont maintenant en mesure d'utiliser des condensateurs à film polyester. Une conception comprend un condensateur de masse EPCOS sur la base de film de polyester, un type de plastique. L'utilisation de cet appareil permet d'éviter les problèmes de durée de vie associés aux condensateurs électrolytiques.
L'énergie éolienne
Les condensateurs jouent également un rôle croissant en ce qui concerne l'énergie éolienne. Le marché de l'éolien au cours des dernières années a vu l'arrivée d'une nouvelle génération de turbines qui ne nécessitent pas d'engrenages. Ces turbines éoliennes sans engrenage utilisent une connexion directe entre le rotor et le générateur. Les partisans de la technologie à entraînement direct disent que cette approche rend les éoliennes moins complexes, en réduisant le besoin d'entretien. Cet attribut est particulièrement important pour les éoliennes offshore, dont la localisation à distance signifie que des réparations sont coûteuses.
Les générateurs éoliens à entraînement direct nécessitent des condensateurs qui peuvent fournir des niveaux élevés de capacité, de fiabilité et de robustesse. Pour servir ce marché, EPCOS offre une ligne de condensateurs électrolytiques en aluminium de bornes à vis adaptés aux éoliennes sans engrenage. Outre qu'ils sont dotés d'une capacitance élevée, ces condensateurs EPCOS sont conçus pour répondre aux exigences en matière de fiabilité, de longue durée de vie, et de température. Les condensateurs ont une densité d'énergie élevée, ce qui convient aux espaces confinés à l'intérieur des éoliennes. Ils sont connectés en série et en parallèle pour des applications dans les installations d'énergie éolienne.
Capacité d'adaptation
Avec une énergie renouvelable dont les investissements et la production sont à la hausse, les fabricants de condensateurs voient le marché comme de plus en plus attrayant. Les fabricants offrent des pièces spécialement conçues pour répondre aux besoins des systèmes solaires et éoliens. Grâce à ces efforts, les fabricants de condensateurs permettent à l'énergie renouvelable de faire l'objet d'un déploiement rapide, de coûts d'entretien plus faibles et d'une plus grande efficacité.