Les énergies renouvelables sont de plus en plus populaires auprès des pays et les incluent dans leur réseau électrique national. C'est aussi de plus en plus un choix pour les petites communautés et pour les individus. La possibilité de produire sa propre électricité et de vivre sans dépendre du réseau électrique public est un choix viable pour beaucoup.
Systèmes d'alimentation hybrides peut intégrer et capter diverses formes d’énergie naturelle, notamment l’énergie solaire, éolienne et hydraulique, ainsi que se connecter à des générateurs autonomes et au réseau électrique public. Cet article explique le fonctionnement de ces systèmes et les choix disponibles.
Table des matières
La croissance du marché des systèmes électriques hybrides
Une introduction aux systèmes d’alimentation hybrides
Composants d'un système d'alimentation hybride
Comment sélectionner la bonne taille de système d'alimentation hybride
Réflexions finales
La croissance du marché des systèmes électriques hybrides
Les systèmes électriques hybrides deviennent de plus en plus populaires à travers le monde, pour les foyers qui voient la flexibilité et les économies liées à l'utilisation des énergies renouvelables afin de minimiser la dépendance à un réseau public de plus en plus coûteux.
Dans de nombreux pays, il existe un soutien gouvernemental et des avantages fiscaux pour les foyers qui utilisent des systèmes d'énergie renouvelable, et certains pays rachèteront l'électricité excédentaire aux utilisateurs lorsqu'elle est disponible.
Le marché mondial des systèmes d'alimentation hybrides était 2 milliards de dollars américains en 2022, et devrait connaître une croissance très positive Taux de croissance annuel composé (TCAC) de 10.4 %, de 2.4 milliards de dollars US en 2023 à environ 4 milliards de dollars US d’ici 2028. Les régions Europe et Asie-Pacifique affichent la plus forte croissance, comme le montre le tableau ci-dessus.
Une introduction aux systèmes d’alimentation hybrides
L’électricité peut être produite à partir de nombreuses sources naturelles et la technologie existe pour capter et intégrer cette énergie au niveau national. Cependant, toutes ces technologies sont désormais disponibles à petite échelle et peuvent être utilisées dans les fermes, les petites communautés et même dans les maisons individuelles.
La plupart des gens connaissent les panneaux solaires installés sur les maisons pour aider à produire de l’électricité pour la maison. Ceux qui vivent dans des fermes sont peut-être également familiers avec l’utilisation d’éoliennes pour produire de l’électricité. Et certains peuvent utiliser les sources d’eau courante à proximité pour produire de l’électricité. Tous ces moyens sont très bien établis pour utiliser des sources d’énergie naturelles pour compléter ou fournir l’ensemble des besoins en électricité de la maison.
Les maisons qui utilisent uniquement l'électricité du réseau public sont appelées « liées au réseau » ou « en réseau », tandis que les maisons qui génèrent elles-mêmes la totalité de leurs besoins en électricité et n'utilisent pas le réseau public sont appelées « hors réseau ». . Les personnes qui vivent dans des zones isolées vivent souvent entièrement hors réseau, que ce soit par nécessité ou par choix.
Les systèmes électriques hybrides, tels que le système de 5 à 10 kW illustré ci-dessus, peuvent intégrer l'électricité produite à partir de plusieurs sources naturelles. Si nécessaire, ils peuvent se combiner avec d’autres sources d’énergie telles que le réseau public et des générateurs de carburant autonomes. Les systèmes peuvent basculer entre différents modes de réseau en fonction des sources d'énergie disponibles.
Les systèmes électriques hybrides peuvent utiliser un ou plusieurs moyens pour capter l'énergie, les options étant généralement des panneaux solaires photovoltaïques (PV) et des éoliennes à petite échelle, mais peuvent également inclure des mini-turbines hydroélectriques.
Pour chaque source, l'énergie est captée, soit sous forme de courant continu (DC), soit sous forme de courant alternatif (AC). Il est régulé et stocké sous forme de courant continu dans une banque ou un réseau de batteries. Ce courant continu est ensuite mis à la disposition de la maison sous forme de courant continu ou en le convertissant en courant alternatif à l'aide d'un onduleur, à partir duquel il peut ensuite être utilisé par les appareils électroménagers selon les besoins.
Composants d'un système d'alimentation hybride
Le plus disponible dans le commerce systèmes d'alimentation hybrides viennent avec des solutions solaires et éoliennes. Ils n'incluent généralement pas d'autres solutions telles que des générateurs, des solutions hydroélectriques ou d'autres formes de fourniture d'énergie telles que la biomasse. Les systèmes qui incluent uniquement des panneaux solaires photovoltaïques, et aucune option d'éolienne, sont généralement présentés comme des systèmes « solaires » hybrides.
Les panneaux solaires sont disponibles dans une gamme de tailles et de puissances différentes, d'environ 100 watts à plus de 700 watts par panneau. Il est habituel de construire un ensemble de panneaux sur un toit, sur un espace plat ou selon un angle face au soleil.
Les éoliennes sont disponibles en deux versions principales, le type horizontal (à hélice) et le type vertical (batteur à œufs). Il existe des packages de systèmes d'alimentation hybrides disponibles avec les deux types de turbine.
