Qu'est-ce que le couplage CA dans les systèmes solaires ?

Ajouter une alimentation de secours aux systèmes solaires raccordés au réseau

Les systèmes solaires raccordés au réseau sont généralement la solution la plus économique, la plus efficace et la plus facile à installer. Cependant, de nombreux utilisateurs sont surpris de découvrir, lors d'une coupure de courant, que même avec des panneaux solaires sur le toit, leur maison n'est toujours pas alimentée en électricité.

Il ne s'agit pas d'une défaillance du système, mais d'une conséquence des réglementations et des normes de sécurité applicables au réseau électrique. Dans la plupart des pays, conformément aux normes UL, IEEE et autres normes d'interconnexion et de sécurité du réseau électrique, les onduleurs raccordés au réseau doivent s'arrêter immédiatement en cas de panne de courant afin de empêcher le refoulement d'électricité dans le réseau, garantissant ainsi la sécurité du personnel des services publics.

En conséquence, le système solaire est contraint de s'arrêter, laissant les habitations ou les commerces complètement privés d'électricité, souvent dépendants de générateurs diesel bruyants et coûteux ou d'autres solutions d'urgence.

En fait, il n'est pas nécessaire de reconstruire ou de remplacer les onduleurs solaires existants pour ajouter une alimentation de secours fiable à un système raccordé au réseau existant.

La technologie de couplage CA est une solution mature largement adoptée, conçue pour répondre à ce problème.

En ajoutant un onduleur de stockage d'énergie et un système de batterie côté CA, une architecture couplée CA peut former un micro-réseau autonome pendant les coupures de courant, alimentant en continu les charges critiques tout en préservant l'investissement dans le système solaire existant.

Qu'est-ce que le couplage CA ?

Dans une architecture à couplage CA, l'onduleur solaire et l'onduleur de stockage sont connectés au même bus CA. L'énergie CC produite par les panneaux solaires est d'abord convertie en CA par l'onduleur solaire autonome, qui alimente en priorité les charges locales, tout excédent étant exporté vers le réseau.

Lorsque le système doit charger la batterie, le courant alternatif provenant du bus est redressé en courant continu par l'onduleur de stockage et stocké dans la batterie. Lors de la décharge, le courant continu de la batterie est reconverti en courant alternatif pour alimenter les charges ou le réseau.

Du point de vue du flux énergétique :

Recharge :
Panneaux solaires (CC) → Onduleur solaire (CC→CA) → Onduleur de stockage (CA→CC) → Batterie (CC)

Décharge :
Batterie (CC) → Onduleur de stockage (CC→CA) → Charges / Réseau (CA)

Le point essentiel est que, dans un système à couplage CA, le chargement de la batterie à partir de l'énergie solaire implique deux conversions d'énergie : CC→CA→CC.

Avantages des systèmes à couplage CA

Facile à moderniser

Le couplage CA est devenu l'approche dominante pour ajouter un stockage d'énergie aux systèmes solaires raccordés au réseau existants. Pour les systèmes solaires déjà installés et en fonctionnement, il n'est pas nécessaire de remplacer l'onduleur existant. Il suffit de connecter un onduleur de stockage et une batterie côté distribution CA pour permettre le stockage d'énergie et l'alimentation de secours.

De nombreuses études internationales, telles que l'analyse du NREL sur le stockage décentralisé de l'énergie, indiquent que le couplage CA est l'approche la plus viable et la plus aboutie pour moderniser le stockage sur les systèmes solaires existants raccordés au réseau.

Expansion flexible

Dans une architecture à couplage CA, le système solaire et le système de stockage fonctionnent indépendamment et peuvent être étendus dans les limites de leurs capacités respectives. Cette conception modulaire correspond bien à la stratégie d'investissement des utilisateurs commerciaux et industriels : installer d'abord le système solaire, ajouter ensuite le système de stockage et étendre progressivement l'installation.

Micro-réseau amélioré et capacité de secours

Grâce à des onduleurs de stockage capables de former un réseau, les systèmes couplés en courant alternatif peuvent former un micro-réseau indépendant en cas de panne du réseau, fournissant une tension et une fréquence stables afin de maintenir une alimentation ininterrompue pour les charges critiques.

Plus grande flexibilité des composants

Les utilisateurs peuvent choisir différentes marques d'onduleurs solaires, d'onduleurs de stockage et de batteries, à condition qu'ils répondent aux normes locales en matière de réseau et de sécurité, évitant ainsi la dépendance vis-à-vis d'un fournisseur.

Technologie mature

Les systèmes d'alimentation CA constituent la base des réseaux électriques mondiaux. Les architectures couplées CA se conforment plus facilement aux normes des opérateurs de réseau en matière de protection, de comptage et de contrôle, ce qui facilite l'exploitation et la maintenance à long terme.

Limites des systèmes à couplage CA

Efficacité réduite

La conversion du courant continu en courant alternatif entraîne intrinsèquement une certaine perte d'énergie., réduction de l'efficacité globale. Cela se produit lorsque l'énergie solaire charge la batterie, lorsque la batterie se décharge vers les charges ou lorsque l'énergie est injectée dans le réseau.

Coûts plus élevés

Les systèmes à couplage CA nécessitent généralement des onduleurs solaires et de stockage autonomes, ainsi que des systèmes de batteries et des dispositifs de protection et de contrôle côté CA. Par rapport aux solutions à couplage CC hautement intégrées, le nombre accru de dispositifs de conversion d'énergie augmente les coûts initiaux de matériel et d'installation.

