Types d'onduleurs de stockage d'énergie Route technologique des onduleurs de stockage d'énergie : il existe deux voies principales de couplage CC et de couplage CA Système de stockage photovoltaïque, comprenant des modules solaires, des régulateurs, des onduleurs, des batteries domestiques au lithium, des charges et d'autres équipements. Actuellement,onduleurs de stockage d'énergieIl existe principalement deux techniques : le couplage CC et le couplage CA. Le couplage CA ou CC désigne la manière dont les panneaux solaires sont couplés ou connectés au système de stockage ou à la batterie. La connexion entre les modules solaires et les batteries peut être CA ou CC. La plupart des circuits électroniques utilisent du courant continu, le module solaire générant du courant continu et la batterie stockant du courant continu. Cependant, la plupart des appareils fonctionnent en CA. 
Système solaire hybride + système de stockage d'énergie Systèmes hybrides d'onduleur solaire + stockage d'énergie, où l'énergie CC des modules PV est stockée, via un contrôleur, dans unbatterie domestique au lithiumLe réseau peut également charger la batterie via un convertisseur CC-CA bidirectionnel. Le point de convergence de l'énergie se situe côté batterie CC. En journée, l'énergie photovoltaïque est d'abord fournie à la charge, puis la batterie lithium-ion est chargée par le contrôleur MPPT. Le système de stockage d'énergie est ensuite connecté au réseau, permettant ainsi l'alimentation du surplus d'énergie. La nuit, la batterie est déchargée vers la charge et le réseau compense le manque d'énergie. En cas de panne de réseau, l'énergie photovoltaïque et la batterie lithium-ion sont uniquement fournies à la charge hors réseau, la charge côté réseau étant inutilisable. Lorsque la puissance de la charge est supérieure à la puissance photovoltaïque, le réseau et les panneaux photovoltaïques peuvent alimenter la charge simultanément. Ni la puissance photovoltaïque ni la puissance de la charge n'étant stables, l'équilibre énergétique du système repose sur la batterie lithium-ion. De plus, le système permet à l'utilisateur de régler les temps de charge et de décharge pour répondre à ses besoins en électricité. Principe de fonctionnement du système de couplage CC 
L'onduleur hybride intègre une fonction hors réseau pour une meilleure efficacité de charge. Les onduleurs raccordés au réseau coupent automatiquement l'alimentation du système de panneaux solaires en cas de panne de courant, pour des raisons de sécurité. Les onduleurs hybrides, quant à eux, permettent aux utilisateurs de bénéficier à la fois d'une fonctionnalité hors réseau et d'une connexion au réseau, garantissant ainsi la disponibilité de l'électricité même en cas de panne de courant. Les onduleurs hybrides simplifient la surveillance de l'énergie, permettant de consulter des données importantes telles que les performances et la production d'énergie via le panneau de l'onduleur ou les appareils connectés. Si le système comporte deux onduleurs, ils doivent être surveillés séparément. Le couplage CC réduit les pertes lors de la conversion CA-CC. Le rendement de charge des batteries est d'environ 95 à 99 %, tandis que le couplage CA atteint 90 %. Les onduleurs hybrides sont économiques, compacts et faciles à installer. L'installation d'un nouvel onduleur hybride avec batteries couplées en courant continu peut s'avérer plus économique que l'installation de batteries couplées en courant alternatif sur un système existant. En effet, le contrôleur est légèrement plus économique qu'un onduleur connecté au réseau, le commutateur est légèrement moins cher qu'une armoire de distribution, et la solution couplée en courant continu peut être transformée en un onduleur de contrôle tout-en-un, permettant ainsi de réduire les coûts d'équipement et d'installation. Les systèmes couplés en courant continu sont particulièrement rentables pour les systèmes hors réseau de petite et moyenne puissance. L'onduleur hybride est hautement modulaire et permet d'ajouter facilement de nouveaux composants et contrôleurs. Des composants supplémentaires peuvent également être ajoutés facilement grâce à des contrôleurs solaires CC relativement économiques. Les onduleurs hybrides sont conçus pour intégrer le stockage à tout moment, ce qui simplifie l'ajout de parcs de batteries. Plus compact, le système d'onduleur hybride utilise des cellules haute tension, avec des câbles plus petits et des pertes réduites. 
