Comment les batteries de stockage d’énergie, les onduleurs et les panneaux solaires fonctionnent-ils ensemble ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Structure globale du système et principes de subdivision des composants

 

Les trois composants principaux de l'ensemble du système sont : les modules photovoltaïques (panneaux solaires),batteries au lithium de stockage d'énergie, et des onduleurs de stockage d'énergie bidirectionnels (PCS). Les accessoires pris en charge incluent : des boîtiers de combinaison CC, des disjoncteurs, des compteurs électriques, des armoires de distribution, des interfaces de réseau et des charges domestiques.

 

1. Principes de fonctionnement sous-jacents de chaque composante

 

(1) Panneaux solaires photovoltaïques (unités de production d'électricité)

 

Les panneaux sont composés d'un grand nombre de cellules photovoltaïques connectées en série/parallèle, basées sur l'effet photovoltaïque : les photons du soleil frappent les semi-conducteurs en silicium, excitant les électrons pour former un courant continu directionnel ;

 

● Caractéristiques de sortie : puissance CC pure ; la tension fluctue considérablement en fonction de l'intensité lumineuse et de la température ; haute tension à midi, basse tension tôt le matin/soir et par temps nuageux ;

 

● Ne peut pas être directement connecté aux appareils électroménagers (alimentation domestique 220 V CA), ne peut pas être directement connecté aux batteries (l'inadéquation de tension et le manque de protection de charge provoqueront un renflement et des dommages) ;

 

● Plusieurs cartes connectées en série augmentent la tension CC totale et celles connectées en parallèle augmentent le courant de charge total.

 

(2) Batterie de stockage d'énergie (unité de stockage d'énergie, phosphate de fer lithium grand public)

 

En interne, il se compose de cellules → modules →packs batteries + BMS (Battery Management System) :

 

1) Fonctions de base du BMS : équilibrage de la tension des cellules, protection contre les surcharges/sur-décharges/surintensités/hautes températures et rapport en temps réel-du SOC restant ;

 

2) Forme d'énergie : peut uniquement stocker et produire de l'énergie CC ;

 

3) Charge : l'alimentation CC photovoltaïque instable à basse tension-ne peut être chargée en toute sécurité qu'après avoir été stabilisée par l'onduleur ;

 

4) Décharge : fournit une puissance CC stable à l'onduleur pour l'inversion et l'augmentation de la tension.

 

(3) Onduleur de stockage d'énergie bidirectionnel PCS (noyau de contrôle du système)

 

Les onduleurs photovoltaïques ordinaires convertissent uniquement le courant continu en courant alternatif ; le PCS de stockage d'énergie est un convertisseur de puissance bidirectionnel à deux circuits :

 

1) Canal de l'onduleur (DC → AC) : DC photovoltaïque/batterie → boost, filtre → alimentation AC sinusoïdale standard 220 V/380 V pour alimenter les appareils électroménagers ;

 

2) Canal redresseur (AC → DC) : alimentation CA du réseau → rectification abaisseur - → alimentation CC stable pour charger la batterie (hors -stockage d'électricité de pointe) ;

 

3) Puce de contrôle principale-intégrée :-acquisition en temps réel de l'énergie photovoltaïque, du SOC de la batterie, de la puissance de charge domestique et de la tension du réseau ; Allocation automatique de puissance au niveau de la milliseconde- et commutation des modes de fonctionnement.

 

Comparaison des paramètres et fonctions de base des trois composants principaux :

 

Composants	Type d'énergie	Fonctions principales	Paramètres clés	Limites de fonctionnement
Panneaux solaires photovoltaïques	Sorties DC uniquement	L'énergie solaire est convertie en énergie électrique ; c'est la seule source de production d'électricité du système.	Puissance de crête, tension en circuit ouvert{{0}, courant de court-circuit-, efficacité de conversion	Aucune électricité n’est produite sans lumière ; la tension de sortie varie en fonction de la lumière et de la température.
Batterie de stockage d'énergie	Stocker/sortir l'alimentation CC	Stockez l’énergie électrique excédentaire pour l’alimentation électrique pendant les périodes d’obscurité.	Capacité kWh, tension nominale, intervalle de charge et de décharge SOC, durée de vie	La surcharge et la-décharge excessive sont interdites ; La charge et la décharge CC sont uniquement autorisées.
Onduleur de stockage d'énergie bidirectionnel PCS	Convertisseur bidirectionnel AC/DC	Distribution d'énergie, régulation de tension, contrôle de charge et de décharge, protection de connexion au réseau	Puissance nominale AC/DC, efficacité de conversion bidirectionnelle, protection contre l'îlotage, suivi MPPT	La plateforme centrale pour le contrôle coordonné du photovoltaïque, des batteries et du réseau électrique

 

 

 

 

 

Flux de courant complet dans 4 conditions de fonctionnement

 

Condition 1 : Journée ensoleillée avec beaucoup de soleil, production d'énergie photovoltaïque > Consommation d'électricité domestique

 

1. Les panneaux solaires génèrent une puissance CC fluctuante → collectée dans un boîtier de combinaison CC → borne d'entrée CC du PCS ;

 

2. Première étape PCS : convertit une partie de l’alimentation CC en alimentation CA, en donnant la priorité à l’alimentation de tous les appareils électroménagers ;

 

3. La puissance CC excédentaire restante, après avoir été régulée et limitée en courant-par le PCS, est entrée pour charger la batterie de stockage d'énergie. Le BMS surveille le courant et la tension de charge en temps réel ;

 

4. Une fois la batterie complètement chargée (SOC 100 %), le PCS déconnecte automatiquement le circuit de charge et l'électricité excédentaire est réinjectée dans le réseau national pour être vendue.

