3. Conception du système
La conception du système consiste à prendre successivement plusieurs décisions. Chaque décision permet de préciser la conception et, ensemble, elles déterminent la topologie et les composants nécessaires. Ce chapitre examine ces décisions dans l’ordre : la manière dont l’installation est raccordée au réseau, le choix d’une configuration monophasée ou multiphasée, le convertisseur/chargeur adapté aux consommateurs, la capacité requise du parc de batteries, la manière dont l’énergie solaire est intégrée, la réinjection éventuelle de l’excédent d’énergie solaire dans le réseau et les exigences du raccordement au réseau local en matière de protection anti-îlotage.
3.1. Configuration du raccordement au réseau
La première décision de conception concerne la manière dont l’installation est raccordée au réseau. Elle dépend de l’emplacement des consommateurs et des éventuels convertisseurs PV, ce qui détermine à son tour si un compteur de réseau est nécessaire.
Le principe est simple : le convertisseur/chargeur ne peut mesurer et réguler que la puissance qui le traverse.
Lorsque tous les éléments sont raccordés à sa sortie, toute la puissance échangée avec le réseau transite par le convertisseur/chargeur, qui peut donc mesurer lui-même cet échange. Aucun compteur de réseau n’est alors nécessaire.
Lorsque des consommateurs ou des convertisseurs PV sont également raccordés côté entrée (réseau), cette puissance ne transite pas par le convertisseur/chargeur. Un compteur de réseau est alors nécessaire ; sans celui-ci, l’autoconsommation et la régulation du point de consigne du réseau reposent sur des informations incomplètes et donnent des résultats incorrects.
Deux configurations sont donc possibles.
Tous les consommateurs en sortie (sans compteur de réseau) Tous les consommateurs et convertisseurs PV sont raccordés à la sortie CA (AC-Out) du convertisseur/chargeur (MultiPlus ou Quattro). En cas de coupure du réseau, tous les consommateurs peuvent être alimentés par la batterie. Le convertisseur PV raccordé au réseau alimente le micro-réseau créé par le convertisseur/chargeur. |
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Raccordement en parallèle au réseau (compteur de réseau requis) Des consommateurs ou des convertisseurs PV sont également raccordés côté entrée CA (AC-In). En cas de coupure du réseau, seuls les consommateurs raccordés à la sortie CA (AC-Out) peuvent être alimentés par la batterie. Le convertisseur PV raccordé au réseau sur l’entrée CA (AC-In) ne fonctionne pas tant que le réseau n’est pas rétabli. |
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Lorsqu’un compteur de réseau est nécessaire, utilisez un compteur d’énergie Victron et configurez-le comme décrit dans la section Configuration.
3.2. Monophasé ou multiphasé
Le système peut être configuré selon différentes configurations de phase, en fonction du modèle de convertisseur/chargeur :
Modèles 230 V : monophasé ou triphasé.
Modèles 120 V : monophasé, biphasé ou triphasé.
Pour plus de détails sur la configuration de chacune de ces options, consultez la section Régulation multiphasée du chapitre Configuration.
3.3. Choix du convertisseur/chargeur
La puissance requise dépend du type d’installation et des appareils qui seront alimentés par le convertisseur/chargeur.
Plage de tension d’entrée CC
Choisissez un modèle adapté à la tension de la batterie.
Tension et fréquence d’entrée CA
Choisissez un modèle adapté à la tension et à la fréquence du réseau.
Nombre d’entrées CA
Si l’installation comprend un générateur, envisagez un convertisseur/chargeur doté de deux entrées CA indépendantes, tel que le Quattro.
Courant d’entrée CA maximal
Les convertisseurs/chargeurs disposent d’une limite de courant d’entrée CA réglable. Cette valeur définit le courant maximal que l’appareil prélève sur l’entrée CA (AC-In). Choisissez donc un modèle dont la limite est adaptée au raccordement au réseau.