Composition du système de couplage CC 
Composition du système de couplage CA Cependant, les onduleurs solaires hybrides ne conviennent pas à la modernisation des systèmes solaires existants et sont plus coûteux à installer pour les systèmes de plus grande puissance. Si un client souhaite moderniser son système solaire pour y intégrer une batterie domestique au lithium, le choix d'un onduleur solaire hybride peut compliquer la situation. En revanche, un onduleur à batterie peut s'avérer plus économique, car l'installation d'un onduleur solaire hybride nécessiterait une rénovation complète et coûteuse de l'ensemble du système de panneaux solaires. Les systèmes de plus grande puissance sont plus complexes à installer et peuvent être plus coûteux en raison de la nécessité d'un plus grand nombre de régulateurs haute tension. Une consommation d'énergie plus importante pendant la journée entraîne une légère baisse de rendement due au passage du courant continu (PV) au courant continu (batterie) puis au courant alternatif. 
Système solaire couplé + système de stockage d'énergie Le système PV couplé avec stockage, également appelé système PV couplé avec stockage CA, convertit le courant continu émis par les modules photovoltaïques en courant alternatif par un onduleur connecté au réseau. L'excédent est ensuite converti en courant continu et stocké dans la batterie par un onduleur couplé au réseau CA. Le point de convergence énergétique se situe à l'extrémité CA. Il comprend un système d'alimentation photovoltaïque et un système d'alimentation par batterie lithium-ion domestique. Le système photovoltaïque est composé d'un champ photovoltaïque et d'un onduleur connecté au réseau, tandis que le système de batterie lithium-ion domestique est composé d'un parc de batteries et d'un onduleur bidirectionnel. Ces deux systèmes peuvent fonctionner indépendamment l'un de l'autre ou être séparés du réseau pour former un micro-réseau. Principe de fonctionnement du système de couplage CA 
Les systèmes à couplage CA sont 100 % compatibles avec le réseau, faciles à installer et à étendre. Des composants standard pour installation domestique sont disponibles, et même les systèmes relativement grands (de 2 kW à MW) sont facilement extensibles pour une utilisation en combinaison avec des groupes électrogènes raccordés au réseau et autonomes (groupes diesel, éoliennes, etc.). La plupart des onduleurs solaires de chaîne de plus de 3 kW disposent de deux entrées MPPT, ce qui permet de monter de longs panneaux de chaîne selon différentes orientations et angles d'inclinaison. À des tensions continues plus élevées, le couplage CA est plus facile et moins complexe à installer pour les grands systèmes que les systèmes à couplage CC nécessitant plusieurs régulateurs de charge MPPT, et donc moins coûteux. Le couplage CA est adapté à la modernisation des systèmes et offre une efficacité accrue en journée avec des charges CA. Les systèmes photovoltaïques existants raccordés au réseau peuvent être transformés en systèmes de stockage d'énergie à faible coût. Ils peuvent fournir une alimentation électrique sûre aux utilisateurs en cas de panne de réseau. Compatibles avec les systèmes photovoltaïques raccordés au réseau de différents fabricants, les systèmes CA avancés sont généralement utilisés pour les systèmes hors réseau de grande envergure. Ils utilisent des onduleurs solaires de chaîne en combinaison avec des onduleurs multimodes ou des onduleurs/chargeurs avancés pour gérer les batteries et le réseau/les générateurs. Bien que relativement simples et puissants à installer, ils sont légèrement moins efficaces (90-94 %) pour la charge des batteries que les systèmes CC (98 %). Cependant, ces systèmes sont plus efficaces pour alimenter des charges CA élevées en journée, atteignant 97 % ou plus, et certains peuvent être étendus avec plusieurs onduleurs solaires pour former des micro-réseaux. La charge couplée au courant alternatif est beaucoup moins efficace et plus coûteuse pour les petits systèmes. L'énergie entrant dans la batterie en couplage CA doit être convertie deux fois, et lorsque l'utilisateur commence à utiliser cette énergie, elle doit être à nouveau convertie, ce qui augmente les pertes du système. Par conséquent, le rendement du couplage CA chute à 85-90 % avec un système de batterie. Les onduleurs couplés au courant alternatif sont plus coûteux pour les petits systèmes. 
