Les systèmes de stockage équilibrent l'énergie solaire

Dans le cadre du projet Smart Grid Solar, le Centre bavarois de recherche appliquée sur l'énergie teste la manière dont les dispositifs de stockage peuvent aider à équiper les réseaux locaux pour la fourniture accrue d'électricité solaire. Les contrôleurs de WAGO assurent une communication sécurisée entre les systèmes individuels et le centre de contrôle.

L'intégration du courant provenant de sources fluctuantes dans les réseaux basse tension est l'un des plus grands défis de la transition énergétique. Le Centre bavarois de recherche appliquée sur l'énergie (ZAE Bayern), en collaboration avec des partenaires scientifiques et industriels, a lancé un essai sur le terrain dans la petite ville d'Arzberg, en Haute-Franconie, qui devrait apporter des solutions. « Comment est-il possible de relier un grand nombre de panneaux photovoltaïques au réseau local sans expansion coûteuse de ce dernier? Comment sera-t-il possible d'exploiter les réseaux locaux de manière sûre et efficace à l'avenir, lorsque des systèmes d'énergie renouvelable encore plus nombreux fourniront de l'électricité? » Telles sont deux des questions à l'origine du projet, selon le chef de projet Philipp Luchscheider de ZAE Bayern.

Pour obtenir des réponses, les chercheurs ont établi un centre d'essai de réseau intelligent dans le quartier Schlottenhof d'Arzberg. Outre des modules photovoltaïques d'une puissance de crête totale d'environ 50 kilowatts, l'installation comprend trois batteries à flux redox comme tampons à court terme, ainsi qu'un système d'électrolyse avec un réservoir d'hydrogène et une pile à combustible pour le stockage à long terme. Un câble de descente relie le champ d'essai au réseau local de Schlottenhof. L'endroit offre les meilleures conditions pour le projet, car de nombreux ménages exploitent des panneaux solaires et certains sont équipés d'unités de stockage résidentielles. Le test se terminera à la fin de l'année.

« Pour équilibrer les fluctuations de la production et atténuer les pics d'approvisionnement, les dispositifs de stockage à court et à long terme doivent coopérer intelligemment. Cela implique de tenir compte des prévisions météorologiques et de la consommation prévue », explique Luchscheider. Ces tâches sont effectuées au niveau du contrôle à l'aide d'un puissant serveur ; le centre de contrôle lui-même est situé dans un bureau préfabriqué à la périphérie du centre de test. L'ordinateur génère des instructions, à l'aide de simulations et de modèles mathématiques, qu'il transmet ensuite aux dispositifs de stockage sous forme de signaux.

À quoi ressemble un tel contrôle? Par exemple, lors d'une journée ensoleillée, les unités de stockage résidentielles commencent à se charger un peu plus tard dans la journée plutôt qu'au début de la matinée. Cela permet de s'assurer qu'elles ont encore de la capacité libre lorsque les panneaux solaires atteignent leur production maximale. Les propriétaires des dispositifs de stockage ne voient aucun changement – les batteries sont toujours chargées lorsqu'ils ont besoin d'électricité le soir. Le serveur calcule le moment optimal pour la consommation d'énergie sur la base des données du réseau et du système, ainsi que des prévisions météorologiques et de charge.

« La qualité et la disponibilité des données sont d'une importance capitale pour le succès de notre essai sur le terrain », souligne Luchscheider. C'est la raison pour laquelle ZAE a organisé la communication entre les différents composants et le centre de contrôle à l'aide d'un contrôleur WAGO PFC200. « Le produit WAGO est extrêmement fiable. Nous n’avons jamais eu de problème », explique Luchscheider. De plus, le contrôleur garantit aux chercheurs une flexibilité maximale pour la configuration de leurs tests sur le terrain. « La solution de WAGO nous permet de relier les différents systèmes et agrégats sans limites, en raison des nombreuses entrées différentes », explique le chef de projet. Les modules de mesure de puissance triphasés de WAGO sont utilisés pour mesurer la tension, le courant et l'angle de phase. Les données sont échangées via Internet à l'aide de GSM et DSL. « Il y a très peu de fabricants qui offrent tout cela », dit Luchscheider.

Les chercheurs ont également bénéficié de la flexibilité du PFC200 en matière de programmation. « Les contrôleurs de WAGO sont capables de traiter les données en utilisant notre langage de programmation préféré : R. C'est important pour nous, car nous pouvons utiliser le même Code pour développer nos modèles et pour les contrôleurs. Cela nous permet de gagner du temps et d'éviter les erreurs lors du portage. » Le transfert de données entre les contrôleurs et les serveurs utilise le protocole MQTT, « qui est très efficace et offre des avantages supplémentaires lors de la configuration », explique Luchscheider.

L'ouverture garantie par les composants de WAGO et la plateforme de contrôle donne aux chercheurs la possibilité de développer des scénarios supplémentaires et de tester de nouveaux algorithmes. « Pour cela, nous aurons besoin de nouveaux matériels que nous pourrons tester dans des situations ou des projets industriels et intégrer dans le système », explique Luchscheider. Le centre de test, que le ZAE continuera d'exploiter à l'avenir, disposera également d'un espace pour d'autres nouvelles technologies qui doivent être préparées pour le réseau intelligent.

Certains des régulateurs sont montés directement sur les panneaux solaires, afin que les scientifiques puissent tester le comportement des différents modules et dispositifs en matière d'alimentation dans différentes conditions météorologiques. Très peu protégés par les modules, ces régulateurs sont exposés au vent, à la pluie, à la neige, au gel et à la chaleur. La technologie n'a connu aucun problème. « Nous n'avons pas perdu une seule valeur mesurée depuis le début du projet. Les contrôleurs sont parfaitement adaptés à une utilisation en extérieur », se réjouit Luchscheider.

Comme c'est le cas dans de nombreuses autres villes, communautés et villages ruraux, Schlottenhof produit également une grande partie de l'électricité qu'il consomme. La possibilité de fournir du courant photovoltaïque de manière ciblée présente donc un énorme potentiel pour l'avenir. ZAE Bayern et ses partenaires dans le projet de recherche contribuent à la vision d'un approvisionnement énergétique décentralisé et respectueux du climat à Schlottenhof et ailleurs, sans qu'il soit nécessaire de procéder à une extension coûteuse du réseau local.

Texte : Heiko Tautor, WAGO

Photo : Kurt Fuchs, ZAE Bayern; Ralph Diermann