Source: cleanenergyreview
Qu’est-ce que le couplage AC ou DC
Le couplage AC ou DC fait référence à la façon dont les panneaux solaires sont couplés ou reliés à un système de stockage d’énergie ou de batterie.
Le type de connexion électrique entre un réseau solaire et une batterie peut être soit Alternating Current (AC) ou Direct Current (DC). AC est lorsque le courant circule rapidement vers l’avant et vers l’arrière (c’est ce que le réseau électrique utilise pour fonctionner) et DC est l’endroit où le courant coule dans une direction. La plupart des circuits électroniques utilisent DC, tandis que les panneaux solaires produisent DC, et les batteries stockent l’énergie DC. Cependant, la plupart des appareils électriques fonctionnent sur AC. C’est pourquoi toutes les maisons et les entreprises ont des circuits AC. DC peut être converti en AC à l’aide d’un onduleur, mais, comme expliqué ci-dessous une certaine énergie est toujours perdu dans la conversion.
L’évolution de la batterie solaire
Les systèmes de batteries solaires couplés Simple DC n’étaient autrefois utilisés que pour les systèmes d’alimentation à distance et les maisons hors réseau, mais au cours de la dernière décennie, la technologie des onduleurs a progressé rapidement et a conduit au développement de nouvelles configurations de stockage d’énergie couplées AC. Cependant, les systèmes couplés DC sont loin d’être morts, en fait charger un système de batterie à l’aide d’un contrôleur de charge solaire ou onduleur solaire hybride est toujours la méthode la plus efficace disponible.
Au cours des dernières années, la technologie des batteries s’est considérablement améliorée avec de nombreux nouveaux types de batteries au lithium émergeant que les fabricants explorent différentes façons d’ajouter ou de coupler des batteries à des systèmes solaires nouveaux ou existants. Le Powerwall Tesla original était le premier système de batterie DC à haute tension. Depuis lors, les batteries à haute tension (200-500V) sont devenues de plus en plus populaires et sont utilisées avec des onduleurs hybrides spécialisés. Plus récemment, les batteries AC ont été développées par de nombreux grands fabricants d’énergie solaire, dont Tesla, Sonnen et Enphase.
Avec les nombreuses variétés complexes de systèmes de stockage de batteries maintenant disponibles, nous expliquons ici les avantages et les inconvénients de chaque type.
Les 4 principaux types de systèmes de batterie solaire
Systèmes couplés DC
Systèmes couplés AC
Systèmes de batterie AC
Systèmes d’onduleur hybrides
Remarque : Seuls les systèmes couplés DC ou AC sont généralement utilisés pour les installations solaires hors réseau. Nous expliquons les raisons pour lesquelles ci-dessous, ainsi qu’une comparaison de AC vs DC couplé solaire pour les systèmes électriques hors réseau.
Important: C’est un guide seulement! Pour obtenir moins d’informations techniques, consultez le guide de base pour choisir le système de batterie solaire à attache ou à l’extérieur du réseau. Les systèmes de stockage solaire et de batterie doivent être installés par un professionnel de l’électricité/solaire agréé. Les systèmes de stockage solaire/énergétique génèrent et emmagasinent d’énormes quantités d’énergie qui peuvent entraîner des dommages ou des blessures graves si l’installation ne répond pas à toutes les réglementations, normes et directives de l’industrie pertinentes.
1. Systèmes couplés DC
Les systèmes couplés DC sont utilisés depuis des décennies dans les installations solaires hors réseau et les systèmes d’alimentation automobile/navigation de petite capacité. Les systèmes couplés DC les plus courants utilisent des contrôleurs de charge solaire (également connus sous le nom de régulateurs solaires) pour charger une batterie directement à partir de l’énergie solaire, plus un onduleur de batterie pour fournir l’énergie AC aux appareils ménagers.
Diagramme de mise en page de base d’un système de batterie solaire couplé DC (hors réseau)
Pour les micro-systèmes, tels que ceux utilisés dans les caravanes/bateaux ou les huttes, les contrôleurs solaires de type PWM simples sont un moyen très peu coûteux de connecter 1 ou 2 panneaux solaires pour charger une batterie de 12 volts. PwM (modulation de largeur d’impulsion) les contrôleurs viennent dans beaucoup de tailles différentes et coûtent aussi peu que $25 pour une petite version 10A.
Pour les systèmes plus grands, les contrôleurs de charge solaire MPPT sont jusqu’à 30% plus efficaces et disponibles dans une gamme de tailles allant jusqu’à 100A. Contrairement aux contrôleurs PWM simples, les systèmes MPPT peuvent fonctionner à des tensions de chaîne beaucoup plus élevées, généralement jusqu’à 150 Volts DC. Toutefois, ce taux est encore relativement faible par rapport aux onduleurs à cordes solaires à attaches de réseau qui fonctionnent 300-600V.
