Quels sont les composants d'un système photovoltaïque raccordé au réseau ?

Le système photovoltaïque raccordé au réseau (système photovoltaïque en réseau) est un système qui relie le système solaire photovoltaïque au réseau électrique. En tant que méthode de production d'énergie renouvelable, qui dépend des conditions naturelles, le système photovoltaïque raccordé au réseau nécessite une technologie qui n'est pas familière à la plupart des gens. Cet article vous présentera donc les types et les composants d'un système photovoltaïque raccordé au réseau, l'onduleur raccordé au réseau et d'autres questions relatives au système photovoltaïque raccordé au réseau.

Types de systèmes photovoltaïques connectés au réseau

Les systèmes photovoltaïques connectés au réseau comprennent les systèmes distribués connectés au réseau et les systèmes centralisés connectés au réseau.

Distribué et connecté au réseau

Le dispositif de production d'électricité photovoltaïque distribuée est un dispositif de production d'électricité installé sur le côté de l'utilisateur par l'utilisateur. Il résout principalement le problème de la consommation d'énergie à proximité de l'utilisateur, réduit la dépendance à l'égard de l'alimentation électrique du réseau, et réalise ensuite la compensation et la transmission de la différence d'alimentation électrique par le biais de la connexion au réseau. En d'autres termes, l'électricité émise pendant les journées ensoleillées est également transmise au réseau en plus de sa propre utilisation. Lorsque l'électricité autoproduite (y compris l'électricité contenue dans la batterie) n'est pas suffisante, de l'électricité est introduite dans le réseau pour une utilisation supplémentaire. Certaines centrales photovoltaïques distribuées n'ont pas de batteries et utilisent le réseau pour fournir de l'électricité lorsque l'énergie photovoltaïque est insuffisante.

Les modules photovoltaïques de l'énergie photovoltaïque distribuée sont généralement construits sur la surface des bâtiments, ce qui réduit efficacement l'empreinte des centrales photovoltaïques. La capacité des dispositifs de production d'électricité photovoltaïque distribuée n'est généralement pas élevée (10 kW à 20 kW), de sorte que l'exploitation est flexible et qu'elle peut également fonctionner indépendamment du réseau électrique en cas de besoin. La connexion au réseau distribué est désormais couramment utilisée dans les systèmes d'énergie solaire domestiques, tels que le système de stockage domestique par batterie solaire... Vous pouvez également lire des instructions détaillées sur les sujets suivants comment construire un système de stockage de l'énergie solaire dans notre site web.

Centralisée et connectée au réseau

Le système photovoltaïque centralisé connecté au réseau est une centrale photovoltaïque à grande échelle construite en utilisant des zones désertiques et des ressources d'énergie solaire relativement stables. Après avoir combiné de nombreux modules photovoltaïques avec des onduleurs, on obtient un courant alternatif triphasé de 380 V, qui est ensuite connecté au réseau de transmission à haute tension par le biais d'un transformateur de puissance.

Le système centralisé de production d'électricité photovoltaïque raccordé au réseau a une grande envergure, un rendement relativement stable et une grande efficacité de production d'électricité. Il peut ajuster le pic de consommation d'énergie pendant la journée lorsque la capacité de production d'énergie photovoltaïque est élevée. Le contrôle centralisé peut facilement effectuer le contrôle de la puissance réactive, le contrôle de la tension et la régulation de la fréquence du réseau électrique. L'inconvénient est que des lignes de transmission longue distance peuvent être nécessaires pour accéder au réseau ; la technologie de combinaison et de gestion de convertisseurs multiples n'est pas encore au point. La connexion centralisée au réseau est généralement utilisée par les grandes centrales solaires des gouvernements, des entreprises et des organisations.

Les composants d'un système photovoltaïque raccordé au réseau

Dans une grande centrale photovoltaïque connectée au réseau, le réseau de modules solaires photovoltaïques utilise ses caractéristiques photoélectriques pour convertir l'énergie solaire en énergie électrique, qui est produite sous forme de courant continu, convertie en courant alternatif triphasé avec une tension inférieure par un onduleur triphasé (DC-AC), puis convertie en courant alternatif qui répond aux exigences de tension du réseau public par le biais d'un transformateur de suralimentation et connectée au réseau public.

Panneaux photovoltaïques

Grâce à un certain nombre de composants photovoltaïques, les modules photovoltaïques sont assemblés mécaniquement et électriquement d'une certaine manière, et une structure de support fixe est composée d'une unité de production d'énergie à courant continu. Lors de la conception d'un système de production d'énergie photovoltaïque, le mode d'installation du réseau de modules photovoltaïques a une grande influence sur la quantité totale de rayonnement solaire reçue par le système, ce qui affecte la capacité de production d'énergie du système de production d'énergie photovoltaïque. Il existe deux types d'installation de panneaux photovoltaïques : les panneaux fixes et les panneaux suiveurs.

