Système photovoltaïque

Les systèmes photovoltaïques sont généralement classés en systèmes autonomes, systèmes connectés au réseau et systèmes hybrides. Selon la forme d'application, l'échelle d'application et le type de charge, le système solaire photovoltaïque peut être classé en six types.

introduction du système

Selon le type d'application, l'échelle d'application et le type de charge du système photovoltaïque solaire, le système d'alimentation photovoltaïque doit être divisé plus en détail. Les systèmes photovoltaïques peuvent également être subdivisés en six types : petit système d'alimentation solaire (Small DC) ; système simple DC (Simple DC) ; grand système d'alimentation solaire (Large DC) ; système d'alimentation CA et CC (AC/DC) ; système connecté au réseau (Utility Grid Connect) ; système hybride (Hybrid) ; système hybride connecté au réseau. Le principe de fonctionnement et les caractéristiques de chaque système sont décrits ci-dessous.

système d'alimentation électrique

Les petits systèmes d'alimentation solaire se caractérisent par une charge CC unique et une puissance de charge relativement faible. L'ensemble du système présente une structure simple et une grande facilité d'utilisation. Il est principalement utilisé pour les systèmes domestiques, divers produits CC civils et les équipements de divertissement associés. Par exemple, dans l'ouest de mon pays, ce type de système photovoltaïque est largement utilisé, utilisant une lampe CC comme charge, pour résoudre le problème de l'éclairage domestique dans les zones sans électricité.

système CC

Ce système se caractérise par une charge CC sans exigence particulière quant à sa durée d'utilisation. La charge est principalement utilisée en journée ; aucune batterie n'est donc utilisée, ni aucun contrôleur. Sa structure simple permet une utilisation directe. Le module photovoltaïque alimente la charge, éliminant ainsi le stockage et la restitution d'énergie dans la batterie, ainsi que les pertes d'énergie dans le contrôleur, et améliorant ainsi l'efficacité énergétique. Il est couramment utilisé dans les systèmes de pompage d'eau photovoltaïque, pour l'alimentation d'équipements temporaires en journée et dans certaines installations touristiques. La figure 1 illustre un système simple de pompage CC photovoltaïque. Ce système est largement utilisé dans les pays en développement dépourvus d'eau potable et a généré d'importants bénéfices sociaux.

Système d'énergie solaire à grande échelle

Comparé aux deux systèmes photovoltaïques mentionnés ci-dessus, le système photovoltaïque solaire à grande échelle reste adapté au réseau électrique à courant continu, mais sa puissance de charge est généralement importante. Afin d'assurer une alimentation électrique stable, le système doit être de grande taille et équipé d'un plus grand nombre de modules photovoltaïques et d'un parc de batteries plus important. Ses applications courantes incluent la communication, la télémétrie, l'alimentation des équipements de surveillance, l'alimentation électrique centralisée en zone rurale, les phares, l'éclairage public, etc. Ce type de système est utilisé dans certaines centrales photovoltaïques rurales construites dans des zones privées d'électricité de l'ouest de la Chine, et les stations de base de communication construites par China Mobile et China Unicom dans des zones reculées dépourvues de réseau électrique utilisent également ce système photovoltaïque pour leur alimentation électrique. C'est le cas notamment du projet de station de base de communication à Wanjiazhai, dans le Shanxi.

Système d'alimentation CA et CC

Contrairement aux trois systèmes photovoltaïques mentionnés précédemment, ce système photovoltaïque peut alimenter simultanément des charges CC et CA. Sa structure comporte davantage d'onduleurs, permettant de convertir le courant continu en courant alternatif pour répondre aux besoins de la charge CA. La consommation électrique de ce type de système est généralement importante, ce qui explique sa taille importante. Il est utilisé dans certaines stations de base de communication, ainsi que dans d'autres centrales photovoltaïques, fonctionnant en CA et CC.

Système connecté au réseau

La principale caractéristique de ce système solaire photovoltaïque réside dans la conversion du courant continu produit par le panneau photovoltaïque en courant alternatif, répondant aux besoins du réseau électrique via l'onduleur connecté au réseau, puis directement connecté au réseau. Hors charge, l'excédent d'énergie est réinjecté dans le réseau. Par temps pluvieux ou la nuit, lorsque le panneau photovoltaïque ne produit pas d'électricité ou que l'électricité produite ne peut pas répondre à la demande de la charge, il est alimenté par le réseau. L'énergie électrique étant directement injectée dans le réseau, la configuration de la batterie est supprimée et le processus de stockage et de décharge de la batterie est économisé. Cependant, un onduleur dédié connecté au réseau est nécessaire pour garantir que la puissance de sortie réponde aux exigences du réseau en termes de tension, de fréquence et d'autres indicateurs. En raison du problème de rendement de l'onduleur, des pertes d'énergie subsistent. Ces systèmes permettent souvent d'utiliser le réseau électrique et un parc de modules solaires photovoltaïques en parallèle comme sources d'alimentation pour les charges CA locales. Le taux de panne de courant de l'ensemble du système est ainsi réduit. De plus, le système photovoltaïque connecté au réseau peut contribuer à la régulation des pics de consommation du réseau électrique public. Compte tenu des caractéristiques de ce système, Soying Electric a développé il y a plusieurs années un onduleur solaire connecté au réseau, spécialement conçu pour le recyclage de l'énergie électrique, avec des gains et des pertes variables. D'importants progrès ont été réalisés et plusieurs difficultés techniques ont été surmontées concernant ce système connecté au réseau.