Puissance de sortie continue
Il s’agit de la puissance que le convertisseur peut fournir en continu. La puissance de sortie continue varie en fonction de la température. La demande totale en puissance des consommateurs ne doit pas dépasser cette valeur.
Courant de charge maximal de la batterie
Le courant de charge maximal de la batterie correspond au courant de charge maximal que l’appareil peut fournir à la batterie. Lorsque l’entrée CA (AC-In) est alimentée par le réseau, un générateur ou un excédent d’énergie solaire provenant d’un convertisseur PV raccordé au réseau, la batterie peut être chargée jusqu’à cette valeur de courant.
3.4. Capacité du parc de batteries
La capacité du parc de batteries résulte d’un compromis entre le coût, la durée de vie des batteries et l’autonomie. Elle influe également sur les avantages pouvant être tirés de la variabilité des prix de l’électricité.
Un parc de batteries plus petit :
est plus économique, mais la quantité d’énergie utilisée est élevée par rapport à sa capacité nominale ;
est chargé et déchargé à des taux C plus élevés, ce qui peut réduire la durée de vie des batteries, en particulier celle des batteries au plomb.
Un parc de batteries plus important :
associé à un parc PV relativement important, permet de stocker l’excédent de puissance les jours ensoleillés et de disposer d’énergie pendant plusieurs jours consécutifs de mauvais temps ;
offre une plus grande autonomie en cas de coupure du réseau ;
permet de stocker davantage d’énergie lorsque les prix de l’électricité sont bas et de l’utiliser lorsque les prix sont élevés (voir Configuration).
Dimensionnement pour l’écrêtement des pointes
Lorsque le système est utilisé pour l’écrêtement des pointes, la batterie et le convertisseur/chargeur doivent ensemble être capables de fournir la puissance demandée au-delà de la limite du réseau pendant toute la durée du pic. Le convertisseur/chargeur détermine l’amplitude du pic pouvant être prise en charge, tandis que la batterie détermine la durée pendant laquelle il peut l’être. Un pic plus important ou plus long nécessite donc un parc de batteries de plus grande capacité. Notez que, dans les modes Optimisé, seule la capacité située au-dessus de l’état de charge minimum est disponible pour l’écrêtement des pointes. Ce point est expliqué plus en détail dans la section Écrêtement des pointes.
Pour connaître la capacité minimale du parc de batteries lorsqu’un convertisseur PV raccordé au réseau est connecté à la sortie CA (PV à couplage CA), consultez le document Victron Couplage CA et règle du facteur 1.0.
3.5. Raccordement de l’installation PV
La deuxième décision de conception concerne la manière dont l’énergie solaire est intégrée. Il existe deux façons de raccorder l’installation PV au système : le couplage CC et le couplage CA. Un même système peut utiliser l’une ou l’autre de ces méthodes, ou les deux. Ce choix influe sur le rendement, le comportement du système en cas de panne du réseau et, dans le cas d’une installation PV à couplage CA, sur certaines règles de dimensionnement.
PV à couplage CC
Dans un système à couplage CC, un chargeur solaire MPPT SmartSolar ou BlueSolar raccorde le parc PV au côté CC et charge directement la batterie. Il s’agit du chemin le plus efficace vers la batterie, car l’énergie atteint celle-ci après une seule conversion. Un chargeur solaire MPPT peut atteindre un rendement de 99 %.
Astuce
Le couplage en courant continu est la meilleure option lorsque la majeure partie de la consommation d'énergie a lieu en dehors des heures d'ensoleillement, par exemple dans une maison où la cuisine, la lessive et l'éclairage se font le soir, car l'énergie solaire est stockée dans les batteries avec un minimum de pertes en vue d'une utilisation ultérieure.
PV à couplage CA
Dans un système à couplage CA, un convertisseur PV raccordé au réseau est connecté côté CA. Sa puissance sert d’abord à alimenter les consommateurs, puis à charger la batterie, et tout excédent peut être injecté dans le réseau. Pour atteindre la batterie, l’énergie subit deux conversions : de CC en CA au niveau du convertisseur PV, puis de CA en CC au niveau du convertisseur/chargeur, avec des pertes pouvant atteindre 30 %.