Empreinte plus importante

Comme les architectures à couplage CA utilisent plusieurs dispositifs indépendants, leur encombrement physique est généralement plus important que celui des systèmes à couplage CC. Les onduleurs de stockage supplémentaires, les armoires de batteries et les équipements de distribution et de protection CA associés nécessitent davantage d'espace mural, au sol ou dans la pièce.

Couplage CA vs couplage CC

Dans la pratique, il n'y a pas de “ meilleur ” choix absolu entre le couplage CA et CC ; ils représentent deux approches différentes de conception de système.

Le tableau ci-dessous compare les deux architectures en termes de circuits d'alimentation, d'équipements clés, d'efficacité du système, de coûts, d'évolutivité et de fonctionnement en cas de panne du réseau, afin d'aider les lecteurs à faire des choix éclairés en fonction des exigences de leur projet.

Fonctionnalité	Couplage CC	Couplage CA
Chemin central	L'énergie solaire en courant continu charge la batterie directement ou via une conversion CC-CC.	L'énergie solaire alternative doit être redressée en courant continu pour charger la batterie.
Nombre de conversions	1 conversion (rendement supérieur)	2 conversions (rendement inférieur)
Équipement clé	Onduleur hybride / régulateur de charge (intègre les fonctions d'entrée PV, de gestion de batterie et d'onduleur)	Onduleur solaire autonome + onduleur de stockage / convertisseur bidirectionnel
Efficacité du système (charge)	Généralement plus élevé (en particulier lorsque le soleil charge directement la batterie)	Généralement inférieur (en raison d'une perte de conversion supplémentaire)
Coût (nouveau système)	Peut-être inférieur (dispositif intégré unique, économies sur le câblage et l'installation)	Généralement plus élevé (nécessite deux onduleurs distincts)
Compatibilité et mise à niveau	Difficile de moderniser un système photovoltaïque existant (nécessite généralement le remplacement de l'onduleur d'origine)	Plus facile à moderniser sur un système photovoltaïque existant (il suffit d'ajouter un onduleur de stockage et une batterie en parallèle côté CA)
Complexité du contrôle	Relativement simple et centralisé (un seul appareil gère toutes les fonctions)	Relativement complexe (nécessite une coordination entre l'onduleur solaire et l'onduleur de stockage)
Flexibilité d'expansion	Généralement limité par la capacité de l'onduleur hybride et l'interface de la batterie	Plus flexible, permet une extension indépendante de la capacité photovoltaïque ou de stockage côté CA.
Fonctionnement en cas de panne du réseau électrique	Les onduleurs hybrides doivent posséder des caractéristiques spécifiques pour former un micro-réseau.	Les onduleurs de stockage sont généralement dotés d'une capacité de formation de micro-réseaux, plus faciles à mettre en œuvre.
Risque pour la sécurité	Tension élevée côté courant continu, risque d'arc légèrement plus élevé, nécessite une protection plus stricte	Le côté CA correspond à la tension secteur standard, le risque est relativement faible.

Comment choisir le schéma d'accouplement approprié

Nouveaux systèmes solaires + stockage

Si le coût et l'efficacité sont les principales considérations et que les possibilités d'extension future sont limitées, le couplage CC est généralement le choix privilégié.

Si une expansion significative des énergies solaires ou du stockage est prévue à l'avenir, ou si un fonctionnement sans interruption pendant les coupures de courant est essentiel, le couplage CA peut offrir davantage de flexibilité.

Dans les nouveaux projets résidentiels solaires + stockage, les onduleurs hybrides hautement intégrés sont devenus une solution courante.

Les GODE Onduleur hybride THON intègre les fonctions d'entrée solaire, de gestion de batterie et d'onduleur dans un seul appareil, prenant en charge à la fois le fonctionnement connecté au réseau et l'alimentation de secours dès la mise en service du système.

Pour les nouveaux systèmes solaires, l'onduleur hybride THON combine les avantages de l'efficacité et de la compacité du couplage CC avec la capacité de formation de réseau côté CA, permettant une transition rapide vers le mode hors réseau en cas de panne. Associé à une batterie, il peut alimenter en continu les charges résidentielles critiques sans nécessiter d'onduleur de stockage supplémentaire.

Ajouter du stockage aux systèmes solaires existants

Le couplage CA est presque toujours l'option la plus pratique et la plus rentable pour moderniser le stockage, car il évite de devoir remplacer les onduleurs solaires existants qui fonctionnent parfaitement.

Ajouter le Batterie LF à un système existant peut réduire la dépendance au réseau électrique et diminuer considérablement, voire éliminer, les coûts d'électricité au fil du temps, avec des économies dépassant largement l'investissement initial dans le système.

Les batteries sont conçues pour conserver 80% de leur capacité initiale même après plus de 10 ans d'utilisation quotidienne. De plus, une garantie de 5 ans, parmi les plus longues du marché, assure un retour sur investissement et des économies potentielles.

Exigences spécifiques

• Pour une efficacité de charge maximale : optez pour le couplage CC.
• Pour plus de flexibilité avec plusieurs marques : optez pour le couplage AC.
• Pour les espaces d'installation limités : le couplage CC est généralement plus compact.
• Pour faciliter la modernisation : optez pour le couplage CA.

Conclusion

Le couplage CC et le couplage CA ont chacun leurs avantages. Le couplage CC excelle en termes d'efficacité et de coût du nouveau système, tandis que le couplage CA offre une flexibilité, une compatibilité et une facilité de modernisation supérieures. Le choix final doit être basé sur le fait qu'il s'agisse d'un nouveau projet ou d'une modernisation, sur le budget, les exigences en matière d'efficacité, les plans d'expansion futurs et les conditions d'installation.