Boîte de convergence

Dispositif de câblage pour assurer une connexion ordonnée et une fonction de convergence des modules photovoltaïques. Le dispositif peut garantir que le système photovoltaïque est facile à séparer du circuit lors de la maintenance et de l'inspection, et réduire l'ampleur de la coupure de courant en cas de défaillance du système photovoltaïque.

Boîte de distribution DC

Le boîtier de distribution CC est principalement connecté à la sortie du câble CC du boîtier de convergence, puis à l'onduleur connecté au réseau. Le boîtier de distribution d'énergie contient des disjoncteurs d'entrée CC, des protections contre les fuites, des diodes antireflets, des protections contre la foudre photovoltaïque et d'autres composants importants, qui garantissent que le système n'est pas endommagé par les fuites, les courts-circuits, les surcharges et la foudre, et assurent efficacement le fonctionnement de l'équipement de charge, tout en facilitant l'exploitation et la maintenance par le client.

Onduleur connecté au réseau

Dispositif qui convertit le courant continu en courant alternatif. Comprend le contrôle de la tension, l'alimentation interne, l'amplification des erreurs, le dispositif d'autoprotection, etc. En fonction de la présence ou non d'un transformateur, on distingue les onduleurs sans transformateur et les onduleurs avec transformateur. Le rendement maximal des onduleurs sans transformateur est de 98,5%. Pour les onduleurs avec transformateur, l'efficacité maximale est de 97,1%.

Boîte de distribution CA

Le coffret de distribution CA fournit une interface connectée au réseau pour l'onduleur par le biais de la distribution de l'énergie. Il est actionné par des disjoncteurs. Il contient un parafoudre du côté du réseau et est équipé d'une interface connectée au réseau pour l'onduleur du compteur de production d'énergie et d'un ampèremètre de tension CA.

Câbles AC/DC

Les câbles CC comprennent : la boîte à douilles vers l'armoire de distribution de protection contre la foudre CC ; l'armoire de distribution de protection contre la foudre CC vers l'onduleur connecté au réseau. Les câbles CA comprennent : l'onduleur connecté au réseau vers l'armoire de distribution de protection contre la foudre CA ; l'armoire de distribution de protection contre la foudre CA vers le transformateur d'appoint ; le transformateur d'appoint vers le point d'accès au réseau. Viii. Les dispositifs de surveillance et de communication assurent les fonctions de contrôle du fonctionnement de l'équipement de production d'électricité, de la collecte et de la maintenance des données et des pannes de la centrale électrique, et coordonnent le dispatching du réseau électrique pour améliorer le niveau d'automatisation, la sécurité et la fiabilité des centrales électriques, et contribuer à réduire l'impact de la production d'électricité photovoltaïque sur le réseau électrique. La structure distribuée hiérarchique est adoptée dans l'architecture du système de supervision et de contrôle.

L'onduleur du système photovoltaïque connecté au réseau

L'onduleur raccordé au réseau est le composant central et la technologie clé du système de production d'énergie photovoltaïque raccordé au réseau. Il peut convertir le courant continu des panneaux photovoltaïques en courant alternatif.

En général, outre la conversion du courant, les onduleurs connectés au réseau ont également les fonctions suivantes :

(1) Commutateur automatique. En fonction des conditions d'ensoleillement du lever au coucher du soleil, le potentiel de la puissance de sortie de la matrice photovoltaïque est maximisé pour réaliser un démarrage et un arrêt automatiques dans cette plage.

(2) Suivi du point de puissance maximale (MPPT). Dans des conditions de température extérieure et d'intensité d'illumination solaire différentes, le réseau photovoltaïque peut maintenir la puissance maximale de sortie dans la mesure du possible.

(3) Supprimer l'afflux de courant harmonique élevé dans le réseau électrique et réduire l'impact sur le réseau électrique.

(4) Empêcher le fonctionnement d'îlots isolés. Une coupure de courant s'est produite à l'emplacement du système, mais la tension de sortie de l'onduleur n'a pas changé parce que la production d'énergie photovoltaïque a continué à fournir de l'électricité. À ce stade, la coupure de courant ne peut pas être détectée normalement, une fois que l'appel revient, elle peut provoquer un accident, cette situation est appelée fonctionnement en îlot. Pour protéger le personnel de l'équipement contre les blessures, l'onduleur connecté au réseau doit être doté de cette fonction.