Système solaire hors réseau + système de stockage d'énergie Système solaire hors réseauLes systèmes de stockage + se composent généralement de modules photovoltaïques, d'une batterie domestique au lithium, d'un onduleur de stockage hors réseau, d'une charge et d'un générateur diesel. Le système peut charger directement la batterie par le photovoltaïque via une conversion CC-CC, ou par une conversion CC-CA bidirectionnelle pour la charge et la décharge. En journée, l'énergie photovoltaïque est d'abord fournie à la charge, puis la batterie est chargée ; la nuit, la batterie est déchargée vers la charge, et lorsque la batterie est insuffisante, le générateur diesel alimente la charge. Il peut répondre à la demande quotidienne d'électricité dans les zones sans réseau. Il peut être combiné à des générateurs diesel pour alimenter les charges ou charger les batteries. La plupart des onduleurs de stockage d'énergie hors réseau ne sont pas certifiés pour être connectés au réseau ; même si le système est connecté au réseau, il ne peut pas l'être. Scénarios applicables aux onduleurs de stockage d'énergie Les onduleurs de stockage d'énergie jouent trois rôles majeurs : la régulation des pics de consommation, l'alimentation de secours et l'alimentation autonome. Par région, la demande de pointe est forte en Europe. Prenons l'exemple de l'Allemagne : le prix de l'électricité a atteint 0,46 $/kWh en 2023, se classant ainsi au premier rang mondial. Ces dernières années, les prix de l'électricité en Allemagne ont continué d'augmenter, et le coût actualisé de l'énergie photovoltaïque (LCOE) pour le stockage photovoltaïque n'est que de 10,2 / 15,5 cents par degré, soit 78 %/ 66 % inférieur au prix de l'électricité résidentielle. L'écart entre le coût de l'électricité résidentielle et le coût du stockage photovoltaïque continuera de se creuser. Les systèmes de distribution et de stockage photovoltaïques domestiques peuvent réduire le coût de l'électricité, ce qui incite fortement les utilisateurs des zones à prix élevés à installer du stockage domestique. Sur le marché des pics de consommation, les utilisateurs privilégient généralement les onduleurs hybrides et les systèmes de batteries couplés au courant alternatif, plus économiques et plus faciles à fabriquer. Les chargeurs de batteries hors réseau équipés de transformateurs robustes sont plus onéreux, tandis que les onduleurs hybrides et les systèmes de batteries couplés au courant alternatif utilisent des onduleurs sans transformateur équipés de transistors de commutation. Ces onduleurs compacts et légers offrent des puissances de sortie de pointe et de surtension plus faibles, mais sont plus économiques, moins chers et plus faciles à fabriquer. Une alimentation de secours est nécessaire aux États-Unis et au Japon, et l'alimentation autonome est précisément ce dont le marché a besoin, notamment dans des régions comme l'Afrique du Sud. Selon l'EIA, la durée moyenne des pannes de courant aux États-Unis en 2020 a dépassé les 8 heures, principalement dues aux résidents américains vivant dans des zones dispersées, au vieillissement du réseau électrique et aux catastrophes naturelles. L'utilisation de systèmes de distribution et de stockage photovoltaïques domestiques peut réduire la dépendance au réseau et accroître la fiabilité de l'approvisionnement électrique côté client. Le système de stockage photovoltaïque américain est plus important et équipé de davantage de batteries, car il est nécessaire de stocker l'électricité en cas de catastrophe naturelle. L'approvisionnement indépendant en électricité est une demande immédiate du marché. L'Afrique du Sud, le Pakistan, le Liban, les Philippines, le Vietnam et d'autres pays sont confrontés à des tensions dans leurs chaînes d'approvisionnement mondiales. Les infrastructures nationales ne suffisent pas à alimenter la population en