L'augmentation des capacités photovoltaïques raccordées au réseau et l'impact qui en résulte sur ce dernier ont créé des conditions plus favorables au développement du stockage d'énergie.
Le stockage d'énergie photovoltaïque se distingue de la production d'électricité raccordée au réseau par l'utilisation de batteries et de dispositifs de charge et de décharge. L'investissement initial est plus important, mais le champ d'application est considérablement élargi. Cet article présente quatre scénarios d'application PV + stockage d'énergie : stockage d'énergie photovoltaïque raccordé au réseau, stockage d'énergie photovoltaïque hors réseau, système de stockage d'énergie sur réseau hybride et micro-réseau photovoltaïque.
1. Scénario pour les applications de stockage d'énergie photovoltaïque hors réseau
Les systèmes photovoltaïques hors réseau de stockage et de production d'énergie sont de plus en plus utilisés dans les régions montagneuses isolées, les zones non alimentées en électricité, les îles, les stations de base de communication et l'éclairage public, entre autres endroits où ils peuvent fonctionner de manière autonome sans dépendre du réseau électrique.
Le système comprend un champ photovoltaïque, un onduleur photovoltaïque, un système de stockage par batterie et une charge électrique. En présence de lumière, le champ photovoltaïque transforme l'énergie solaire en énergie électrique et alimente simultanément la charge via le régulateur intégré et recharge la batterie ; en l'absence de lumière, la batterie alimente la charge en courant alternatif via l'onduleur.
Les systèmes de production d'énergie photovoltaïque hors réseau sont spécialement conçus pour être déployés dans les régions dépourvues de réseau électrique ou subissant des coupures de courant fréquentes. Ces systèmes fonctionnent selon le principe du « stockage et de l'utilisation », ou « stockage puis utilisation », à l'image du charbon de bois transporté à travers la neige. Dans les zones sans réseau électrique ou sujettes à des coupures de courant fréquentes affectant les familles, les systèmes hors réseau sont particulièrement pratiques.
2. Scénarios d'applications de stockage d'énergie photovoltaïque hybride sur réseau
Les systèmes de stockage d'énergie hybrides photovoltaïques sont couramment utilisés lors des fréquentes coupures de courant. Les tarifs élevés d'autoconsommation empêchent l'injection de surplus sur Internet ; les tarifs de pointe sont nettement plus élevés que les tarifs de creux et ceux destinés aux autres applications.
Le système comprend des panneaux photovoltaïques composés de modules de cellules solaires, des équipements intégrés pour l'énergie solaire autonomes et raccordés au réseau, des batteries, des charges et d'autres composants. En présence de lumière, le panneau photovoltaïque transforme l'énergie solaire en énergie électrique et charge les batteries tout en alimentant la charge via l'onduleur solaire ; en l'absence de lumière, les batteries chargent l'onduleur solaire qui alimente ensuite la charge en courant alternatif.
L'intégration de régulateurs de charge/décharge et de batteries dans les systèmes photovoltaïques, qu'ils soient raccordés au réseau ou autonomes, augmente le coût global d'environ 30 à 50 % par rapport à un système raccordé au réseau. Toutefois, cette augmentation élargit le champ d'application du système. Premièrement, il est possible de configurer le système photovoltaïque pour qu'il produise de l'électricité à sa capacité nominale lors des pics de consommation, afin de réduire les coûts. Deuxièmement, il est possible de charger le système photovoltaïque en mode autonome et de le décharger pendant les heures de pointe, en profitant de la différence de prix entre les périodes de forte et de faible consommation. Enfin, en cas de coupure de courant, le système photovoltaïque sert d'alimentation de secours et l'onduleur peut être désactivé pour fonctionner en mode autonome. Actuellement, ce scénario est de plus en plus fréquent dans les pays développés.
3. Scénarios d'application des systèmes de stockage d'énergie photovoltaïque raccordés au réseau
Système de production d'énergie photovoltaïque raccordé au réseau et fonctionnant en mode de couplage AC, utilisant principalement des composants photovoltaïques et de stockage d'énergie. Outre l'augmentation de la part de l'autoconsommation et du stockage photovoltaïque distribué au sol, le stockage d'énergie photovoltaïque industriel et commercial, et d'autres applications potentielles, ce système permet également de stocker le surplus de production.