Astuce
Le couplage CA est donc préférable lorsque la majeure partie de l’énergie est consommée pendant la journée, par exemple dans un bureau climatisé, où l’installation PV alimente directement les consommateurs après une seule conversion à haut rendement. Il convient également aux grands parcs PV et à la modernisation d’une installation existante raccordée au réseau.
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PV à couplage CA alimentant le côté AC-Out du MultiPlus-II via un convertisseur PV raccordé au réseau | PV à couplage CC chargeant directement la batterie via un SmartSolar MPPT |
Utilisation des deux
Un système peut combiner du PV à couplage CC et du PV à couplage CA, par exemple une charge MPPT couplée en CC sur un système ajouté à un parc PV existant couplé en CA.
Astuce
Dans un système de secours qui doit pouvoir fonctionner pendant des pannes prolongées du réseau, prévoyez toujours une partie du PV en couplage CC, au moyen d’un chargeur solaire MPPT, même si la majeure partie du PV est couplée en CA. Un système exclusivement couplé en CA peut se retrouver dans une impasse : le convertisseur PV raccordé au réseau a besoin du micro-réseau formé par le convertisseur/chargeur pour fonctionner, mais si la batterie est vide, le convertisseur/chargeur ne peut pas former ce micro-réseau. Aucun des deux ne peut alors démarrer et le système ne peut pas se rétablir uniquement grâce à l’énergie solaire. À l’inverse, un chargeur solaire MPPT à couplage CC charge directement la batterie à partir du PV, sans passer par le CA, ce qui permet de sortir de cette impasse.
Raccordement du PV à couplage CA : sur l’entrée ou sur la sortie
Le PV couplé en CA peut être raccordé à l’un de deux emplacements, et ce choix modifie son comportement en cas de panne du réseau :
Sur AC-Out. Le convertisseur PV continue de fonctionner en cas de panne du réseau, car le convertisseur/chargeur forme un micro-réseau local auquel le convertisseur PV se synchronise. L’énergie solaire reste donc disponible pendant une coupure de courant. Le PV raccordé à cet emplacement est soumis à la règle du facteur 1,0, expliquée plus en détail ci-dessous.
Sur AC-In (côté réseau). Le convertisseur PV se comporte comme dans une installation classique raccordée au réseau. Comme ce PV se trouve côté entrée, le système a besoin d’un compteur de réseau pour le détecter (voir Configuration du raccordement au réseau). Ce convertisseur PV ne fonctionne pas pendant une coupure de courant, car aucun réseau n’est disponible pour lui permettre de se synchroniser.
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Convertisseur PV raccordé au réseau sur AC-Out du MultiPlus-II | Convertisseur PV raccordé au réseau sur AC-In du MultiPlus-II |
Règle du facteur 1,0
Pour les installations photovoltaïques couplées en courant alternatif et raccordées à la sortie CA, la puissance nominale de l'onduleur photovoltaïque ne doit pas dépasser la puissance nominale en VA de l'onduleur/chargeur. Il s'agit de la règle du facteur 1,0, soit une limite de 1:1 :
Un MultiPlus de 3 000 VA permet une puissance d'onduleur photovoltaïque allant jusqu'à 3 000 W.
Un Quattro de 8 000 VA permet d'atteindre une puissance maximale de 8 000 W.
Deux Quattros de 8 000 VA montés en parallèle permettent d'atteindre une puissance maximale de 16 000 W.
Note
Prenez la plus faible des deux valeurs : la puissance de sortie CA nominale de l'onduleur photovoltaïque ou la puissance Wp du générateur installé. Un générateur surdimensionné n'augmente pas cette limite, car l'onduleur photovoltaïque limite la puissance qui atteint la sortie CA. À l'inverse, un générateur sous-dimensionné devient la limite, car c'est lui qui limite la puissance que l'onduleur photovoltaïque peut fournir.
