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Systèmes hybrides

systèmes hybrides, monophasé, triphasé

La principale caractéristique d‘un système hybride est l‘utilisation de deux ou de plusieurs sources de courant différentes.

Outre l'énergie solaire, les systèmes photovoltaïques hybrides utilisent en général un générateur diesel, une installation éolienne ou le réseau public comme autre source de courant. Les onduleurs dotés de chargeurs de batterie intégrés qui sont utilisés dans les systèmes hybrides approvisionnent les consommateurs de courant alternatif raccordés en fonction de leurs besoins à partir du banc de batteries alimenté en énergie solaire ou d'une deuxième source de courant. Ces appareils permettent également de recharger la batterie à partir d'une source supplémentaire.

Les systèmes photovoltaïques hybrides présentent un autre avantage : ils rendent superflu un surdimensionnement important du générateur solaire durant les périodes de faible ensoleillement. Un tel atout permet de réaliser des économies considérables. Ces systèmes utilisent toujours en priorité l'énergie fournie par le panneau solaire. Lorsqu'une deuxième source d'énergie contrôlable est utilisée, l'alimentation en énergie se révèle fiable 24 heures sur 24 et en toute saison.



Systèmes hybrides DC monophasés

Le régulateur de charge solaire Steca Tarom ou Power Tarom (B) est le véritable cerveau du système. Il régule le flux d’énergie et protège la batterie contre les états critiques. Le régulateur Steca Tarom / Power Tarom est directement raccordé à la batterie, de la même façon que le bus DC. Grâce au shunt Steca PA HS200 (E) qui est installé dans la ligne négative directement au niveau de la batterie, le courant de batterie est détecté et communiqué au régulateur Steca Tarom / Power Tarom (B). D‘autres composants, comme par exemple l‘onduleur ou la commande à distance Steca PA 15, sont directement raccordés au bus DC. La sortie du Steca PA 15 est connectée à un relais afin de permettre le déclenchement automatique d‘un générateur diesel si l‘état de charge de la batterie (SOC : State of Charge) descend en dessous de la valeur seuil programmée. De même, le contact de travail du relais met le générateur diesel (G) hors tension et le remet en marche.

Le régulateur Steca Tarom / Power Tarom régule le système hybride DC. Le capteur de courant Steca PS HS200 (E) transmet toutes les informations sur les courants de charge et de décharge du bus DC au régulateur Steca Tarom / Power Tarom. À l‘aide de ces données, le régulateur est en mesure de calculer l‘état de charge réel de la batterie. Cette information est transmise à tous les Steca PA 15 raccordés par le câblage DC (modulation CPL). Chaque commande à distance Steca PA 15 peut être configurée avec des seuils de connexion et de déconnexion prédéfinis pour l‘état de charge.

Si, comme dans l‘exemple cité ci-dessus, l‘onduleur décharge la batterie, cette information est transmise au Steca Tarom / Power Tarom qui calcule l‘état de charge. Dès que l‘état de charge passe en dessous de la valeur seuil définie pour le Steca PA 15 raccordé (par ex. 30 %), celui-ci met en marche le générateur diesel (G) via un relais. Le consommateur est alimenté directement par le générateur et la batterie se recharge simultanément. Lorsque l‘état de charge a atteint la valeur seuil supérieure réglée sur le Steca PA 15 (par ex. 90 %), le générateur diesel est de nouveau mis hors tension.

La sortie AC du générateur diesel est reliée à l‘entrée AC de l‘onduleur (avec chargeur de batterie intégré) afin d‘assurer une gestion automatique de l‘énergie. Le consommateur est toujours connecté à la sortie de l‘onduleur. Lorsque le générateur diesel fonctionne et que cette tension est appliquée à l‘onduleur, l‘onduleur passe automatiquement en mode de transfert. Les consommateurs sont alimentés par le générateur diesel pendant que la batterie est rechargée par l‘onduleur. Si la tension de sortie AC du générateur diesel descend en dessous d‘une valeur de tension réglable sur l‘onduleur, le système repasse automatiquement en mode alimenté par batterie.

Ceci permet une gestion énergétique automatique qui exploite de façon optimale l‘énergie solaire disponible tout en garantissant une protection fiable de la batterie ainsi qu‘une alimentation électrique 24 heures sur 24.



Systèmes hybrides DC triphasés

Le concept de régulation est similaire à celui d‘un système monophasé. En cas d‘utilisation de plusieurs régulateurs de charge Steca Tarom / Power Tarom, un appareil doit être défini comme régulateur Tarom maître. Tous les autres régulateurs de charge deviennent donc automatiquement des régulateurs de charge Tarom esclaves. Le régulateur de charge Tarom / Power Tarom maître est directement raccordé à la batterie et tous les régulateurs esclaves sont reliés au bus DC. Le régulateur de charge Tarom / Power Tarom maître est le seul qui affiche l‘état de charge correct sur l‘écran et qui régule le flux énergétique au sein du système. Les régulateurs de charge Tarom / Power Tarom esclaves servent à réguler la charge à partir des panneaux solaires raccordés.

Trois onduleurs sont raccordés au bus DC afin de mettre en place une alimentation triphasée. Pour le rechargement contrôlé de la batterie via la commande à distance Steca PA 15 et le relais, différents générateurs triphasés peuvent être raccordés aux trois onduleurs. Il peut s‘agir de générateurs éoliens ou hydrauliques, de générateurs diesel ou du réseau public. Les onduleurs avec chargeur de batterie intégré fonctionnant en mode triphasé Steca Xtender (XTS, XTM et XTH) conviennent parfaitement à ce type de montage. Au total, ils peuvent fournir jusqu‘à 72 kW de puissance.

