Étude de simulation de gestion d'énergie pour les systèmes photovoltaïques et de stockage d'énergie domestiques
Alors que la crise énergétique mondiale s'aggrave et que la pollution environnementale devient de plus en plus sévère, les gouvernements du monde entier augmentent leur soutien à la R&D dans le domaine de la production d'énergie nouvelle. L'utilisation domestique de la génération distribuée solaire, une direction clé pour la prochaine phase de l'industrie photovoltaïque, a suscité un intérêt croissant. Cependant, des problèmes tels que les fluctuations de puissance des composants PV et la rationalité de l'intégration des unités de stockage d'énergie peuvent affecter sérieusement l'utilisation domestique de l'électricité. Ainsi, pour coordonner un flux d'énergie stable entre les unités du système et assurer un fonctionnement fluide, une stratégie de gestion de l'énergie est nécessaire pour équilibrer l'offre et la demande. Ce document, basé sur les systèmes de stockage d'énergie photovoltaïque domestiques, étudie la gestion de l'énergie afin de permettre un fonctionnement stable et de fournir une base théorique pour les applications pratiques de l'énergie propre.
1 Analyse de la structure du système et de l'algorithme de gestion de l'énergie
La topologie du système de stockage d'énergie photovoltaïque domestique étudié (Figure 1) comprend des modules PV, des batteries de stockage au lithium-ion, des convertisseurs de puissance, le réseau et les charges des utilisateurs. La sortie des modules PV forme une tension de bus DC commune via un convertisseur Boost. Les batteries au lithium-ion se connectent à ce bus via un convertisseur Buck-Boost. Le bus DC alimente ensuite le réseau monophasé ou fournit indépendamment les charges via un onduleur à pont complet.
Le système privilégie "la production et la consommation propres". La sortie des modules PV, en tant que source d'énergie principale, répond d'abord aux charges des utilisateurs. Le surplus/déficit de puissance PV est équilibré par les batteries au lithium (source secondaire) ; si les PV et les batteries atteignent leurs limites, le réseau (source tertiaire) assure un approvisionnement stable.
Pour la sortie PV, le SOC de la batterie et la puissance de charge-décharge : Si PPV < PPV-min, le convertisseur Boost s'arrête (pas de sortie de puissance) ; sinon, il fonctionne. Les batteries arrêtent de se charger lorsque le SOC > 90 % et de se décharger lorsque le SOC < 10 %. Pbat s'ajuste dynamiquement avec PPV et Pload, variant de 0 à la puissance maximale de charge de la batterie. Pour éviter des oscillations fréquentes de charge-décharge, l'état du cycle suivant dépend de l'état de la batterie du cycle précédent, empêchant des changements fréquents de mode de fonctionnement du système.
Sur cette base, un algorithme de gestion de l'énergie pour les systèmes de stockage d'énergie photovoltaïque domestiques est proposé, comme illustré à la Figure 2.
2 Analyse des modes de fonctionnement du système et du flux d'énergie
Guidé par l'algorithme de gestion de l'énergie, le fonctionnement du système se divise en modes indépendants et raccordés au réseau, chacun étant subdivisé comme suit :
2.1 Fonctionnement indépendant (par l'énergie principale)
Il existe deux sous-modes, définis par la source d'énergie qui contrôle le bus DC :
2.2 Fonctionnement raccordé au réseau (par l'état de l'onduleur)
Divisé selon que l'onduleur est en inversion ou en redressement :
2.3 Limites des modes et coordination
Les conditions de déclenchement des 4 sous-modes et la coordination des équipements sont détaillées dans le Tableau 1 (à ajouter). Grâce au basculement dynamique de la puissance "PV - batterie - réseau" et au contrôle adaptatif des convertisseurs Boost/Buck-Boost et de l'onduleur, le système permet un flux d'énergie efficace dans "production - stockage - consommation", couvrant tous les besoins en énergie domestique (hors réseau, raccordé au réseau, d'urgence, etc.).
La figure 3(a) montre la forme d'onde pour le Mode 1 : sortie PV = 4,8 kW, charge = 3 kW. Le module PV fournit 240 Vdc ; le convertisseur Boost stabilise le bus DC à 480 Vdc. L'onduleur fonctionne en inversion indépendante (220 Vac pour les charges), et le Buck-Boost fonctionne en mode Buck (1,8 kW pour charger la batterie). Formes d'onde (de haut en bas) : courant de sortie PV, tension du bus DC, tension de sortie de l'onduleur, et courant de charge de la batterie.
La figure 3(b) correspond au Mode 2 : sortie PV = 5 kW (batterie pleine, donc Buck-Boost est hors service). Charge = 3 kW ; l'onduleur utilise l'inversion raccordée au réseau pour maintenir le bus DC à 480 Vdc, alimentant l'excédent d'énergie au réseau (9 A, synchronisé avec la tension du réseau). Formes d'onde : courant de sortie PV, tension du bus DC, tension de sortie de l'onduleur, et courant raccordé au réseau.
La figure 3(c) montre le Mode 3 : le module PV atteint ses limites (pas de sortie, Boost hors service). L'unité de stockage d'énergie alimente le système ; le Buck-Boost fonctionne en mode Boost (bus DC = 480 Vdc). L'onduleur utilise l'inversion indépendante (220 Vac pour 3 kW de charges). Formes d'onde : courant de décharge de la batterie, tension du bus DC, et tension de sortie de l'onduleur. La figure 3(d) présente le Mode 4 : les PV et le stockage d'énergie atteignent leurs limites (pas de sortie). Le réseau alimente les charges (3 kW) et charge la batterie ; l'onduleur utilise le redressement raccordé au réseau (bus DC = 480 Vdc).
3. Conclusion (Maintenance des lampadaires)
La maintenance actuelle des lampadaires urbains a des lacunes. Pour améliorer, se concentrer sur quatre domaines :
Ces mesures amélioreront l'efficacité de la gestion des lampadaires, soutenant les opérations des villes intelligentes et le développement durable.