électricité, ce qui oblige les utilisateurs à s'équiper de systèmes de stockage photovoltaïques domestiques. Les onduleurs hybrides utilisés comme alimentation de secours présentent certaines limites. Comparés aux onduleurs dédiés à batterie hors réseau, ils présentent certaines limitations, notamment une puissance de pointe ou de sortie limitée en cas de panne de courant. De plus, certains onduleurs hybrides n'ont qu'une capacité d'alimentation de secours limitée, voire inexistante. Ainsi, seules les charges de faible puissance ou essentielles, comme l'éclairage et les circuits électriques de base, peuvent être secourues en cas de panne de courant. De nombreux systèmes subissent un délai de 3 à 5 secondes lors d'une panne de courant. Les onduleurs hors réseau, en revanche, offrent une puissance de pointe et de sortie très élevée et peuvent gérer des charges inductives élevées. Si l'utilisateur prévoit d'alimenter des appareils à fortes surtensions, tels que des pompes, des compresseurs, des machines à laver et des outils électriques, l'onduleur doit être capable de gérer des charges à forte inductance. Onduleurs hybrides couplés en courant continu L'industrie utilise actuellement de plus en plus de systèmes de stockage photovoltaïque à couplage CC pour une conception intégrée du stockage, notamment dans les nouveaux systèmes où les onduleurs hybrides sont faciles et moins coûteux à installer. Lors de l'ajout de nouveaux systèmes, l'utilisation d'onduleurs hybrides pour le stockage d'énergie photovoltaïque permet de réduire les coûts d'équipement et d'installation, car un onduleur de stockage permet l'intégration du contrôle et de l'onduleur. Le contrôleur et le commutateur des systèmes à couplage CC sont moins coûteux que les onduleurs connectés au réseau et les armoires de distribution des systèmes à couplage CA ; les solutions à couplage CC sont donc moins coûteuses que les solutions à couplage CA. Dans les systèmes à couplage CC, le contrôleur, la batterie et l'onduleur sont en série, connectés plus étroitement et moins flexibles. Pour les systèmes nouvellement installés, le PV, la batterie et l'onduleur sont conçus en fonction de la puissance de charge et de la consommation électrique de l'utilisateur ; l'onduleur hybride à couplage CC est donc plus adapté. 
Les produits d'onduleurs hybrides couplés en courant continu sont la tendance dominante, BSLBATT a également lancé son propreOnduleur solaire hybride 5 kWà la fin de l'année dernière, et lancera successivement cette année des onduleurs solaires hybrides de 6 kW et 8 kW ! Les principaux produits des fabricants d'onduleurs de stockage d'énergie sont principalement destinés aux trois principaux marchés européens : les États-Unis et l'Australie. Sur le marché européen, l'Allemagne, l'Autriche, la Suisse, la Suède, les Pays-Bas et d'autres marchés traditionnels du photovoltaïque sont principalement des produits triphasés, plus favorables à la puissance des produits de plus grande puissance. L'Italie, l'Espagne et d'autres pays d'Europe du Sud privilégient les produits monophasés basse tension. La République tchèque, la Pologne, la Roumanie, la Lituanie et d'autres pays d'Europe de l'Est, quant à eux, privilégient les produits triphasés, mais leur prix est moins élevé. Les États-Unis, disposant d'un système de stockage d'énergie plus important, privilégient les produits de plus grande puissance. Les onduleurs à batterie et stockage de type split sont plus populaires auprès des installateurs, mais les onduleurs à batterie tout-en-un constituent la tendance de développement future. Les onduleurs hybrides de stockage d'énergie photovoltaïque se divisent en onduleurs hybrides vendus séparément et en systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS), qui vendent ensemble l'onduleur et la batterie. Actuellement, parmi les revendeurs qui contrôlent le