La raison tient à ce qui se passe au moment d’une perte soudaine de charge. Lors d’une panne de réseau, l’onduleur-chargeur forme le micro-réseau sur lequel fonctionne l’onduleur photovoltaïque. Si une charge importante se désactive alors que l’onduleur photovoltaïque fonctionne à pleine puissance, cet excédent d’énergie n’a nulle part où aller pendant un bref instant, si ce n’est vers la batterie, jusqu’à ce que l’onduleur-chargeur limite la puissance de l’onduleur photovoltaïque en augmentant la fréquence du courant alternatif. L’onduleur-chargeur doit être capable d’absorber cet excédent. Maintenir la puissance de l’onduleur photovoltaïque à un niveau égal ou inférieur à la puissance nominale de l’onduleur-chargeur garantit qu’il en est capable. Le dépasser risque de provoquer un pic de tension de la batterie, ainsi qu’un pic correspondant sur la sortie CA susceptible d’endommager l’onduleur photovoltaïque, l’onduleur-chargeur et les charges connectées, et de déclencher des coupures de sécurité.
Cette limite est stricte. Elle s’applique à tout le PV couplé en CA raccordé sur la sortie, aussi bien dans les systèmes raccordés au réseau que dans les systèmes hors réseau, sans exception, y compris dans les pays où les pannes du réseau sont rares et lorsqu’un convertisseur PV Fronius raccordé à AC-Out est utilisé avec une injection nulle.
Astuce
Le PV couplé en CC via un chargeur solaire MPPT Victron n’est pas soumis à la règle du facteur 1,0.
Deux points connexes : Le PV couplé en CA impose également une capacité minimale du parc de batteries (voir Capacité du parc de batteries), et le décalage de fréquence permettant d’appliquer cette règle est effectué automatiquement par l’ESS Assistant (voir Configuration). Vous trouverez une explication complète dans le document Victron Couplage CA et règle du facteur 1,0.
3.6. Injection dans le réseau
La troisième décision de conception consiste à déterminer si le système injecte l’excédent d’énergie solaire dans le réseau. La possibilité et l’intérêt de le faire dépendent de la réglementation locale, qui varie considérablement d’un pays à l’autre.
Les règles d’injection varient selon les pays
Dans le monde, l’injection dans le réseau est traitée de différentes manières :
L’injection est rémunérée : l’énergie peut être revendue au réseau ou servir à réduire la facture en faisant tourner le compteur à l’envers.
L’injection est autorisée mais non rémunérée : le fournisseur d’électricité ne paie pas l’énergie injectée dans le réseau, même si celle-ci constitue néanmoins une contribution bénéfique pour l’environnement.
L’injection n’est pas tolérée, même pendant quelques secondes : certains compteurs prépayés, par exemple en Afrique du Sud, déconnectent l’installation du réseau lorsqu’une injection est détectée.
L’injection augmente la facture : lorsque le compteur ne compte que dans un seul sens, chaque kWh injecté dans le réseau est comptabilisé à tort comme de la consommation et facturé.
Vérifiez la réglementation locale avant d’activer l’injection dans le réseau.
Avec injection dans le réseau
PV à couplage CC (chargeur solaire MPPT) : l’injection peut être activée ou désactivée à l’aide d’un paramètre du dispositif GX. Lorsqu’elle est désactivée, la puissance PV continue d’être utilisée pour alimenter les consommateurs CA.
Installation photovoltaïque couplée en courant alternatif (convertisseur raccordé au réseau) : l'injection se règle avec le paramètre PV à couplage CA – injecter l'excédent de l'appareil GX (voir Injection dans le réseau). Peu importe que le convertisseur raccordé au réseau soit connecté côté entrée ou côté sortie.
