Stockage et courant continu
Le schéma ci-dessous montre la chaine de production, de stockage et d’appel de consommation du site. L’installation de PIERRE VERTE est unique en soi, puisque la production des 100 m² de photovoltaïque dispose de convertisseurs lui permettant à partir du courant continu produit par les panneaux, de produire soit directement du courant continu qui alimente sans transformation l’informatique et l’éclairage d’une importante partie du site, soit du courant alternatif (converti), pour alimenter les moteurs et équipements ne pouvant fonctionner autrement (CTA pompes, … et même l’aspirateur pour l’entretien). Donc nous ne sommes pas dans une installation traditionnelle, et il a été nécessaire de doubler les armoires selon le fonctionnement de ces équipements pour disposer sur les mêmes TGBT à la fois du courant continu et du courant alternatif. Par ailleurs, le surplus est réinjecté au réseau en courant alternatif (AC), à la suite de sa conversion. Le but a été de montrer la possibilité d’utiliser directement le courant continu (DC), produit par le PV, pour des équipements qui le permettent tel l’éclairage et l’informatique. Ces derniers disposent par obligation de blocs d’alimentation leurs assurant la conversion du réseau alternatif 220V (AC), en courant continu (DC), afin s’adapter en tension et ampérage le niveau nécessaire à chaque équipement (généralement 48 V DC pour l’éclairage LED, et 19 à 23 Volt DC pour l’informatique).
Si l’alternatif était une obligation jusqu’à nos jours compte tenu des très grandes distances à parcourir entre production (centrale atomique ou barrage), et utilisateur final, l’évolution de production de petite puissance, offerte par les centrales photovoltaïques, voire éoliennes, et le développement de site autonome consommant sur le lieu de production ou à proximité directe, permet de s’interroger sur le type de courant à mettre en œuvre. Le courant continu évitant ainsi la double conversion DC/AC – AC/DC peut redevenir très attractif : évitement de la perte de rendement due à la double conversion, utilisation de basse tension sans oscillation périodique plus favorable à la santé, voire à terme une fois le principe mature d’une réduction de la quantité de matériel et une baisse des coûts d’investissement, de maintenance et de remplacement, …). Ce principe peut favoriser le développement de bâtiments, autonomes comme d’îlots ou de quartiers autonomes.
PIERRE VERTE a développé ce principe novateur dans le cadre du projet de recherche ABCDE mené conjointement avec 4 laboratoires toulousains de l’Université Paul SABATIER (LAAS, LAPLACE, PHASE, CERTOP), ce qui lui a valu une reconnaissance nationale en étant Lauréat de l’appel à projets « Vers des bâtiments responsables à l’horizon 2020 » organisé par l’ADEME (Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie) en 2014.
Schéma du Monitoring de l’installation de Photovoltaïque et de stockage énergétique sur batteries de PIERRE VERTE
Le schéma ci-dessus montre un cas défavorable en matinée d’entrée d’hiver. La météo affiche 15°C et un flux solaire de 166W/m². La production photovoltaïque est de 4 414 W (sur un potentiel optimum de production instantanée de 20 500 à 21 000 W). Le PV est séparé en 5 réseaux, alimentant les 2 armoires de stockage au lithium. Une armoire reçoit une proportion importante de flux solaire (3 608 W), et l’autre est moins alimentée car une partie des capteurs sont encore ombrée (693 W). Les conditions d’implantation étant complexe, de nombreux masques solaires dus à l’environnement bâti et végétal du site réduisent la production selon l’heure et/ou la période de l’année.
Les batteries plombs et les armoires au lithium ayant assurées l’approvisionnement électrique la veille depuis la fin d’après-midi et la nuit, il reste 77% de stock sur les batteries plombs et les deux armoires au lithium sont en recharge et consomme une partie de la production PV (1 360 W). Le bâtiment est en pleine relance de consommations (arrivée des usagers, relance de la ventilation, l’éclairage, l’informatique, … la machine à café …), et appelle 7 932 W en alternatif pour les moteurs de CTA et autres équipement AC (pompes, armoires, régulateur, matériel…), et l’éclairage et l’informatique appelle 278 W seulement (plusieurs personnes sont encore devant la machine à café et non devant leur micro). Soit un maxi total de 8 180 W (qui est un maxi des appels de puissance du site, le talon bas étant inférieur à 2 000W). Le solde de production PV disponible est de 2 563 W (les batteries lithium étant en recharge), il est donc ponctuellement appelé sur le réseau électrique (géré par ENERCOOP), un complément ponctuel de 5 369 W.
À l’inverse, dès que l’ensoleillement augmente, que les batteries sont rechargées et que appels internes de puissance se stabilisent, le système s’inverse et le PV produit la totalité des besoins, de puissance, voire dès le début d’après-midi est capable de réinjecter le surplus sur le réseau. On note toutefois que durant cet épisode de forte consommation et faible production, le stock de puissance des batteries est à 77%. Un prélèvement complémentaire pourrait être réalisé sur celles-ci, en sachant que le seuil de décharge maxi est calé à 50% de la capacité, afin de leur conserver une grande durée de vie. Depuis janvier 2016 date de la mise en fonctionnement de l’installation de stockage, aucun incident n’est à déploré sur le stockage, et aucune batterie n’a nécessité de remplacement. Toutefois, nous sommes en cours d’optimisation de la structure de monitoring pour travailler les réglages et augmenter les plages de fonctionnement, car ici les batteries auraient dû augmenter leur temps de décharge pour réduire encore l’appel sur le réseau, sachant qu’en journée elles auraient pu augmenter leur temps de recharge, plutôt que de réinjecter de l’énergie (par ailleurs gratuitement), sur le réseau. Il y a encore des marges de performance à aller chercher au sein de l’installation.
Une journée sur le mois de mai montre le profil énergétique du site, entre énergie AC ou DC consommée, énergie produite par le PV, et énergie soutirée ou réinjectée au réseau. La consommation cumulée AC et DC représente environ 40 kWh et la production PV est proche de 66 kWh, la journée est positive de 26 kWh qui sont réinjectés au réseau.
Sur le bilan annuel 2022, la production PV a représenté 21 249 kWh soit 129.41% de la totalité des consommations de la première phase pour laquelle l’installation été prévue dont une autoconsommation de 94.04%. Cette production initiale prévue pour la seule première phase représente malgré tout 71.55% de la totalité des consommations du site pour l’ensemble des 2 phases (soit 2 000 m² de SDP), dont 52% en autoconsommation.
L’ajout prévu d’environ 100 m² supplémentaires en 2025 sur la salle de sport voisine (impossible d’implanter plus de surface sur la parcelle du fait de la ZPPAUP), permettra d’assurer la totalité de la couverture énergétique et de l’autonomie du site, ainsi que celle de la salle de sport précitée.
