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AC ou DC ? Topologies système pour installations solaires

Introduction : Comment raccorder la batterie ?

Les articles précédents ont abordé de nombreux aspects des systèmes de stockage d'énergie. Une question importante restait cependant ouverte : Comment intégrer cette technique de manière optimale dans la maison ?

Pour l'intégration des batteries de stockage, il existe deux concepts fondamentaux :

  • Systèmes couplés AC (courant alternatif)
  • Systèmes couplés DC (courant continu)

Ce chapitre explique les deux topologies avec leurs avantages et inconvénients.

Installations solaires couplées AC

Dans les systèmes couplés en courant alternatif (système AC), l'onduleur est placé directement après les modules solaires et alimente le réseau domestique directement en courant alternatif.

Architecture

Modules solaires (DC)
    ↓
Onduleur (DC→AC)
    ↓
Réseau domestique (AC) ←→ Batterie + Régulateur de charge
    ↓
Réseau public

Principe de fonctionnement

  1. L'onduleur convertit immédiatement le courant continu des modules en courant alternatif
  2. La batterie avec son électronique de charge est raccordée après l'onduleur
  3. La batterie est alimentée en courant alternatif
  4. Pour la charge, l'AC doit être reconverti en DC
  5. Lors de la décharge, le DC est à nouveau converti en AC

L'échange d'énergie entre les modules solaires et la batterie s'effectue via le courant alternatif.

Avantages du couplage AC

Le couplage AC offre des avantages décisifs, notamment pour les installations existantes :

Avantage Explication
Rétrofit facile La batterie peut être installée ultérieurement
Indépendance fabricant Différents composants combinables
Placement flexible La batterie peut être éloignée de l'onduleur
Technique éprouvée Composants établis
Évolutivité Extension facile possible

Inconvénients du couplage AC

Cette flexibilité a cependant un prix – surtout en termes d'efficacité :

Inconvénient Explication
Conversions multiples DC→AC→DC→AC = pertes
Rendement inférieur Typiquement 85–90 % aller-retour
Plus de composants Onduleur batterie séparé nécessaire
Coûts plus élevés Plus de matériel requis
Installation plus complexe Plus de câblage

Rendement typique

Avec le couplage AC, des pertes surviennent à chaque conversion :

  • Modules solaires → Onduleur : ~97 %
  • Onduleur → Chargeur batterie : ~97 %
  • Charge/décharge batterie : ~95 %
  • Batterie → Onduleur : ~97 %

Rendement aller-retour total : ~85–90 %

Installations solaires couplées DC

Dans les systèmes couplés en courant continu (système DC), l'onduleur et la batterie sont raccordés en parallèle directement après les modules solaires.

Architecture

Modules solaires (DC)
    ↓
Convertisseur DC-DC
    ├── Batterie (DC)
    └── Onduleur (DC→AC)
            ↓
        Réseau domestique (AC)
            ↓
    Réseau public

Principe de fonctionnement

  1. Les deux composants sont alimentés directement en courant continu
  2. La batterie peut utiliser le DC directement pour la charge
  3. Le courant continu n'est converti en courant alternatif qu'à la fin
  4. Moins d'étapes de conversion = rendement supérieur

L'échange d'énergie entre l'installation solaire et la batterie s'effectue en courant continu.

Avantages du couplage DC

La connexion directe en courant continu apporte des avantages nets en termes d'efficacité :

Avantage Explication
Rendement supérieur Moins de pertes de conversion
Moins de composants Un seul onduleur central
Coûts réduits Plus économique à long terme
Meilleure efficacité Typiquement 92–95 % aller-retour
Charge plus rapide Chemin DC direct vers la batterie

Inconvénients du couplage DC

L'efficacité supérieure s'accompagne cependant de certaines contraintes :

Inconvénient Explication
Dépendance fabricant Composants souvent du même fabricant
Pas de rétrofit simple Le système doit être planifié dans son ensemble
Planification plus complexe Câblage DC plus exigeant
Longueurs de câble limitées Lignes DC à maintenir courtes
Moins de flexibilité Extension plus difficile

Rendement typique

Avec le couplage DC, moins d'étapes de conversion :

  • Modules solaires → Convertisseur DC-DC : ~98 %
  • Charge/décharge batterie : ~95 %
  • DC → Onduleur → AC : ~97 %

Rendement aller-retour total : ~92–95 %

Comparaison directe

Pour faciliter le choix entre couplage AC et DC, voici les deux concepts face à face :

Critère Couplage AC Couplage DC
Rendement 85–90 % 92–95 %
Rétrofit Facile Difficile
Flexibilité Élevée Limitée
Coûts initiaux Plus élevés Plus bas
Coûts long terme Plus élevés (pertes) Plus bas
Complexité Plus de composants Moins de composants
Choix fabricant Libre Souvent restreint

L'onduleur hybride : Le meilleur des deux mondes

Les onduleurs hybrides modernes suppriment la séparation stricte entre AC et DC.

