Les systèmes photovoltaïques raccordés au réseau

On peut distinguer deux types de réseaux : le réseau interconnecté et les mini-réseaux ou réseaux isolés. Dans chacun des cas, le stockage d’électricité est envisageable. Les bénéfices apportés par la présence d’unités de stockage dépendront directement de leur mode d’utilisation de leur implantation dans le réseau.



Le réseau interconnecté

L’implantation de champs PV dans le réseau interconnecté peut se faire sans besoin particulier de stockage. Le réseau assure la fourniture à l’usager en cas de déficit de la production photovoltaïque. L’excédent peut être réinjecté sur le réseau et racheté à des tarifs garantis et avantageux.

Cette intégration peut se faire au niveau des lignes de distribution (réseau basse tension). Cependant, un déploiement local très concentré peut engendrer des perturbations et générer des écarts de tension ou de fréquence du signal alternatif. Les générateurs photovoltaïques sont alors déconnectés permettant de compenser les déséquilibres occasionnés sur la ligne de distribution.



Des unités de stockage placées en certains noeuds du réseau participeront au réglage de la fréquence du signal à travers un équilibre « production - consommation » et à la qualité de tension afin qu’elle ne dépasse pas les marges opérationnelles.

On peut citer à titre d’exemple le projet d’intégration de générateurs PV en milieu urbain, à Ota City (Japon), financé par l’Organisation pour le Développement des Energies Nouvelles et Technologies Industrielles (NEDO).
En juin 2006, environ 550 systèmes domestiques composés d’un champ PV de 4 kW_crête et d’un stockage (batteries au plomb) d’une capacité d’environ 9 kWh ont été installés.

Lorsque la production photovoltaïque le permet, l’usager est alimenté par le champ PV. L’excédent de production est alors stocké dans les batteries. Le convertisseur de puissance (PCS) est télécommandé par un contrôleur qui régule la production selon la qualité de la ligne de distribution.

Le stockage utilisé ici est constitué de batteries au plomb. Cette technologie, comme nous le verrons par la suite, est très bien adaptée au stockage de faible capacité avec une utilisation quotidienne. Des technologies de batteries plus performantes pourraient être envisagées, comme les batteries au nickel. Néanmoins leur coût est bien plus élevé (de 300 à 650 €/kWh contre environ 150 €/kWh pour les batteries au plomb). Leur utilisation engendrera des dépenses supplémentaires, acceptables pour des installations nécessitant une grande fiabilité.

Les mini-réseaux ou réseaux isolés

Les réseaux isolés (par exemple, un réseau îlien) sont composés d’unités de production d’électricité (principalement des générateurs diesel) dont la puissance est comprise entre quelques centaines de kW et quelques dizaines de MW.
Parmi les générateurs renouvelables installés, les turbines éoliennes sont très fréquemment rencontrées. Cependant, l’intégration de générateurs photovoltaïques s’est fortement répandue ces dernières années.
L’énergie photovoltaïque ne peut généralement pas être entièrement absorbée. On limite la pénétration des sources renouvelables entre 15 et 30 % de l’énergie totale du réseau pour éviter tout risque de déséquilibre dû à l’intermittence de la source.

Une unité de stockage peut dans ce cas permettre une meilleure gestion de la ressource. En fiabilisant la production des générateurs renouvelables, leur taux de pénétration dans ce type de réseau pourra être augmenté.
On peut attendre des bénéfices supplémentaires au niveau des générateurs diesel. Pour maximiser leur rendement et leur durée de vie, ils doivent fonctionner autour de leur puissance nominale. La présence d’unités de stockage prenant en charge l’excédent d’énergie produit, autorisera alors ce mode de fonctionnement.

Au niveau du réseau, le stockage permet d’assurer le lissage de charge et l’écrêtage des pointes de puissance. Ces deux opérations sont caractérisées par des sollicitations différentes en terme de durée et de capacité énergétique.
Le lissage de charge peut intervenir sur une dizaine d’heures pendant lesquelles le stockage est sollicité sur une grande étendue de sa capacité. Les systèmes utilisés peuvent être des stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) ou des unités de stockage pneumatique (Compressed Air Energy Storage). Les puissances installées sont très importantes (quelques dizaines de MW) pour des capacités de plusieurs dizaines de MWh.
La réduction des pointes de puissance intervient pour des durées plus courtes, de l’ordre de quelques minutes. Les capacités mises en jeu sont plus faibles que dans le cas précédent. Le temps de réponse des unités de stockage doit dans ce cas être très rapide. Les technologies telles que les volants d’inertie et les supercapacités présentent cette caractéristique. Mais leur développement est encore relativement limité. Les batteries sont de même bien adaptées pour remplir cette fonction.