Comment concevoir des systèmes de stockage d’énergie solaire et hors réseau ?

Les systèmes de stockage d'énergie solaire hors réseau sont largement utilisés dans les usines, les installations commerciales et autres lieux confrontés à d'importantes variations de prix ou à de fréquentes pannes de courant. Ce système est composé de panneaux photovoltaïques, de coffrets de combinaison, d'onduleurs hybrides, de batteries solaires, de charges, de réseaux électriques, etc. Le panneau photovoltaïque convertit l'énergie solaire en électricité sous l'effet du rayonnement solaire, alimente la charge via un onduleur hybride et charge simultanément la batterie. L'excédent d'électricité peut également être injecté dans le réseau électrique. En l'absence de lumière, la charge est alimentée par le réseau. En cas de panne de courant, la batterie alimente la charge via l'onduleur hybride.

I. Principaux composants du système 

1.1 Panneaux solaires 

Il s'agit du composant principal du système d'alimentation solaire et de son élément le plus précieux. Sa fonction est de convertir l'énergie solaire en courant électrique continu. 

1.2 Onduleur hybride 

Les fonctions principales sont divisées en deux parties : le régulateur solaire MPPT et le convertisseur bidirectionnel CC/CA. Leur rôle est de réguler et de contrôler l'énergie électrique produite par les panneaux solaires, de charger la batterie et de la protéger contre les surcharges et les décharges excessives. Parallèlement, le courant continu provenant des composants et de la batterie est converti en courant alternatif pour alimenter les charges CA. Le cas échéant, le réseau électrique peut également charger la batterie. 

1.3 Batteries solaires : Leur fonction principale est de stocker l'énergie pour assurer l'alimentation de la charge en cas de coupure du réseau électrique. 

2. Principaux composants 

2.1 Panneaux solaires 

Les panneaux solaires sont des dispositifs de production d'énergie solaire qui convertissent directement l'énergie solaire en courant électrique continu. Selon les besoins des utilisateurs en termes de puissance et de tension, les panneaux solaires peuvent être conçus pour une utilisation individuelle, ou plusieurs panneaux peuvent être connectés en série (pour répondre aux exigences de tension) et en parallèle (pour répondre aux exigences de courant) afin de former un réseau d'alimentation électrique plus performant. La production d'énergie des cellules solaires augmente proportionnellement à l'intensité du rayonnement solaire. Elle diminue légèrement lorsque la température de surface du composant augmente. L'évolution de la température entraîne également des variations du courant, de la tension et de la puissance des composants de la batterie. Lors de la conception de composants en série, le coefficient de température négatif de la tension doit être pris en compte.

2.2 Onduleurs hybrides 

Onduleur hybride solaire triphasé intégré, doté d'une technologie de contrôle entièrement numérique de nouvelle génération et d'une sortie sinusoïdale pure. Le régulateur solaire et l'onduleur sont intégrés, ce qui facilite leur utilisation. Adapté aux zones de pénurie d'électricité et aux réseaux électriques instables, il offre une solution d'alimentation électrique économique. Ce produit présente les avantages suivants : 

(1) Onduleur hybride de contrôle : régulateur solaire et onduleur intégrés, connexion simple et utilisation facile ; 

(2) Rendement élevé, supérieur à 95 %, optimisant l'utilisation de l'énergie solaire. 

(3) Fiabilité élevée : L'onduleur adopte une conception à fréquence industrielle, possède une forte capacité de surcharge et est adapté aux charges d'impact telles que les climatiseurs. 

(4) Fonctions de protection complètes : La protection contre la surcharge et la décharge excessive de la batterie, ainsi que les fonctions avancées de gestion de la batterie, prolongent sa durée de vie. Les protections contre les surcharges et les courts-circuits, entre autres, garantissent un fonctionnement sûr et fiable des équipements et des charges. 

(5) L'écran LCD à cristaux liquides offre un affichage intuitif : surveillance de multiples paramètres de fonctionnement, tels que la tension/le courant d'entrée photovoltaïque, la tension/le courant de sortie CA et la capacité de la batterie. 

(6) Le système de stockage d'énergie est compatible avec les batteries au plomb et au lithium, offrant ainsi de multiples options aux utilisateurs. 

(7) Différentes méthodes de charge, telles que la charge photovoltaïque, la charge sur secteur (générateur) et la charge hybride, ainsi que plusieurs modes d'alimentation, notamment l'alimentation par batterie et l'alimentation secteur. 

(8) Il prend en charge plusieurs onduleurs fonctionnant en parallèle, facilitant ainsi l'extension de puissance.

Schéma et tableau des paramètres de l'onduleur hybride

2.3 Batteries solaires 

Les batteries solaires et leurs composants sont indispensables aux systèmes de production d'énergie solaire. Elles servent principalement à stocker l'électricité produite par le soleil et à alimenter les charges en continu la nuit, en cas de faible ensoleillement ou d'urgence. Les technologies de batteries solaires les plus courantes comprennent les batteries au plomb, les batteries alcalines, les supercondensateurs et les batteries au lithium, chacune ayant des domaines d'application différents. Actuellement, les batteries lithium-ion, notamment les batteries lithium-fer-phosphate (LFP), sont les plus répandues. Elles offrent d'excellentes performances dans les systèmes solaires grâce à leur sécurité élevée, leur longue durée de vie et leurs excellents cycles. Depuis l'avènement de la technologie des batteries au lithium dans les années 1980, divers types ont été développés, notamment le lithium ternaire, le lithium-fer-phosphate, le titanate de lithium, etc. Pour cette solution, nous avons choisi l'armoire de batteries lithium-ion Brovolt de 215 kWh.

3. Conception de la solution

Solaire : monocristallin 550 W, 100 pièces, 20 en série et 1 en parallèle, puissance totale 55 kW.

Onduleur hybride : puissance 48 kW

Armoire de batteries lithium-ion : 215 kWh.