Les concepts monophasés et triphasés de systèmes hybrides reposent sur le même système de gestion énergétique. Le capteur de courant Steca PA HS200 permet de calculer les courants de charge et de décharge des composants (tels que les régulateurs de charge Tarom / Power Tarom esclaves, les onduleurs, etc.) et de les transmettre au régulateur de charge Tarom / Power Tarom maître. La commande à distance Steca PA 15 active ou désactive le générateur supplémentaire en fonction de l‘état de charge de la batterie ainsi calculé. Si la tension descend en dessous d‘un seuil prédéfini, les trois onduleurs monophasés se mettent hors circuit afin de protéger la batterie contre toute décharge profonde.

Systèmes hybrides AC monophasés et triphasé

En cas de besoins en charge importants, les systèmes hybrides couplés au réseau AC peuvent représenter une alternative intéressante aux systèmes hybrides DC très efficaces et réalisables à un prix avantageux. Si la majeure partie de la consommation sur le côté AC (L) doit être mise à disposition pendant la journée, cette topologie présente alors des avantages indéniables. Les onduleurs réseau et sinusoïdaux Steca (B et C) permettent de créer des systèmes hybrides AC Steca.

Différents générateurs (A et F) sont couplés sur le bus AC. Par ailleurs, un onduleur sinusoïdal bidirectionnel qui permet de charger les batteries et d’alimenter les consommateurs s’emploie lorsqu’une puissance insuffisante est mise à disposition par les générateurs AC (A et F). De plus, il est également possible de coupler directement les générateurs solaires aux batteries (H) du côté DC par l’intermédiaire d’un régulateur de charge solaire Steca (D).

Si le système devait ne pas disposer d’une quantité d’énergie suffisante destinée à alimenter les consommateurs, un générateur diesel (G) peut se mettre en marche automatiquement. Lorsque le générateur diesel fonctionne, il faut veiller à ce que tous les onduleurs réseau (B) soient coupés du réseau. Ceci est nécessaire pour empêcher que les onduleurs réseau (B) n‘injectent à nouveau de l‘électricité dans le générateur diesel lorsque la batterie est pleine, ce qui l‘endommagerait. Une fois le générateur diesel coupé, les onduleurs réseau (B) peuvent de nouveau être automatiquement raccordés au réseau. Les consommateurs sont à nouveau alimentés par les générateurs PV (A) à travers les onduleurs réseau (B). Les onduleurs à batterie Steca Xtender (C) constituent ici le réseau dans lequel les onduleurs réseau (B) injectent de l‘électricité, et à partir duquel les consommateurs (L) sont alimentés. Si les générateurs PV (A) produisent une puissance supérieure à celle que les consommateurs (L) consomment, les onduleurs à batterie (C) chargent les batteries (H) avec l‘excédent d‘électricité.


Steca droop mode

Si les batteries (H) ont atteint la tension de fin de charge, elles ne peuvent plus complètement absorber l‘excédent d‘électricité. Le système dispose alors d‘une puissance plus élevée que celle dont il a besoin. Les onduleurs à batterie (C) activent alors le mode Steca Droop.

Les onduleurs réseau StecaGrid 3000/3600 sont, avec le mode Droop, spécialement adaptés aux exig ences des systèmes hybrides couplés au réseau AC, et fonctionnent parfaitement avec les onduleurs à batterie Steca Xtender (C). Ces derniers augmentent la fréquence du réseau AC de façon linéaire, en fonction de l‘excédent de puissance des onduleurs réseau. Plus il y a d‘excédent, et plus la fréquence réseau sera élevée. Les onduleurs réseau limitent alors la puissance d‘alimentation exactement à la puissance d‘alimentation nécessaire pour alimenter complètement les consommateurs (L) et maintenir les batteries (H) à la tension de fin de charge. Cela permet de garantir un bilan de puissance équilibré dans le système hybride. Si la taille des consommateurs change, les onduleurs réseau ajustent automatiquement leur puissance d‘alimentation et maintiennent un équilibre permanent du bilan de puissance, de sorte que les batteries (H) puissent être rechargées de façon optimale. Une fois que l‘excédent de puissance des onduleurs réseau baisse, l‘onduleur à batterie (C) réduit à nouveau la fréquence réseau, jusqu‘à ce que la fréquence réseau habituelle soit atteinte avec un bilan de puissance équilibré. Si les onduleurs réseau (B) ne disposent pas d‘une puissance suffisante pour l‘alimentation des consommateurs (L), la différence requise est fournie par les batteries des onduleurs à batterie (C).

En cas de puissances très élevées, un tel système hybride AC Steca peut être également mis en place en mode triphasé afin d’alimenter immédiatement les consommateurs correspondants. Dans ce système, les onduleurs réseau StecaGrid (B) du côté AC alimentent directement les consommateurs en triphasé.

Les onduleurs sinusoïdaux bidirectionnels Steca Xtender (C) peuvent être employés aussi bien en mode monophasé qu‘en mode triphasé. Il est possible de monter en parallèle jusqu’à trois appareils par phase. Au total, une puissance maximale de 24 kW est disponible pour chaque phase. Cette valeur est donc à multiplier par trois en fonctionnement triphasé (72 kW). Les générateurs diesel (G) peuvent produire une puissance d’environ 100 kilowatts, tandis que les onduleurs réseau (B) peuvent produire une puissance maximale de 70 kilowatts. Ainsi, il est possible d‘alimenter des consommateurs jusqu‘à 70 kilowatts. La puissance des onduleurs réseau pour chaque phase ne doit pas dépasser la puissance nominale du/des Steca Xtender sur la phase respective.



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