Certains fournisseurs fixent leurs forfaits à partir d'un prix de départ et d'un prix final en fonction du nombre de panneaux solaires, d'éoliennes et de la puissance du contrôleur et de l'onduleur.
Le contrôleur de puissance et l'onduleur
Au « cœur » du système d’alimentation hybride se trouvent le contrôleur et l’onduleur.
Le rôle principal du onduleur hybride consiste à convertir le courant continu (DC) en courant alternatif (AC). Le réseau électrique public utilise le courant alternatif, car il s’agit du courant le plus efficace pour la transmission à distance. L’alimentation électrique domestique est également en courant alternatif, tout comme la plupart des appareils électroménagers.
Cependant, les panneaux solaires photovoltaïques génèrent du courant continu instable, tandis que les éoliennes et les éoliennes génèrent du courant alternatif instable. Les batteries de stockage utilisent le courant continu comme moyen le plus efficace de conserver le courant. Par conséquent, le système doit être capable de stabiliser toute puissance reçue et de la convertir en courant continu pour le stockage. C'est le travail du contrôleur de puissance hybride.
La stabilisation et la conversion de l'énergie peuvent être gérées avec un contrôleur séparé, comme dans le schéma hors réseau ci-dessus du fournisseur d'un système hybride d'énergie éolienne et solaire, montrant un contrôleur hybride éolien/solaire alimentant la batterie. L’énergie stockée par la batterie est ensuite convertie en courant alternatif par l’onduleur qui alimente les appareils électroménagers.
Cependant, certains onduleurs modernes fonctionnent à la fois comme contrôleur et comme onduleur, et peuvent également fournir des fonctionnalités de gestion avancées, telles que le reporting de données cloud et informatiques.
Dans le schéma ci-dessus d'un système électrique hybride, toute l'alimentation est directement connectée à l'onduleur, y compris à partir de sources renouvelables (énergie verte), du réseau public et du générateur domestique. Le onduleur hybride régule le courant provenant de toutes les différentes sources, le stocke et y accède en cas de besoin pour l'alimentation domestique.
Les onduleurs intelligents modernes offrent une gestion flexible de l’énergie pour :
- maîtriser la charge des énergies renouvelables,
- stocker l'énergie dans un réseau de batteries,
- surveiller et rapporter les niveaux de charge de la batterie,
- basculer l’utilisation entre le réseau public et les batteries,
- convertir le courant continu stocké en courant alternatif,
- fournir de l'électricité aux applications domestiques,
- fournir tout surplus d’électricité au réseau public
- fournir des données en temps réel au cloud et aux ordinateurs locaux.
Les onduleurs à onde sinusoïdale pure produisent un courant alternatif hautement stabilisé qui correspond au courant du réseau public. Cela est nécessaire pour fournir une alimentation électrique propre et fiable de haute qualité aux appareils électroménagers, dont beaucoup contiennent des composants électroniques sensibles.
Réseaux de batteries au lithium-ion
Quelle que soit l’énergie captée, elle doit être stockée pour être utilisée en cas de besoin. Cela se fait avec un ensemble, ou une banque, de batteries lithium-ion. Le stockage des batteries se présente sous de nombreuses formes, depuis les batteries très basiques « reliées ensemble » par un câble jusqu'aux armoires modernes et propres qui ne semblent pas déplacées dans la maison et permettent également une surveillance à distance.
La quantité de stockage sur batterie requise dépendra des besoins de consommation électrique domestique de l'utilisateur et de la mesure dans laquelle l'utilisateur souhaite rester indépendant du réseau local. Plus l’énergie stockée est importante, plus il y a d’électricité disponible pour une utilisation hors réseau.
Cette batterie empilée et réseau d'onduleurs a un aspect d'armoire épuré qui le rend adapté à l'intérieur de la maison. Il est empilable et configurable en multiples de couches de batterie de 5 kW et se présente sous la forme d'un système tout-en-un avec un onduleur et une couche de contrôleur. Avec quatre couches de batterie, il peut fournir 20 kilowatts de puissance par heure à la maison. Les performances et les niveaux de batterie peuvent être surveillés via les écrans LED ainsi qu'en ligne via le cloud et l'ordinateur. Le prix commence à environ 749 $ US et dépendra du nombre de couches de batterie commandées.
Comment sélectionner le bon système d'alimentation hybride
Choix de capture d’énergie renouvelable
Lors de la sélection d'un système électrique hybride, la première décision doit être de savoir quels types d'énergie renouvelable sont destinés à être installés, la plupart des systèmes complets incluant l'éolien et le solaire, et si le système doit être hors réseau ou hybride.
Il existe de nombreux systèmes disponibles offrant un choix d’éoliennes et de panneaux solaires. Vérifiez la puissance nominale (en kilowatts) que le système est censé produire, à la fois pour les composants éoliens et les panneaux solaires.
Si de l’énergie hydroélectrique ou un générateur local sont également requis, l’acheteur doit alors vérifier tout problème de connectivité auprès du fournisseur. Si le système doit être connecté au réseau public, l’acheteur doit indiquer clairement si l’électricité doit provenir principalement d’énergies renouvelables ou principalement du réseau public, et comment le système basculera entre les deux.