(5) Ajustement automatique de la tension. Étant donné qu'un grand nombre de systèmes solaires photovoltaïques sont connectés au réseau électrique, l'énergie électrique excédentaire du système solaire photovoltaïque sera envoyée au réseau électrique en même temps les jours ensoleillés, ce qui augmentera la tension du réseau électrique et entraînera une baisse de la qualité de l'alimentation électrique. Afin de maintenir la tension du réseau électrique à un niveau normal, la tension de sortie de l'onduleur connecté au réseau doit être empêchée d'augmenter automatiquement pendant le fonctionnement. Toutefois, dans le cas d'un système solaire photovoltaïque de faible capacité, il n'y a pratiquement pas d'augmentation de la tension, de sorte que cette fonction est généralement omise.

(6) Dépannage des conditions anormales et arrêt du fonctionnement. Lorsque le réseau électrique ou l'onduleur du système est défectueux, identifiez l'anomalie à temps et commandez l'arrêt de l'onduleur.

Conditions pour un système photovoltaïque connecté au réseau

Pour réaliser la connexion au réseau, il faut tout d'abord que la séquence des phases des deux côtés de la connexion au réseau soit la même, et que la tension, la phase et la forme d'onde soient aussi cohérentes que possible, notamment : la tension de sortie de l'onduleur connecté au réseau est égale à la tension du réseau électrique, et la différence de pression doit être inférieure à 10% ; la fréquence de sortie de l'onduleur connecté au réseau est la même que celle du réseau électrique, et la différence de fréquence n'est pas supérieure à 0.La tension de sortie de l'onduleur connecté au réseau est la même que celle du réseau électrique, et la différence de phase doit être cohérente dans la mesure du possible. Par conséquent, contrairement aux onduleurs ordinaires, les onduleurs connectés au réseau doivent contrôler la fréquence, la tension, le courant, la phase, la puissance active et réactive, ainsi que la qualité de l'énergie du courant alternatif converti, de sorte que la tension et la fréquence du courant alternatif converti soient cohérentes avec la tension et la fréquence du courant alternatif du réseau électrique.

Influence du système photovoltaïque connecté au réseau sur le réseau électrique

La production d'électricité solaire photovoltaïque étant une énergie à faible densité énergétique, à faible stabilité et à faible capacité de régulation, la production d'électricité est fortement influencée par les conditions météorologiques et la région. La production d'électricité connectée au réseau aura un certain impact sur la sécurité, la stabilité, le fonctionnement économique et la qualité de l'alimentation du réseau électrique. L'ampleur de cet impact n'est pas encore claire. En effet, il n'existe actuellement aucun modèle mathématique du système de production d'électricité photovoltaïque dans le calcul du flux d'énergie et de la stabilité du réseau électrique. Nous savons que l'électricité ne peut pas être stockée à grande échelle à bon marché à l'heure actuelle, et qu'elle ne le sera pas non plus dans un avenir prévisible. L'application de la production d'électricité photovoltaïque est donc limitée par des facteurs physiques, mais aussi par des contraintes géographiques. Mais avec le développement de la technologie et du marché, lorsque la quantité d'électricité en ligne produite par l'énergie photovoltaïque sera d'un ordre de grandeur comparable à celui des centrales thermiques, des centrales hydroélectriques, des centrales nucléaires et des autres centrales électriques et qu'elle deviendra une partie non négligeable du réseau électrique, la production d'énergie photovoltaïque s'ajoutera au mode de production d'énergie existant et apportera des avantages sur le plan de la technologie, de l'économie, de la politique et de l'environnement pour le réseau, avec les questions suivantes :