canal, chaque client direct est plus concentré. Les produits split batterie et onduleur sont plus populaires, notamment hors d'Allemagne, principalement en raison de leur facilité d'installation et d'extension, ainsi que de la réduction des coûts d'approvisionnement. La batterie ou l'onduleur ne nécessitant pas de second approvisionnement, la livraison est plus sûre. En Allemagne, aux États-Unis et au Japon, la tendance est aux machines tout-en-un. Ces machines permettent d'éviter de nombreux problèmes après la vente, et des certifications sont nécessaires, notamment la certification du système d'incendie américain, qui doit être liée à l'onduleur. La tendance technologique actuelle est aux machines tout-en-un, mais les ventes de type split sont de plus en plus acceptées par les installateurs. Dans les systèmes à couplage CC, les systèmes de batteries haute tension sont plus efficaces, mais plus coûteux en cas de pénurie de batteries haute tension.Systèmes de batterie 48 VLes batteries haute tension fonctionnent entre 200 et 500 V CC et présentent des pertes de câble plus faibles et un rendement supérieur, car les panneaux solaires fonctionnent généralement entre 300 et 600 V, une tension similaire à celle de la batterie. Cela permet l'utilisation de convertisseurs CC-CC à haut rendement avec de très faibles pertes. Les systèmes de batteries haute tension sont plus coûteux que les systèmes basse tension, tandis que les onduleurs sont moins chers. Face à une forte demande et une pénurie d'approvisionnement en batteries haute tension, il est difficile d'en acheter. En cas de pénurie, il est plus économique d'utiliser un système de batteries basse tension. Couplage CC entre les panneaux solaires et les onduleurs 
Couplage direct CC à un onduleur hybride compatible 
Onduleurs couplés CA Les systèmes à couplage CC ne conviennent pas à la modernisation des systèmes connectés au réseau existants. Cette méthode présente les principaux inconvénients suivants : premièrement, le câblage complexe et la conception redondante des modules lors de la modernisation du système connecté au réseau existant sont problématiques ; deuxièmement, le délai de commutation entre le réseau et le hors réseau est long, ce qui nuit à l'expérience utilisateur ; troisièmement, la fonction de contrôle intelligent est incomplète et la réactivité du contrôle est insuffisante, ce qui complique la mise en œuvre d'une application micro-réseau pour l'alimentation électrique de toute la maison. C'est pourquoi certaines entreprises, comme Rene, ont opté pour la technologie du couplage CA. Le système de couplage CA simplifie l'installation du produit. ReneSola utilise le couplage côté CA et système PV pour obtenir un flux d'énergie bidirectionnel, éliminant ainsi le besoin d'accès au bus CC PV, simplifiant ainsi l'installation du produit ; grâce à une combinaison de contrôle logiciel en temps réel et d'améliorations de conception matérielle, il permet une commutation vers et depuis le réseau en quelques millisecondes ; grâce à la combinaison innovante du contrôle de sortie de l'onduleur de stockage d'énergie et de la conception du système d'alimentation et de distribution, il permet d'obtenir une alimentation électrique de toute la maison sous contrôle du boîtier de commande automatique. L'application micro-réseau du contrôle du boîtier de commande automatique. L'efficacité de conversion maximale des produits couplés en courant alternatif est légèrement inférieure à celle desonduleurs hybridesL'efficacité de conversion maximale des produits couplés CA est de 94 à 97 %, ce qui est légèrement inférieur à celui des onduleurs hybrides, principalement parce que les modules doivent être convertis deux fois avant de pouvoir être stockés dans la batterie après la production d'électricité, ce qui réduit l'efficacité de conversion.
Date de publication : 8 mai 2024