Contrôleurs de charge solaire MPPT à haute tension
Des contrôleurs solaires plus puissants et à haute tension sont disponibles; jusqu’à 250V de Victron Energy et 300V d’AERL en Australie. Il y a également des unités encore plus élevées de 600V disponibles chez Schneider Electric et Morningstar. Ceux-ci sont beaucoup plus chers et n’ont pas plusieurs entrées MPPT comme de nombreux onduleurs de chaîne solaire utilisés dans les systèmes couplés AC. Cependant, le contrôleur de charge MPPT est toujours un moyen relativement bon marché et très sûr de s’assurer que les batteries sont chargées même en cas d’arrêt de l’onduleur AC - c’est particulièrement important dans les endroits éloignés.
Avantages
Très haute efficacité - jusqu’à 99% d’efficacité de charge de la batterie (en utilisant MPPT)
Grande configuration à faible coût pour les systèmes hors réseau à plus petite échelle jusqu’à 5kW
Idéal pour les petits systèmes automobiles ou marins nécessitant seulement 1 à 2 panneaux solaires.
Modulaire - Des panneaux et des contrôleurs supplémentaires peuvent être facilement ajoutés si nécessaire.
Très efficace pour alimenter les appareils et les charges DC.
Si un fournisseur de services d’électricité restreint ou limite la capacité de l’énergie solaire à attache réseau autorisée (c.-à-d. 5 kW max), un solaire supplémentaire peut être ajouté par DC couplage d’un système de batterie.
Inconvénients
Plus complexe pour les systèmes d’installation au-dessus de 5kW que souvent plusieurs cordes sont nécessaires en parallèle, plus fusion de chaîne.
Peut devenir coûteux pour les systèmes au-dessus de 5kW que plusieurs contrôleurs de charge solaire à haute tension sont nécessaires.
Efficacité légèrement inférieure si l’alimentation de grandes charges AC pendant la journée en raison de la conversion de DC(PV) à DC(batt) à AC.
De nombreux contrôleurs solaires ne sont pas compatibles avec des systèmes de batteries au lithium « gérés » tels que le LG Chem RESU ou BYD B-Box.
2. Systèmes couplés AC
Les systèmes couplés AC utilisent un onduleur solaire à chaîne couplé à un onduleur multi-mode avancé ou un onduleur/chargeur pour gérer la batterie et le réseau/générateur. Bien que relativement simples à installer et très puissants, ils sont légèrement moins efficaces (90-94%) chargement d’une batterie par rapport aux systèmes couplés DC (98 %). Cependant, ces systèmes sont très efficaces pour alimenter les charges AC élevées pendant la journée et certains peuvent être élargis avec plusieurs onduleurs solaires pour former des micro-réseaux.
Diagramme de mise en page de base d’un système de batterie solaire couplé AC - Configuration grid-tie (hybride)
La plupart des foyers hors réseau modernes utilisent des systèmes couplés AC en raison de l’onduleur/chargeurs multi-mode avancé, des commandes de générateurs et des fonctions de gestion de l’énergie. Aussi puisque les onduleurs solaires de chaîne fonctionnent avec des tensions élevées de DC (600V ou plus), de plus grands panneaux solaires peuvent être facilement installés. Le couplage AC est également bien adapté aux systèmes commerciaux en trois phases de moyenne à grande.
Avantages
Une plus grande efficacité lorsqu’il est utilisé pour alimenter les appareils AC pendant la journée, comme la climatisation, les pompes de piscine et les systèmes d’eau chaude (jusqu’à 96 %).
Coût d’installation généralement plus bas pour les systèmes plus grands au-dessus de 5kW.
Peut utiliser plusieurs onduleurs solaires à cordes à plusieurs endroits (micro-réseaux couplés AC)
La plupart des onduleurs solaires de chaîne au-dessus de 3kW ont des entrées MPPT doubles, ainsi des chaînes de panneaux peuvent être installées à différentes orientations et angles d’inclinaison.
Les systèmes couplés AC avancés peuvent utiliser une combinaison de couplage AC et DC (Note : ce n’est pas possible avec certaines batteries au lithium)
Inconvénients
Efficacité moindre lors de la recharge d’un système de batterie - environ 92%
Les onduleurs solaires de qualité peuvent être coûteux pour les petits systèmes.
Efficacité moindre lors de l’alimentation des charges DC directes pendant la journée.
3. Batteries AC
Les batteries AC sont une nouvelle évolution dans le stockage de la batterie pour les maisons connectées au réseau qui permettent aux batteries d’être facilement AC couplé à votre installation solaire nouvelle ou existante. Les batteries AC sont constituées de piles au lithium, d’un système de gestion de la batterie (BMS) et d’onduleurs/chargeurs, le tout en une seule unité compacte.
