Utilisation du réseau basse tension

Utilisation du réseau basse tension

Batterie au vanadium 

La batterie redox installée sur site vient de l’entreprise Guildemeister. Cette batterie a une capacité de 10 kW-40 kWh. Le rendement d’une telle batterie est supérieur à 80 %.
Le fonctionnement d’une batterie à vanadium est basé sur un principe chimique appelé l’oxydoréduction, soit une réaction chimique provoquant un échange d’électrons.
Elle se compose de deux réservoirs, l’un contenant une solution négative et l’autre une solution positive. La solution négative est chargée en électrons (V3+ et V2+) et à l’inverse la solution positive est pauvre en électrons (V5+ et V4+).
Entre ces deux réservoirs se trouvent des cellules partagées en deux par des membranes séparant les solutions positives et négatives tout en permettant un échange d’ions hydrogènes. Dans chacune des moitiés de ces cellules est placée une électrode qui a la faculté de conduire les électrons et par conséquent de créer un courant électrique.

Régulateurs

Les panneaux solaires sont connectés à deux régulateurs Studer Innotec de type VarioString-120. Chacun de ces régulateurs possède deux entrées qui peuvent être, soit indépendantes soit connectées en série ou en parallèle. Le rendement de ces appareils n’est pas influencé par le mode de fonctionnement de ceux-ci.
De tels régulateurs sont intéressants, car ils permettent de valoriser au maximum la production électrique faite par les panneaux solaires. En effet, ils sont munis d’un système MPPT (Maximum Power Point Tracking) qui permet d’obtenir la puissance maximale possible.

SMA Sunny Island

L’onduleur Sunny Island de chez SMA est connecté à la chaîne énergétique comprenant la batterie redox ainsi que le système de production solaire. Le modèle installé est le SI4048. Ce modèle n’existant plus chez le fournisseur, le rendement utilisé pour la simulation est de 96 %. Cette valeur vient du site internet du fournisseur  et correspond à l’onduleur se rapprochant le plus de celui installé soit le modèle SI 6048-US. Le seul paramètre utilisé pour la simulation sera ce rendement donc le fait que ce modèle ne soit pas le même que celui installé n’a que peu d’impact.
Notons que trois de ces onduleurs sont connectés en série afin d’obtenir en sortie une ligne de 230 V triphasée pouvant être connectée au réseau.

Station-service

La station-service du futur présente sur le site de la STEP de Martigny permet de recharger les véhicules électriques, mais aussi les véhicules roulant à hydrogène.
Les véhicules électriques peuvent être chargés soit directement par le réseau en 230 VAC ou en 500 VDC.
La recharge des véhicules en hydrogène n’est pas aussi simple. En effet, la pression d’injection de l’hydrogène peut varier en fonction des véhicules. Afin de satisfaire tous les clients potentiels, de l’hydrogène à 350 ou à 700 bars est disponible sur le site de la STEP. Notons quand même que la major partie des véhicules se rechargent avec de l’hydrogène à 700 bars.

Optimisation du système

Une fois le système modélisé et validé, l’optimisation de celui-ci a pu être envisagé. Avant de commencer la phase d’optimisation du système, il a été nécessaire d’avoir une discussion avec le mandant du projet, afin de définir clairement le but principal de celle-ci ainsi que déterminer l’importance du chauffage pouvant être apporté au bâtiment par les piles à combustible.
Les conclusions de cette discussion permettent de définir le but principal qui sera de minimiser la quantité d’électricité injectée et soutirée du réseau basse tension. De plus, les apports de chauffage provenant des piles à combustible n’étant de toute façon pas suffisants à couvrir les besoins, ils ne sont pas prioritaires.
Au vu des différents composants contenus dans le système global, les seuls pouvant être pilotés sont les piles à combustible. En effet, les piles à combustible peuvent fonctionner entre 30 % et 100% de leur capacité (elles ne peuvent pas s’éteindre complètement).
Avant d’optimiser le système, un niveau de décharge minimum de la batterie doit être défini afin d’avoir la réserve nécessaire pour combler l’appel de puissance demandé par un consommateur venant s’ajouter au système. Cette réserve va permettre d’assurer le temps que les piles à combustible prennent le relais.

Table des matières

1 Introduction
2 Objectifs
3 Schéma de principe du système global
4 Composants principaux du système
4.1 Batterie au vanadium
4.2 Pile à combustible
4.3 Installation solaire photovoltaïque
4.4 Régulateurs
4.5 Onduleurs
4.6 Charge
4.7 Autres
5 Données à disposition 
5.1 Données météorologiques
5.2 Mesures effectuées sur la batterie à vanadium
6 Modélisation du système
6.1 Production solaire
6.2 Batterie
6.3 Onduleur SI
6.4 SOFC
6.5 Demande en électricité
6.6 Utilisation du réseau basse tension
6.7 Système global
7 Validation des différents blocs
7.1 Production solaire
7.2 Système comprenant la batterie et l’onduleur SI
7.3 SOFC
7.4 Demande en électricité
7.5 Utilisation du réseau basse tension
7.6 Système global
8 Optimisation du système
8.1 Fonctionnement de la pile à combustible
8.2 Validation des modifications effectuées
9 Résultats obtenus
9.1 Simulation simple
9.2 Simulation optimisée
9.3 Bilan
10 Améliorations possibles
11 Conclusion 

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