Les premiers systèmes photovoltaïques à injection dans le réseau ont été installés en Allemagne en 1990. La puissance installée à l’époque était équivalente à celle des systèmes utilisés en sites isolés (2 à 3 kW). Progressivement ces systèmes ont pris de l’importance, dans le monde. La puissance annuelle installée en 1999 dans le monde était de 202 MW, dont plus de 90 % sont des systèmes avec injection dans le réseau. Cependant le développement des protocoles d’utilisation de cette énergie a créeriez d’autres variantes des systèmes connectés au réseau. Genéralement, dans ce contexte on distingue deux variantes des systèmes photovoltaïques raccordés au réseau. Installation PV raccordée au réseau avec injection des excédents de production où par injection totale de l’énergie produite, et ceci exige le choix du modèle de conditionnement d’énergie [41] et [43].
I.8.1. Installation PV raccordée au réseau avec injection des excédents de production
Une partie de la production et injecte au réseau lors que la production dépasse la consommation, le client soutire aussi du réseau le manque. Cette installation est équipée de deux compteurs, l’un mesurant l’énergie soutirée du réseau lorsque la consommation excède la production (compteur de consommation), l’autre mesurant l’énergie injectée dans réseau (compteur d’injection). Ce principe exclut le compteur réversible comme est indiqué sur la figure I.21, [12].
Figure I.21 : Schéma de principe de la configuration d’injection du surplus d’énergie
I.8.2 Installation PV raccordée au réseau avec injection totale de l’énergie produite
Le générateur de production d’origine photovoltaïque est raccordé au réseau par l’intermédiaire d’un point de livraison distinct du point de livraison utilisé pour les besoins de soutirage du producteur. Comparé à l’achat des excédents, ce type de raccordement conduit le plus souvent à des modifications plus importantes de l’installation par le gestionnaire du réseau. Le producteur injecte au réseau la totalité d’énergie produite et soutirer du réseau la totalité d’énergie nécessaire à sa consommation. La séparation entre les deux points de livraison consommation et injection (production) conduit donc à étoiler le branchement en deux parties, avec cependant une seule liaison au réseau BT. Le branchement production comporte deux compteurs montés en tête bêche (production et consommation des dispositifs de la chaîne PV), voir figure I.22, [43].
CAHPITRE 0I : État d’art sur les sources énergies renouvelables
Suite au développement de ces installations dans le monde la puissance de l’électricité photovoltaïque installée en 2015 a atteint approximativement les 227 Gigawatts comme l’indique la figure (I.23). Cette progression inattendue, a conduit à une surproduction et à une baisse des prix des équipements de ces systèmes.
Figure. I.23: Évolution de la production de l’énergie solaire dans le monde [9].
I.9. Le stockage
Le développement des énergies renouvelables et l’évolution du marché de l’électricité ont relancé l’engouement pour le stockage d’énergie et ses applications pour le réseau électrique. Selon la technologie, le stockage propose plusieurs services qu’il convient d’identifier [48].Le rapport du département de l’énergie du laboratoire Sandia propose une synthèse des applications et des bénéfices que peut apporter le stockage connecte au réseau, quelles que soient les capacités [49].
Dans ce cadre, on souhaite réaliser l’écrêtage de la consommation en optimisant l’utilisation de l’énergie photovoltaïque en intégrant un élément de stockage. Cette application apporte des services autant pour le système de production que, pour le gestionnaire du réseau de distribution. Cela peut également réduire la puissance d’abonnement et donc le cout d’accessibilité au réseau. Pour le distributeur, un appel de puissance moins important pendant les périodes de forte demande réduit les risques de congestions dans le réseau. De plus, l’appel a des centrales de production de pointe, généralement les plus coûteuses et les plus émettrices de gaz a effet de serre, est limite. La production d’électricité d’origine photovoltaïque pour l’écrêtage de la consommation s’inscrit dans une démarche d’efficacité énergétique, de réduction de la consommation et de diminution de l’émission de gaz à effet de serre. 5.1 6.7 9 16 23 40 70 100 138 177 227 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Evolution de l’énergie solaires mondiale Gigawatts
Figure I.24 : Écrêtage de la consommation [48] I.9.1. Les différentes technologies de stockage
La figure (I.25) présente le classement des moyens et des différentes technologies de stockage pour divers applications [48] et [49].
Figure 1.25 : Comparaison des moyens de stockage en fonction de la puissance de fonctionnement et de la durée de la décharge [48]
Dans notre cas, non seulement il faut suffire totalement la charge du site mais aussi injecter le surplus au réseau. D’après la figure(I.25), on constate que les accumulateurs électrochimiques constituent le moyen de stockage le plus adapté à notre application car le temps de décharge est compris entre une minute et plusieurs heures.
Le choix de la technologie d’accumulateur va dépendre du coût d’investissement et de la durée de vie des batteries dans les conditions de fonctionnement correspondent à l’application choisie. Les coûts de chaque technologie sont présentés sur la Figure(I.26) tandis que la durée de vie et les rendements sont illustres sur la Figure(I.27).
CAHPITRE 0I : État d’art sur les sources énergies renouvelables
Figure I.26: Coûts des différentes technologies d’accumulateurs électrochimiques [48]
Les batteries ≪ Métal-air ≫ sont les plus compactes mais leurs faibles rendements et durée de vie les éliminent naturellement de notre analyse [49]. Les batteries de technologie Plomb acide sont actuellement les plus utilisées pour les applications photovoltaïques. Elles sont principalement avantagées par leurs faibles coûts pour des rendements satisfaisants. Leur inconvénient majeur est leur durée de vie qui est la plus courte des technologies comparées. La technologie Nickel-Cadium (Ni-Cd) présente un cout plus élevé que les batteries au Plomb, pour une durée de vie supérieure mais un rendement plus faible.
Figure I.27 : Durée de vie et rendement des différentes technologies de batteries [48]
D’après les résultats de comparaison, la technologie Plomb acide est la plus appropriée pour notre application.