De plus, la baisse constante des tarifs de rachat de l'électricité produite sur le réseau a incité un nombre croissant de propriétaires d'installations à utiliser l'énergie qu'ils produisent plutôt que de l'injecter dans le réseau. Afin d'optimiser l'autoconsommation, des systèmes de stockage sont fréquemment utilisés conjointement avec des systèmes de gestion de l'énergie. Ces systèmes de stockage photovoltaïques nécessitent des onduleurs dotés de systèmes de contrôle et de flux d'énergie plus complexes que ceux disponibles auparavant, car ils visent non seulement à maximiser l'autoconsommation, mais aussi à assurer des fonctions supplémentaires telles que :
- Optimisation de la planification des onduleurs pour tirer parti des périodes de faible consommation
- Amélioration de la qualité du réseau
- Fonction de coupure de courant d'urgence
Cet article détaille les nouvelles caractéristiques techniques requises des onduleurs actuels pour remplir ces fonctions.
Flux d'énergie dans les systèmes de stockage.
De manière générale, un système de stockage photovoltaïque peut fonctionner avec les cinq flux de charge suivants (Figure 1) :
1. Générateur photovoltaïque → Onduleur : énergie photovoltaïque ;
2. Onduleur → Injection dans le réseau ou auprès du consommateur ;
3. Onduleur → Batterie : charge de la batterie ;
4. Batterie → Onduleur : décharge de la batterie ;
5. Réseau électrique → Onduleur : charge de la batterie à partir de l'énergie du réseau électrique.
Les deux premiers flux d'énergie sont typiques des systèmes photovoltaïques sans stockage.
Cependant, les systèmes avec stockage doivent pouvoir gérer les flux d'énergie 3 et 4 pour charger et décharger la batterie.
Le flux d'énergie 5, qui charge la batterie à partir du réseau électrique, n'est pas obligatoire pour un système avec stockage ; par conséquent, tous les systèmes de stockage ne proposent pas cette option.
Ce dernier mode de fonctionnement permet de nombreuses applications supplémentaires, certaines déjà importantes aujourd'hui et d'autres qui le seront à l'avenir, comme le montrent les exemples ci-dessous :
Fonction de charge en courant alternatif.
Bien que la fonction de charge en courant alternatif ne soit pas la plus pertinente pour optimiser l'autoconsommation, une analyse plus détaillée montre que de nombreuses applications sont impossibles sans elle. La charge via courant alternatif peut s'effectuer à partir de sources d'énergie privées ou autoproduites (ménages) ou de réseaux publics (réseaux d'alimentation). Des exemples d'applications de charge en courant alternatif peuvent être analysés du point de vue des trois groupes d'acteurs suivants :
Du point de vue du gestionnaire de réseau
– Couplage avec d'autres sources d'énergie (couplage CA) :
Ces dernières années, on a constaté une augmentation du nombre de petites installations de cogénération (micro-cogénération) et même de parcs éoliens de faible puissance. Dans ces systèmes, l'électricité est disponible même lorsque la production photovoltaïque est faible, par exemple en hiver, et que le système de stockage photovoltaïque fonctionne en sous-capacité. La fonction de charge CA permet le stockage temporaire de l'énergie excédentaire provenant de sources auxiliaires pour une utilisation ultérieure.
De plus, le couplage CA permet l'intégration du système de stockage au sein d'une installation photovoltaïque existante.
Conservation de la charge :
Si, pendant de longues périodes, peu ou pas d’énergie photovoltaïque est disponible (que ce soit en raison de modules défectueux, de générateurs photovoltaïques recouverts de neige ou d’autres facteurs), la fonction de charge CA empêche la décharge complète du système de stockage et la détérioration prématurée de la batterie qui en résulte.
Charge minimale en cas d'urgence
: De nombreux systèmes de stockage photovoltaïques intègrent une fonction d'alimentation de secours en cas de coupure ou de défaillance du réseau électrique. Quelles que soient les conditions d'isolation, la charge en courant alternatif garantit une capacité minimale au système de stockage. Ceci permet également d'anticiper le temps nécessaire à la recharge complète du système en cas de coupure ou de défaillance du réseau.
Du point de vue des consommateurs d'électricité :
Tarification différenciée selon les heures de consommation.
L'introduction des compteurs intelligents a permis aux distributeurs d'électricité de proposer à leurs clients une tarification différenciée selon les heures de consommation. Ceci permet d'alimenter les systèmes de stockage d'énergie à partir du réseau pendant les heures creuses, puis d'utiliser cette énergie pendant les heures de pointe. Ce système est particulièrement utile en période de faible ensoleillement.
Utilisation de systèmes de stockage flexibles pour l'optimisation et l'équilibrage du réseau :
Le rôle des marchés de l'électricité (marchés du kWh) et de leurs acteurs est d'assurer un équilibre optimal entre l'offre (production) et la demande (consommation) avant même que l'électricité ne soit nécessaire. Pour une intégration optimale de ces sources d'énergie au marché, notamment l'énergie photovoltaïque et éolienne en raison de leurs fluctuations naturelles, des outils de prévision offrant diverses options sont indispensables. Le stockage décentralisé par batteries (qui, combiné à d'autres systèmes, forme une « centrale électrique virtuelle ») constitue une de ces options.