Système d'approvisionnement mixte

Outre le réseau de modules solaires photovoltaïques utilisé dans ce système, un générateur à huile sert également de source d'alimentation de secours. L'utilisation d'un système d'alimentation hybride vise à exploiter pleinement les avantages des différentes technologies de production d'électricité et à pallier leurs inconvénients. Par exemple, les systèmes photovoltaïques autonomes mentionnés ci-dessus présentent l'avantage de nécessiter moins d'entretien, tandis que leur production d'énergie est soumise aux conditions météorologiques et est instable.

Un système d’alimentation électrique hybride qui utilise une combinaison de générateurs diesel et de panneaux photovoltaïques peut fournir une énergie indépendante des conditions météorologiques par rapport à un système autonome à énergie unique.

Système d'alimentation mixte connecté au réseau

Avec le développement de l'industrie de l'optoélectronique solaire, un système d'alimentation hybride connecté au réseau, capable d'exploiter pleinement les panneaux solaires photovoltaïques, le réseau électrique et les générateurs de secours au fioul, a vu le jour. Ce type de système intègre généralement un contrôleur et un onduleur, et une puce informatique contrôle entièrement le fonctionnement de l'ensemble du système. Il exploite diverses sources d'énergie pour optimiser son fonctionnement. Il peut également utiliser des batteries pour améliorer la garantie d'alimentation de la charge, comme le système d'onduleur SMD d'AES. Ce système peut fournir une puissance qualifiée aux charges locales et fonctionner comme un onduleur en ligne (ASI). L'électricité peut également être fournie au réseau ou obtenue à partir de celui-ci. Le système fonctionne généralement en parallèle avec le réseau électrique public et l'énergie solaire. Pour la charge locale, si la puissance produite par les modules photovoltaïques est suffisante, il l'utilisera directement pour répondre à ses besoins. Si la puissance produite par les modules photovoltaïques dépasse la demande de la charge immédiate, l'excédent peut également être réinjecté dans le réseau. Si la puissance produite par les modules photovoltaïques est insuffisante, le réseau électrique est automatiquement activé et utilisé pour répondre à la demande de la charge locale. Lorsque la consommation de la charge est inférieure à 60 % de la capacité nominale du réseau de l'onduleur SMD, le réseau charge automatiquement la batterie pour assurer son maintien en mode floating pendant une longue période. En cas de panne de réseau, que ce soit en cas de panne de courant ou de mauvaise qualité du réseau, le système déconnecte automatiquement le réseau et passe en mode autonome. Le courant alternatif requis par la charge est fourni par la batterie et l'onduleur. Une fois le réseau rétabli, c'est-à-dire lorsque la tension et la fréquence reviennent à leur état normal, le système déconnecte la batterie, passe en mode connecté au réseau et alimente la charge à partir du réseau. Dans certains systèmes d'alimentation hybrides connectés au réseau, les fonctions de surveillance, de contrôle et d'acquisition de données peuvent également être intégrées à la puce de commande. Les composants principaux d'un tel système sont le contrôleur et l'onduleur.

Système photovoltaïque hors réseau

Le système de production d'électricité photovoltaïque hors réseau est un nouveau type de source d'énergie qui produit de l'électricité à partir de modules photovoltaïques, gère la charge et la décharge de la batterie via un contrôleur et alimente la charge CC ou CA via un onduleur. Il est largement utilisé sur les plateaux, les îles, les zones montagneuses reculées et les terrains en environnement difficile. Il peut également alimenter les stations de base de communication, les panneaux publicitaires, les lampadaires, etc. Exploitant une énergie naturelle inépuisable, le système de production d'électricité photovoltaïque peut efficacement atténuer les conflits de demande dans les zones en pénurie d'électricité et résoudre les problèmes de vie et de communication dans les zones reculées. Il contribue à l'amélioration de l'environnement écologique mondial et favorise le développement humain durable.

Fonctions du système

Les panneaux photovoltaïques sont des composants de production d'électricité. Le contrôleur photovoltaïque ajuste et contrôle l'énergie électrique produite. D'une part, l'énergie ajustée est envoyée à la charge CC ou CA, et d'autre part, l'excédent est stocké dans la batterie. Lorsque l'électricité produite ne suffit pas à couvrir les besoins de la charge, le contrôleur envoie l'énergie de la batterie à la charge. Une fois la batterie complètement chargée, le contrôleur veille à ce qu'elle ne soit pas surchargée. Lorsque l'énergie électrique stockée dans la batterie est déchargée, le contrôleur veille à ce qu'elle ne soit pas trop déchargée afin de la protéger. Une mauvaise performance du contrôleur affecte considérablement la durée de vie de la batterie et, à terme, la fiabilité du système. La batterie a pour fonction de stocker l'énergie afin d'alimenter la charge la nuit ou les jours de pluie. L'onduleur convertit le courant continu en courant alternatif pour alimenter les charges CA.