Concept

Dans les systèmes à onduleur hybride, tous les composants convergent dans un appareil central :

  • MPPT intégré pour les modules solaires
  • Convertisseur DC-DC pour la batterie
  • Onduleur pour le réseau domestique
  • Gestion d'énergie intelligente

Avantages du concept hybride

L'intégration de toutes les fonctions dans un seul appareil offre le meilleur des deux mondes :

Avantage Explication
Rendement optimal Choix intelligent du chemin DC ou AC
Compact Un seul appareil au lieu de plusieurs
Installation facile Moins de câblage
Parfaitement coordonné Tous les composants adaptés les uns aux autres

Gestion de l'énergie : Le cerveau de l'installation

Indépendamment de la topologie, le système de gestion de l'énergie (EMS) est déterminant. Il est comme le cerveau de l'installation.

Les quatre tâches principales

1. Gestion des charges

L'EMS reconnaît :

  • Le besoin électrique actuel des consommateurs
  • La capacité et la puissance disponibles de l'installation solaire
  • Décide quand quels consommateurs sont alimentés

Exemple : Les appareils énergivores comme le lave-vaisselle ou la borne de recharge devraient fonctionner en journée, quand l'installation solaire produit un excédent.

2. Injection réseau

Quand la batterie est pleine et les besoins propres couverts :

  • L'excédent est injecté dans le réseau public
  • Rémunération de l'injection possible
  • Écologique : électricité verte dans le réseau

3. Gestion de batterie

Décide quand la batterie :

  • Est chargée (excédent disponible)
  • Est déchargée (besoin supérieur à la production)
  • Est ménagée (courant réseau moins cher)

Objectif principal : Toujours maintenir une réserve d'énergie.

4. Intégration domotique

Un bon EMS :

  • S'intègre au réseau domotique
  • Reconnaît la consommation de tous les appareils
  • Peut piloter les appareils de manière optimale
  • Optimise l'interaction en continu

Avantages d'un EMS

Un bon système de gestion de l'énergie apporte des avantages mesurables pour l'exploitation de l'installation :

Avantage Explication
Autoconsommation plus élevée Plus de courant solaire utilisé soi-même
Coûts électriques réduits Moins de soutirage réseau
Durée de vie batterie prolongée Cycles de charge/décharge optimisés
Plus de confort Pilotage automatisé
Transparence Toutes les données en un coup d'œil

Quelle topologie pour qui ?

Couplage AC recommandé pour :

  • Installations existantes sans stockage (rétrofit)
  • Flexibilité maximale souhaitée
  • Différents fabricants déjà présents
  • Batterie éloignée de l'onduleur

Couplage DC recommandé pour :

  • Nouvelles installations avec stockage dès le départ
  • Efficacité maximale importante
  • Solution clé en main préférée
  • Chemins DC courts possibles

Onduleur hybride recommandé pour :

  • Nouvelles installations de toute taille
  • Installation simple souhaitée
  • Meilleure efficacité recherchée
  • Solution évolutive recherchée

Conclusion

Résumé: Le choix de la topologie système influence :

  • L'efficacité (5–10 % de différence possible)
  • La flexibilité pour les modifications ultérieures
  • Les coûts à court et long terme
  • La complexité d'installation Pour la plupart des nouvelles installations, un onduleur hybride est aujourd'hui le meilleur choix – il combine les avantages des deux concepts. Pour les rétrofits d'installations existantes, le couplage AC est souvent incontournable.

La série complète « Stockage d'énergie pour installations solaires »

  1. Des cuisses de grenouille aux batteries : Comment fonctionne un stockage d'énergie ? – Fondamentaux
  2. Lithium vs Plomb : Quelle batterie pour l'installation solaire ? – Comparaison des technologies
  3. Électronique de puissance : Onduleurs et convertisseurs DC-DC – Conversion électrique
  4. Le polyvalent : L'onduleur hybride – Tout en un seul appareil
  5. AC ou DC ? Topologies système pour installations solaires – Vous êtes ici

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Comment fonctionne une installation solaire ?

Série pompes à chaleur :

Stockage batterie et stations d'alimentation :

Sources