Les modules photovoltaïques sont constitués d'un champ de cellules solaires, complété par une batterie, un contrôleur de charge/décharge (PCS) et une charge consommatrice d'énergie. Lorsque la production d'énergie solaire est insuffisante pour répondre aux besoins de la charge, le système est alimenté en partie par l'énergie solaire et en partie par le réseau électrique. Inversement, lorsque la production d'énergie solaire est supérieure aux besoins de la charge, une partie de l'énergie solaire est utilisée pour alimenter cette dernière, tandis que le surplus est stocké par le contrôleur. De plus, le système de stockage d'énergie peut être utilisé pour la gestion de la demande, l'arbitrage entre les pics et les creux de consommation, et dans d'autres situations afin d'améliorer la rentabilité du système.
Sur le marché chinois des énergies nouvelles, le système de stockage d'énergie photovoltaïque raccordé au réseau a suscité un intérêt considérable en tant que nouvelle application des énergies renouvelables. En intégrant un dispositif de stockage d'énergie, la production d'énergie photovoltaïque et un réseau électrique alternatif, ce système optimise l'utilisation des énergies renouvelables.
4. Scénarios d'application des systèmes de stockage d'énergie des micro-réseaux
De par son importance en tant que dispositif de stockage d'énergie, le système de stockage d'énergie du micro-réseau occupe une place de plus en plus importante dans le système électrique et le développement des nouvelles énergies en Chine.
Avec la popularité croissante des énergies renouvelables et les progrès scientifiques et technologiques constants, les cas d'utilisation des systèmes de stockage d'énergie pour micro-réseaux se multiplient. Ces cas d'utilisation concernent principalement les deux aspects suivants :
1) Production d'énergie décentralisée et système de stockage d'énergie : La production d'énergie décentralisée consiste à installer des unités de production d'énergie à petite échelle à proximité de l'utilisateur final, en utilisant des sources d'énergie telles que l'énergie éolienne, l'énergie solaire photovoltaïque, etc. L'énergie excédentaire produite est ensuite stockée dans un système de stockage d'énergie, servant d'alimentation de secours lors des pics de consommation ou des coupures de réseau.
2) Alimentation de secours par micro-réseau : Pour une alimentation électrique locale fiable dans les zones reculées, les îles et autres endroits difficiles d'accès au réseau, les systèmes de stockage d'énergie par micro-réseau peuvent être utilisés comme sources d'énergie de réserve.
En tirant parti de la complémentarité multi-énergies, les micro-réseaux optimisent l'utilisation du potentiel des énergies propres distribuées. Ils permettent ainsi de pallier les inconvénients tels que la capacité limitée, la fiabilité aléatoire de la production d'électricité et des sources d'alimentation indépendantes, tout en garantissant le fonctionnement sécurisé du réseau électrique principal. De ce fait, les micro-réseaux constituent un complément précieux à ce dernier. Leur champ d'application est beaucoup plus vaste, allant de quelques kilowatts à plusieurs dizaines de mégawatts, et la diversité des mises en œuvre possibles est considérablement plus grande.
Les modes d'utilisation du stockage d'énergie photovoltaïque sont nombreux et variés : micro-réseaux, systèmes hors réseau et systèmes raccordés au réseau. Les applications pratiques des énergies renouvelables se caractérisent par les avantages et les propriétés spécifiques à chaque type de scénario, qui, ensemble, fournissent aux utilisateurs une énergie fiable et performante.
Avec les progrès constants de la technologie photovoltaïque et la baisse continue des coûts, le stockage de l'énergie photovoltaïque occupera une place de plus en plus importante dans le système énergétique de demain. Parallèlement, le développement et la mise en œuvre de différents scénarios faciliteront la progression rapide du secteur énergétique émergent chinois et contribueront à la transition énergétique et à un développement sobre en carbone et respectueux de l'environnement.