 

 

Condition 2 : Ensoleillement modéré, la production d’énergie photovoltaïque est tout juste égale à la charge domestique

 

Toute l’alimentation CC du système photovoltaïque est convertie en alimentation CA pour l’utilisation des appareils. La batterie reste inactive, sans charge ni décharge, sans interaction avec le réseau.

 

 

Condition de fonctionnement 3 : nuit/nuageux/jour pluvieux, pas de production d'énergie solaire

 

1. L’énergie solaire n’a pas de sortie CC ; le PCS détecte une coupure de courant.

 

2. Une commande de décharge est envoyée au BMS de la batterie ; la batterie fournit une alimentation CC stable au PCS.

 

3. Le PCS effectue une inversion, fournissant du courant alternatif à la charge domestique.

 

4. Lorsque la charge de la batterie atteint la limite inférieure (SOC 20 %), le PCS arrête la décharge de la batterie et passe automatiquement à l'alimentation secteur.

 

 

Condition de fonctionnement 4 : Désactivé-Stockage d'énergie en période de pointe (faibles prix de l'électricité la nuit) + Sauvegarde en cas de panne de courant

 

1. La nuit, sans lumière du soleil, le PCS tire le courant alternatif du réseau et le rectifie en courant continu stable pour charger la batterie.

 

2. Panne de courant soudaine : Le PCS déclenche la protection contre l’îlotage et se déconnecte du réseau. Seules l’énergie solaire (avec la lumière du soleil) et la batterie fonctionnent indépendamment, empêchant ainsi la transmission inverse de l’énergie qui pourrait nuire au personnel de maintenance du réseau.

 

3. Une fois le réseau restauré, le système se synchronise et se reconnecte automatiquement au réseau, reprenant ainsi son fonctionnement normal.

 

 

Tableau logique de distribution d'énergie pour quatre conditions de fonctionnement :

 

Technologies de base supplémentaires clés

 

1. Suivi du point de puissance maximale (MPPT) (intégré au PCS) : la tension photovoltaïque fluctue considérablement. MPPT ajuste l'impédance en temps réel, garantissant que les panneaux photovoltaïques produisent toujours la puissance maximale sous la lumière du soleil, augmentant ainsi la production d'énergie de 15 à 30 %.

 

2. Communication et liaison BMS et PCS : Le BMS de la batterie transmet les données de tension, de température et SOC à l'onduleur en temps réel. L'onduleur ajuste la puissance de charge/décharge en fonction de l'état de la batterie pour éviter d'endommager les cellules.

 

3. Explication de la perte de conversion : La perte de charge photovoltaïque CC vers CA est d'environ 3 % -6 % ; La perte de charge du réseau CA vers la batterie CC est de 4 % à 7 %. Les PCS de haute qualité dans l'industrie atteignent une efficacité de conversion complète supérieure ou égale à 96 %.

 

 

Comparaison des composants des systèmes de stockage d'énergie connectés au réseau-et des systèmes de stockage d'énergie hors réseau- :

 

Éléments de comparaison	Système de stockage d'énergie connecté au réseau- (grand public pour un usage domestique)	Système de stockage d'énergie hors-réseau (zones sans réseau électrique)
Onduleur	Réseau bidirectionnel-PCS connecté au réseau avec fonction de connexion au réseau synchrone-	Onduleur de stockage d'énergie hors-réseau, sans module connecté-au réseau
Exigences en matière de capacité de la batterie	C'est un peu petit; s'il n'y a pas d'alimentation, vous pouvez passer à l'alimentation secteur.	Les batteries de grande-capacité doivent être adaptées à une consommation électrique-d'une journée entière.
Traitement de la puissance excédentaire	L'électricité est transportée vers le réseau électrique et vendue.	S'équiper d'une résistance de décharge consomme un excès d'énergie.
Capacité de coupure de courant	Alimentation indépendante à court terme en mode îlot-	L'ensemble du processus repose sur l'énergie photovoltaïque et les batteries pour l'autosuffisance-.
coût	Force moyenne-, adaptée aux utilisateurs urbains disposant de réseaux électriques.	Haute altitude, adaptée à une utilisation dans les zones montagneuses et pastorales isolées

 

 

 

Résumé simplifié (pour une compréhension et une mémorisation plus faciles)

 

1. Les panneaux photovoltaïques sont chargés de « produire de l'électricité », ne produisant que du courant continu (CC) instable.

 

2. Les batteries de stockage d'énergie sont chargées de « stocker l'électricité », en stockant uniquement le courant continu, résolvant ainsi le problème de l'absence de production d'électricité la nuit.

 

3. L'onduleur de stockage d'énergie (PCS) est le « gestionnaire de répartition », complétant la conversion bidirectionnelle AC/DC et distribuant automatiquement l'énergie des panneaux photovoltaïques, des batteries et du réseau. L’ensemble du système ne peut pas fonctionner normalement et de manière stable sans l’un de ces composants.