1. Impact des pics et des creux de charge sur le réseau électrique. Étant donné que le système photovoltaïque raccordé au réseau n'a pas la capacité de réguler les pics et la fréquence, il aura un impact sur les pics de charge précoces et les pics de charge tardifs du réseau électrique. Étant donné que l'augmentation de la capacité de production d'électricité du système photovoltaïque connecté au réseau ne peut pas réduire la propriété ou la redondance des groupes électrogènes dans le système électrique, le réseau électrique doit préparer des groupes de rechange rotatifs correspondants pour le système de production d'électricité photovoltaïque afin de résoudre le problème de l'ajustement des pointes en début et en fin de période de pointe. Le système de production photovoltaïque connecté au réseau fournit de l'énergie au réseau au prix d'une diminution du nombre d'heures d'utilisation de l'unité. Ce n'est évidemment pas ce que souhaitent les producteurs d'électricité.
2. Variation diurne. Décalage horaire entre l'est et l'ouest et changement saisonnier sur le réseau électrique. En raison de la périodicité de la lumière solaire et de la charge, l'augmentation de la capacité de production photovoltaïque connectée au réseau ne réduit pas la demande de capacité pour le réseau installé.
3. Changements dans les conditions météorologiques. Lorsque la production d'électricité photovoltaïque sur toiture raccordée au réseau dans une ville atteint une certaine ampleur, le réseau fournira suffisamment d'unités de réserve rotatives régionales et de capacité de compensation de la puissance réactive pour le système de production d'électricité photovoltaïque raccordé au réseau afin de contrôler et d'ajuster la fréquence et la tension du système en cas de changement significatif de la géographie et de la météorologie. Dans ce cas, la sécurité et la stabilité du réseau électrique seront garanties au prix d'un mode de fonctionnement économique.
4. Transmission d'énergie photovoltaïque sur de longues distances. Lorsque la production d'électricité à partir de systèmes photovoltaïques raccordés au réseau deviendra économiquement et techniquement possible pour transmettre l'énergie sur de longues distances, elle posera de nouveaux problèmes de stabilité au réseau électrique à courant alternatif en raison de l'absence de régulateur à inertie rotatif et de système d'excitation. Si la production d'électricité à partir de systèmes photovoltaïques connectés au réseau devient importante et adopte la transmission d'électricité à haute tension en courant alternatif et en courant continu, elle entraînera des problèmes de stabilité et des problèmes économiques pour le système à courant alternatif. (Les lignes de transmission spécialement utilisées pour la production d'électricité à partir de systèmes photovoltaïques raccordés au réseau constitueront des contraintes pour l'utilisation de l'énergie solaire du désert en raison de leur faible efficacité. Les lignes de transmission utilisées pour transférer l'énergie des systèmes de production d'énergie photovoltaïque connectés au réseau, ou des deux, ne sont pas rentables en raison des faibles taux de charge.) Les centrales électriques photovoltaïques connectées au réseau doivent être équipées d'un régulateur automatique de tension réactive, qu'il s'agisse d'une transmission à haute tension en courant alternatif ou en courant continu. En ce qui concerne l'influence sur la stabilité du réseau électrique, il n'existe pas de modèle mathématique (y compris le modèle d'alimentation électrique et le modèle de charge) pour la production d'énergie photovoltaïque dans le calcul de la stabilité du réseau électrique. L'impact de la production d'électricité photovoltaïque connectée au réseau sur la sécurité et la stabilité du fonctionnement du réseau n'est pas clair.
5. Réduction de la consommation. L'un des principaux avantages de la production d'électricité à partir de systèmes photovoltaïques connectés au réseau est qu'elle peut remplacer la consommation de combustibles fossiles. Étant donné que la production d'électricité à partir de systèmes photovoltaïques raccordés au réseau augmente la réserve de rotation ou la réserve thermique du générateur de la centrale électrique, le ratio de réduction de la consommation réelle de la production d'électricité à partir de systèmes photovoltaïques raccordés au réseau doit déduire l'énergie perdue par l'unité de réserve de rotation ou l'unité de réserve thermique. La réduction du rendement de la production d'électricité à partir d'un système photovoltaïque raccordé au réseau doit tenir compte de la perte de rendement causée par la réduction du nombre d'heures d'utilisation des unités de la société de production d'électricité en raison de la puissance fournie par le système de production d'électricité à partir d'un système photovoltaïque raccordé au réseau.
6. Protection de l'environnement. Il reste à déterminer si l'effet de réduction des émissions apporté par la production d'électricité photovoltaïque doit uniquement prendre en compte le dioxyde de soufre et le dioxyde de carbone émis par la production d'électricité thermique. En effet, lorsque la production d'électricité du système photovoltaïque raccordé au réseau est connectée au réseau, le réseau électrique prend également en compte la sécurité, la stabilité et le fonctionnement économique du réseau, et réduit souvent la production des centrales thermiques, mais pas seulement. Par conséquent, lorsque l'on considère la réserve de rotation, ce ne sont pas seulement les centrales hydroélectriques qui entreprennent la tâche de réserve de rotation (les centrales hydroélectriques perdent également de l'énergie hydraulique lorsqu'elles entreprennent la tâche de réserve de rotation). Par conséquent, lors de l'examen de la contribution à la réduction des émissions du système de production d'électricité du système photovoltaïque raccordé au réseau, un coefficient inférieur à un doit être multiplié avant la valeur théorique. L'effet des économies d'énergie et de la réduction des émissions n'est pas aussi optimiste que la plupart des gens le pensent.