Ces systèmes combinent une batterie DC avec une batterie AC Inverter, mais ne sont conçus que pour les systèmes connectés au réseau que les onduleurs (sans transformateur) ne sont généralement pas assez puissant pour exécuter la plupart des maisons complètement hors réseau. La batterie AC la plus connue est la Tesla Powerwall 2, avec le SonnenBatterie qui est plus fréquent en Europe et en Australie. Enphase Energy, une société de premier plan en micro-onduleur, a également fabricant d’un système de batterie AC très compact pour une utilisation domestique. Ces systèmes sont généralement simples à installer, modulaires et l’un des choix les plus économiques pour stocker l’énergie solaire pour une utilisation ultérieure.
Diagramme de mise en page de base d’une batterie AC couplé avec un système solaire AC - Grid-tie (aucune sauvegarde indiquée)
Onduleurs de batterie couplé AC
Une tendance plus récente est d’utiliser un onduleur de couplage AC «rénovation» pour créer un système de batterie AC. Ces systèmes utilisent un onduleur de batterie couplé AC spécialisé comme le stockage SMA garçon ensoleillé avec une batterie DC commune comme le populaire LG chem RESU.
Avantages
Rénovation facile - peut être ajouté aux maisons avec une installation solaire existante
Façon économique d’ajouter le stockage de l’énergie.
Généralement simple à installer.
Système modulaire pour permettre l’expansion.
Inconvénients
Efficacité réduite due à la conversion (DC - AC - DC) - environ 90%
Certaines batteries AC ne peuvent pas fonctionner comme un approvisionnement de soutien (Enphase)
Non conçu pour les installations hors réseau.
4. Systèmes d’onduleur hybrides
Les systèmes hybrides peuvent être décrits comme un système de batterie solaire couplé DC connecté au réseau. Ils viennent dans de nombreuses configurations différentes et utilisent généralement un onduleur hybride ou multi-mode. Les onduleurs hybrides modernes intègrent le contrôleur/s MPPT à haute tension et les onduleurs/chargeurs de batterie à l’intérieur d’une unité commune. Les onduleurs hybrides de première génération étaient compatibles avec les systèmes hybrides 48V à l’acide de plomb ou au lithium, mais ces dernières années, les systèmes hybrides à haute tension (400VMD) sont devenus de plus en plus populaires.
Haute tension ou basse tension? Les batteries « haute tension » de nouvelle génération fonctionnent dans la gamme de 300-500V DC (400V nominal) par opposition aux systèmes de batterie 48V traditionnels. Cela offre plusieurs avantages, y compris l’efficacité accrue que le tableau solaire fonctionne généralement à 300-600V qui est très similaire à la tension de la batterie.
Les batteries à haute tension (400V) de nouvelle génération et les onduleurs hybrides compatibles utilisent des systèmes de batterie au lithium fonctionnant entre 200-500V DC, plutôt que 48V. Les batteries à haute tension peuvent être configurées de deux manières différentes :
DC couplé entre le tableau solaire et l’onduleur.
DC couplé directement à un onduleur hybride compatible (comme indiqué ci-dessous).
Étant donné que la plupart des panneaux solaires fonctionnent à haute tension autour de 300-600V, les batteries à haute tension utilisent des convertisseurs DC-DC efficaces avec des pertes très faibles. La première génération Tesla Powerwall a été la première batterie 400V disponible et a été accouplé à la populaire SolarEdge Storedge onduleur hybride.
La nouvelle gamme de batteries LG chem RESUH est maintenant l’un des systèmes de batterie LV 400V les plus populaires disponibles étant compatibles avec de nombreux onduleurs hybrides, y compris SolarEdge Storedge, SMA sunny boy storage et Solax X-hybride Gen 3.
Diagramme de mise en page de base d’un onduleur solaire hybride avec système de batterie DE
Avantages
Économique et simple à installer
Options de batterie compactes et modulaires
Plus petite taille de câble et faibles pertes utilisant la haute tension (systèmes de batterie 400V)
Peut être réaménagé en «certaines» installations solaires existantes.
Chargement de batterie à haut rendement - environ 95%
Un nombre croissant d’onduleurs hybrides devient disponible
Inconvénients
Certains systèmes ne peuvent pas fonctionner comme une alimentation de soutien
De nombreux systèmes avec back-up ont un retard de 3-5 secondes lors d’une panne d’électricité
Généralement pas adapté pour les installations hors réseau en raison d’onduleurs hybrides sans transformateur avec faible cote de surtension et pas de commandes de générateur.