Les systèmes de stockage d'énergie photovoltaïque, communément appelés systèmes de stockage PV, englobent les applications impliquant des modules photovoltaïques et des équipements associés tels que des batteries de stockage d'énergie. En fonction de la nécessité d'un raccordement au réseau pour la vente d'énergie, les systèmes de stockage PV peuvent être divisés en systèmes PV hors réseau et systèmes PV hybrides (connectés au réseau/hors réseau). Nous nous concentrons ici sur quelques considérations de conception pour les systèmes PV hors réseau.
**Composants des systèmes photovoltaïques hors réseau :**
Les systèmes photovoltaïques hors réseau se composent généralement de modules photovoltaïques, d'onduleurs hors réseau (y compris les chargeurs/onduleurs photovoltaïques), de batteries de stockage d'énergie (plomb-acide/gel/plomb-carbone/lithium-ion/lithium-fer-phosphate, etc.), de structures de montage photovoltaïques, de câbles et de coffrets de distribution. Chaque composant joue un rôle crucial dans le fonctionnement du système photovoltaïque hors réseau.
La principale différence entre les systèmes hors réseau et les systèmes connectés au réseau réside dans leurs objectifs opérationnels. Alors que les systèmes connectés au réseau privilégient le retour sur investissement, les systèmes hors réseau privilégient la satisfaction des besoins énergétiques de base. Par conséquent, le choix de leurs composants se concentre sur des aspects différents.
**Considérations relatives aux composants :**
**Modules photovoltaïques :**
Initialement, les modules photovoltaïques étaient principalement utilisés dans les systèmes hors réseau et les petites installations photovoltaïques. Cependant, avec la généralisation des applications photovoltaïques connectées au réseau et les progrès technologiques constants, l'efficacité des modules photovoltaïques s'est considérablement améliorée. Certaines grandes centrales électriques connectées au réseau, en particulier, nécessitent des modules plus performants pour optimiser le retour sur investissement. En revanche, les systèmes hors réseau disposent généralement d'espaces disponibles plus importants et d'exigences d'efficacité moins strictes, ce qui fait des modules conventionnels la priorité lors de la conception du système.
**Onduleurs hors réseau :**
1. **Prise en compte des charges CA :**Les charges se répartissent généralement en trois catégories : les charges résistives (par exemple, l'éclairage, les radiateurs), les charges inductives (par exemple, les climatiseurs, les moteurs) et les charges capacitives (par exemple, les alimentations d'ordinateurs). Il est à noter que le courant de démarrage requis par les charges inductives est généralement trois à cinq fois supérieur au courant nominal. Les onduleurs autonomes avec une capacité de surcharge à court terme de 150 % à 200 % peuvent ne pas suffire pour les charges inductives, ce qui nécessite des considérations particulières quant à leur capacité (les onduleurs autonomes connectés à des charges inductives doivent avoir une capacité nominale au moins deux fois supérieure à la charge inductive). Par exemple, dans les projets où des onduleurs autonomes alimentent des climatiseurs bipolaires (2 x 750 W), des onduleurs d'une puissance nominale de 3 kVA ou plus sont recommandés pour un fonctionnement normal.
2. **Considération du côté DC :**Les onduleurs hors réseau intègrent généralement des chargeurs photovoltaïques, disponibles en deux types : MPPT et PWM. Grâce aux progrès technologiques, les chargeurs PWM sont progressivement remplacés par des chargeurs MPPT.
3. **Autres considérations :**Outre les deux méthodes de sélection précédentes, de nombreuses formules de calcul sont disponibles sur le marché. Cependant, l'approche générale est la suivante : 1) Déterminer la puissance nominale de l'onduleur hors réseau en fonction de la taille et du type de charges ; 2) Déterminer la valeur en kWh de la batterie de stockage d'énergie en fonction de la durée de décharge requise par les charges ; 3) Déterminer la puissance du chargeur en fonction de l'ensoleillement local et des exigences de temps de charge (par exemple, une charge complète en une journée).
**Batteries de stockage d'énergie :**
1. **Batteries plomb-acide/gel :**Les systèmes de stockage d'énergie optent généralement pour des batteries plomb-acide étanches sans entretien afin de réduire la maintenance post-installation. Fortes de 150 ans de développement, les batteries plomb-acide présentent des avantages significatifs en termes de stabilité, de sécurité et de rentabilité. Elles sont non seulement le type de batterie le plus utilisé dans les applications de stockage d'énergie, mais aussi le choix privilégié pour les systèmes photovoltaïques hors réseau.
2. **Batteries plomb-carbone :**Issue des batteries plomb-acide traditionnelles, la technologie plomb-carbone consiste à ajouter du charbon actif à l'électrode négative des batteries plomb-acide, prolongeant ainsi considérablement leur durée de vie. Cependant, plus récente que les batteries plomb-acide, la technologie plomb-carbone est légèrement plus coûteuse.
3. **Batteries lithium-ion/lithium fer phosphate :**Comparées aux types de batteries mentionnés précédemment, les batteries lithium-ion offrent une densité de puissance plus élevée, un plus grand nombre de cycles de charge-décharge et une meilleure profondeur de décharge. Cependant, en raison de la nécessité d'une technologie de gestion de batterie (BMS) supplémentaire, le coût système des batteries lithium-ion/lithium fer phosphate est généralement deux à trois fois supérieur à celui des batteries plomb-acide. De plus, leur stabilité thermique est légèrement inférieure à celle des batteries plomb-acide/plomb-carbone. Par conséquent, leur application dans les systèmes photovoltaïques hors réseau est relativement limitée. Néanmoins, grâce aux avancées technologiques, la part de marché des batteries lithium-ion/lithium fer phosphate augmente progressivement, ce qui indique une nouvelle tendance dans leur application.
**Conclusion:**
En résumé, nous avons présenté brièvement les applications de base des systèmes de stockage d'énergie photovoltaïque, notamment les systèmes photovoltaïques hors réseau, et proposé quelques recommandations pour le choix des équipements de base. Ces informations constituent une référence pour les professionnels du secteur photovoltaïque.
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Date de publication : 30 janvier 2024
