Les systèmes de stockage d'énergie photovoltaïque, communément appelés systèmes de stockage PV, regroupent les applications utilisant des modules photovoltaïques et des équipements associés tels que les batteries de stockage. Selon la nécessité d'un raccordement au réseau pour la vente d'énergie, on distingue les systèmes PV hors réseau et les systèmes PV hybrides (raccordés au réseau/hors réseau). Nous nous intéressons ici à certains aspects de la conception des 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 (incluant des chargeurs/onduleurs photovoltaïques), de batteries de stockage d'énergie (au plomb-acide, au gel, au plomb-carbone, au lithium-ion, au lithium-fer-phosphate, etc.), de structures de montage photovoltaïques, de câbles et de boîtes 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 raccordés au réseau réside dans leurs objectifs opérationnels. Alors que les systèmes raccordés au réseau privilégient la rentabilité des investissements, les systèmes hors réseau privilégient la satisfaction des besoins fondamentaux en énergie. Par conséquent, le choix de leurs composants est guidé par des critères 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 raccordées au réseau et les progrès technologiques annuels, leur rendement s'est considérablement amélioré. Certaines centrales électriques raccordées au réseau, en particulier, nécessitent des modules plus performants pour optimiser leur retour sur investissement. En revanche, les systèmes hors réseau disposent généralement de plus d'espace et leurs exigences en matière de rendement sont moins strictes, ce qui fait des modules conventionnels le choix privilégié 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 (ex. : éclairage, radiateurs), les charges inductives (ex. : climatiseurs, moteurs) et les charges capacitives (ex. : 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 hors réseau avec une capacité de surcharge de 150 % à 200 % peuvent s’avérer insuffisants pour les charges inductives, ce qui impose de prendre des mesures spécifiques concernant la capacité de l’onduleur (les onduleurs hors réseau connectés à des charges inductives doivent avoir une capacité de conception au moins deux fois supérieure à celle de la charge inductive). Par exemple, dans les projets où des onduleurs hors réseau alimentent des climatiseurs bipolaires (2 × 750 W), il est recommandé d’utiliser des onduleurs d’une puissance nominale de 3 kVA ou plus pour un fonctionnement normal.
2. **Considérations du côté DC :**Les onduleurs hors réseau intègrent généralement des chargeurs photovoltaïques, disponibles en deux versions : MPPT et PWM. Grâce aux progrès technologiques, les chargeurs PWM sont progressivement remplacés par les chargeurs MPPT.
3. **Autres considérations :**Outre les deux méthodes de sélection mentionnées ci-dessus, de nombreuses formules de calcul sont disponibles sur le marché. 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 capacité (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 besoins en temps de charge (par exemple, une charge complète en une journée en moyenne).
**Batteries de stockage d'énergie :**
1. **Batteries au plomb-acide/gel :**Les systèmes de stockage d'énergie privilégient généralement les batteries plomb-acide scellées sans entretien afin de réduire la maintenance après installation. Fortes de 150 ans de développement, les batteries plomb-acide présentent des avantages considérables en termes de stabilité, de sécurité et de rentabilité. Elles constituent non seulement le type de batterie le plus répandu dans les applications de stockage d'énergie, mais aussi le choix privilégié pour les systèmes photovoltaïques hors réseau.
2. **Batteries au plomb-carbone :**Dérivée des batteries plomb-acide traditionnelles, la technologie plomb-carbone consiste à ajouter du charbon actif à l'électrode négative des batteries plomb-acide, ce qui prolonge considérablement leur durée de vie. Cependant, étant une technologie plus récente, les batteries plomb-carbone sont légèrement plus coûteuses.
3. **Batteries lithium-ion/lithium fer phosphate :**Comparées aux types de batteries mentionnés précédemment, les batteries lithium-ion offrent une densité énergétique supérieure, un plus grand nombre de cycles de charge-décharge et une meilleure profondeur de décharge. Cependant, la nécessité d'un système de gestion de batterie (BMS) supplémentaire fait que le coût d'un système lithium-ion/lithium fer phosphate est généralement deux à trois fois supérieur à celui d'un système plomb-acide. De plus, leur stabilité thermique est légèrement inférieure à celle des batteries plomb-acide/plomb-carbone. Par conséquent, leur utilisation dans les systèmes photovoltaïques hors réseau reste relativement faible. Néanmoins, grâce aux progrès technologiques, la part de marché des batteries lithium-ion/lithium fer phosphate augmente progressivement, ce qui indique une nouvelle tendance dans leur utilisation.
**Conclusion:**
En résumé, nous avons présenté brièvement les applications fondamentales des systèmes de stockage d'énergie photovoltaïque, notamment les systèmes photovoltaïques hors réseau, et formulé des 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