Sans injection dans le réseau
PV à couplage CC (chargeur solaire MPPT) : le même paramètre du dispositif GX désactive l’injection, tandis que la puissance PV continue d’alimenter les consommateurs.
PV à couplage CA (convertisseur PV raccordé au réseau) : une injection nulle ou limitée est possible avec les convertisseurs PV Fronius ou ABB raccordés au réseau et pris en charge.
Note
Avec les convertisseurs PV raccordés au réseau d’autres marques, le système ne peut pas empêcher l’injection.
3.7. Protection anti-îlotage
La protection anti-îlotage garantit que le système se déconnecte du réseau et cesse toute injection de puissance en cas de perte de l’alimentation du réseau, empêchant ainsi la mise sous tension involontaire de sections isolées du réseau. L’ESS nécessite toujours une protection anti-îlotage.
Attention
Cela s’applique également aux systèmes sans injection.
Dans plusieurs pays, la protection anti-îlotage intégrée aux produits Victron peut être utilisée. Pour plus de détails, consultez les certificats disponibles sur le site web de Victron Energy.
Si aucun produit certifié n’est disponible pour le pays d’installation, installez un dispositif anti-îlotage externe.
Pour plus de détails, voir : VEConfigure : codes réseau et détection de perte du réseau.
3.8. Victron Click & Design
Click & Design est un outil en ligne permettant de concevoir et de simuler un système 48 V. Il estime les performances d’un système dans des conditions réelles à partir des données solaires réelles de l’année précédente. Un guide pas à pas accompagne l’utilisateur au cours des différentes étapes.
La première étape consiste à définir l’emplacement du système et à choisir comme base soit un Multi RS, soit un MultiPlus-II avec MPPT. Viennent ensuite l’entrée CA, les consommateurs prioritaires et non prioritaires, le parc PV et les caractéristiques de la batterie. L’outil simule ensuite les performances du système heure par heure sur une année complète et montre l’incidence de ces paramètres sur le résultat global. Les conceptions sont enregistrées automatiquement et peuvent être rouvertes ultérieurement afin de modifier les paramètres ou être dupliquées afin d’explorer et de comparer différents scénarios.
Il ne s’agit pas d’un outil de dimensionnement qui recommande des composants. Il permet de concevoir librement un système et d’en évaluer les performances. Par exemple, lorsqu’une conception ne permet pas de répondre aux besoins des consommateurs, l’outil indique la quantité d’énergie qui doit être fournie par le réseau. Les paramètres d’entrée peuvent ensuite être ajustés afin de mieux répondre aux objectifs de performances ou de budget.
Avec Click & Design, il est possible de :
concevoir des systèmes utilisant un Multi RS ou un MultiPlus-II avec une architecture MPPT séparée,
simuler des configurations monophasées ou triphasées,
gérer les consommateurs prioritaires et les éventuels consommateurs non prioritaires (dans les systèmes équipés d’un compteur de réseau),
définir le parc PV en détail, notamment son orientation et son inclinaison jusqu’à 90°, avec toute la gamme de chargeurs MPPT Victron, y compris MPPT RS (jusqu’à 6 chargeurs MPPT),
ajouter jusqu’à six convertisseurs PV pour du PV à couplage CA, raccordés soit à l’entrée CA, soit à la sortie CA,
saisir des paramètres personnalisés de panneaux solaires au lieu de sélectionner un panneau dans la base de données,
autoriser et simuler l’injection de l’excédent de puissance PV dans le réseau,
exporter un rapport PDF détaillé, et
enregistrer, modifier et dupliquer les conceptions.
Note
Pour le PV à couplage CA, Click & Design utilise un modèle générique de convertisseur PV pour les calculs énergétiques. Contrairement aux chargeurs solaires MPPT, la tension PV maximale et le courant d’entrée ne sont pas vérifiés ; la configuration du parc doit donc être adaptée au convertisseur PV réellement utilisé. Des avertissements s’affichent lorsque la règle du facteur 1,0 ou la capacité minimale du parc de batteries n’est pas respectée.