Du point de vue du gestionnaire du réseau électrique :
amélioration de la qualité du réseau.
L’augmentation significative du nombre de systèmes photovoltaïques raccordés au réseau implique une plus grande responsabilité de ces systèmes quant à la fourniture de services et à la garantie de la qualité sur l’ensemble du réseau. L’utilisation de systèmes de stockage d’énergie permet aux systèmes photovoltaïques de jouer un rôle crucial dans le maintien des niveaux de tension et de fréquence nécessaires sur le réseau de distribution. La fonction supplémentaire de recharge des batteries à partir du courant alternatif du réseau (après passage par l’onduleur CC) confère au système photovoltaïque une plus grande polyvalence.
Participation au marché de l'équilibrage de l'électricité :
le gestionnaire du réseau électrique compense les déséquilibres électriques en gérant la production d'électricité lorsque celle-ci ne correspond pas à la demande instantanée. La gestion de l'électricité est ainsi réalisée en fonction des besoins du réseau afin d'équilibrer la production et la demande. De même que le gestionnaire du réseau utilise cette capacité (voir ci-dessous), le stockage décentralisé par batteries offre une solution flexible de gestion de l'électricité, adaptée aux besoins de l'utilisateur et du réseau.
Technologie Multi-Flow :
Les flux d'énergie décrits dans la section précédente sont essentiels pour garantir les performances optimales du système de stockage photovoltaïque. Outre l'onduleur nécessaire à ces modes de fonctionnement, il est également important de savoir si les flux de courant peuvent être parallèles (simultanés). La technologie Multi-Flow, utilisée dans la gamme Fronius Symo Hybrid, représente une approche globale du contrôle des flux d'énergie, où l'onduleur devient le centre de contrôle intelligent de tous les flux de courant. Les exemples suivants illustrent les avantages des systèmes de stockage dotés de la technologie Multi-Flow.
Alimentation simultanée du logement en énergie provenant du système photovoltaïque et de la batterie :
Pour répondre aux besoins énergétiques du logement, le système photovoltaïque fournit l'énergie nécessaire, le cas échéant étant compensé par la batterie.
Sans la technologie Multi-Flow, c'est-à-dire si les flux d'énergie ne peuvent pas être parallèles, le système photovoltaïque ne pourrait pas couvrir les besoins du foyer, même avec l'aide de batteries de stockage. De plus, le système photovoltaïque devrait s'arrêter, entraînant une perte d'énergie.
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Recharge de la batterie et alimentation électrique domestique par panneaux photovoltaïques :
si la production d’énergie du système photovoltaïque dépasse la consommation du logement, le surplus est stocké dans la batterie. Ce surplus n’est injecté dans le réseau que lorsque la batterie est complètement chargée.
Sans la technologie Multi Flow, l'onduleur devrait réduire sa puissance, ce qui entraînerait une perte d'énergie.
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Alimentation électrique domestique et recharge de batterie simultanées grâce à l'énergie photovoltaïque et à d'autres sources d'énergie :
pour répondre aux besoins énergétiques du foyer, l'énergie produite par le système photovoltaïque et d'autres sources (par exemple, une petite éolienne ou une centrale de cogénération) est utilisée, le surplus étant simultanément stocké dans la batterie. Ceci permet une autonomie accrue, même en hiver.
Les systèmes dépourvus de la technologie Multi Flow ne peuvent pas utiliser la batterie pour stocker temporairement l'énergie provenant d'autres sources.
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Couverture de la consommation énergétique en cas d'urgence grâce à l'énergie photovoltaïque et à une batterie.
En cas d'urgence, la consommation énergétique domestique peut être assurée simultanément par un système photovoltaïque et une batterie. Ainsi, l'alimentation de secours se poursuit même lorsque la batterie est déchargée, à condition que la production d'énergie soit supérieure à la consommation.
Dans le cas d'un système dépourvu de technologie Multi Flow, l'énergie du système photovoltaïque ne peut souvent pas être utilisée pour les opérations d'urgence et est donc perdue.
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6. Résumé
Les exigences imposées aux onduleurs d'un système de stockage d'énergie sont supérieures à celles d'un système photovoltaïque conventionnel sans stockage. L'onduleur d'un système de stockage moderne doit assurer une gestion intelligente de chaque flux d'énergie et optimiser l'autoconsommation. Afin de garantir l'absence de pertes d'énergie et d'atteindre une efficacité énergétique maximale, tous les flux d'énergie doivent pouvoir être fournis simultanément. Pour certaines applications, cela n'est possible qu'avec la fonction de charge en courant alternatif, ce qui rend cette fonction d'autant plus critique.
Le système Fronius Energy Package et la technologie Multi Flow répondent aux exigences rigoureuses des systèmes de contrôle modernes pour le stockage d'énergie. La technologie Multi Flow permet d'utiliser ce système de stockage dans une grande variété d'applications, dès aujourd'hui et pour l'avenir.