Capacité de l'onduleur
Le choix d’un onduleur est déterminé par la quantité d’énergie qui doit être utilisée par la maison à tout moment.
L’acheteur doit calculer la demande d’énergie simultanée maximale attendue et la quantité d’énergie susceptible d’être nécessaire sur une base horaire. Par exemple, combien d’appareils différents fonctionneront en même temps, et de quels appareils s’agit-il ?
La cuisine est un exemple de forte demande car la plupart des appareils de cuisine sont utilisés en même temps et peuvent tous consommer jusqu'à 3 kW individuellement. L'onduleur doit avoir une capacité suffisante en kW par heure (Kwh) pour répondre aux besoins les plus extrêmes, sinon l'onduleur peut être surchargé.
Contrôleur, stockage d'énergie et batteries
La décision concernant la capacité du contrôleur et de la batterie est déterminée par la quantité d’énergie qui doit être collectée et stockée. L’acheteur doit calculer la quantité de stockage sur batterie qui sera nécessaire quotidiennement et estimer où (et quand) cette énergie sera générée.
Par exemple, si des éoliennes sont utilisées, quelle est la quantité probable d’énergie produite au cours d’une journée lors d’une journée venteuse moyenne ? Quelle quantité de lumière solaire les panneaux solaires photovoltaïques seront-ils capables de capter et pendant quelles heures de clarté ? Si le réseau public doit être utilisé, le sera-t-il à des heures spécifiques, par exemple hors pointe ?
Le choix du contrôleur doit être adapté aux différentes sources d'énergie, et la capacité de la batterie doit être adaptée à tous les besoins probables de la journée, en tenant compte du moment où la charge de la batterie est susceptible de se produire.
Assistance fournisseur
Votre fournisseur devrait être en mesure de vous aider dans les calculs et peut vous proposer une feuille de calcul pour vous aider à estimer vos besoins quotidiens, y compris les pics de captage d'énergie ainsi que les pics de consommation d'énergie.
Il est habituel de planifier l'utilisation en kilowatts, sur la base de l'utilisation quotidienne et simultanée calculée. Vos factures mensuelles de services publics, divisées en un montant quotidien, peuvent donner l'utilisation moyenne globale, et donc le stockage global requis.
Cependant, il faut aussi rechercher les pics d’utilisation. Les heures de repas constituent une période de pointe courante et plusieurs appareils couramment utilisés ont une demande d'énergie élevée. Les fours, les micro-ondes, les bouilloires électriques, les friteuses à air et les grille-pain sont tous des exemples qui peuvent utiliser entre 1 et 4 kW, donc une fois additionnés, cela donne la consommation d'énergie simultanée probable. N'oubliez pas non plus que d'autres appareils peuvent être utilisés en même temps. Chauffage domestique, chauffage de l'eau, amplificateurs de puissance, télévision et WiFi domestique, et recharge de voiture électrique. Tous ces éléments consomment également de l’énergie.
Puissance excédentaire et retour d’information sur le réseau
Si le modèle de coût consiste à générer un excédent d’approvisionnement pouvant être réinjecté dans le réseau de services publics, l’estimation doit alors inclure cet excédent, car cela peut nécessiter des éoliennes ou des panneaux solaires supplémentaires.
Lors de l’installation d’un système électrique hybride, il est important de garder à l’esprit qu’il existe un coût initial important avant de pouvoir réaliser des économies. Les turbines et les panneaux photovoltaïques, le contrôleur et l'onduleur, ainsi que le réseau de batteries, peuvent être coûteux, auxquels s'ajoutent les coûts d'installation et un montant supplémentaire pour l'entretien périodique.
Le retour sur investissement peut prendre des années plutôt que des mois. Le système prévu doit donc non seulement respecter le budget, mais également tenir compte des coûts permanents.
Réflexions finales
La disponibilité de systèmes électriques hybrides à petite échelle permet au marché résidentiel de tirer le meilleur parti des différentes sources d'énergie renouvelables, combinées au réseau de services publics. Les systèmes typiques sont livrés avec des éoliennes verticales ou horizontales adaptées à un usage domestique. Ces systèmes sont également équipés de panneaux solaires photovoltaïques qui peuvent être facilement installés sur le toit.
Il existe un large choix de systèmes d'alimentation hybrides, qui comprennent les principaux composants des contrôleurs de puissance hybrides, des onduleurs, des réseaux de batteries de stockage et des logiciels de surveillance intelligents. L’acheteur devra être clair sur ses besoins en électricité, sur la quantité à produire et sur la quantité dont la maison a besoin à un moment donné.
Les systèmes électriques hybrides nécessitent un investissement initial dans l’équipement et l’installation, et l’acheteur doit être conscient que le retour sur investissement est susceptible de s’étaler sur une longue période. Le fournisseur doit être en mesure de vous aider dans les calculs pour déterminer la bonne taille du système, et une gamme de choix peut être trouvée dans la salle d'exposition en ligne à l'adresse Chovm.com.
