Alimentation de secours pour systèmes solaires

De plus en plus de foyers s'équipent de différents types de systèmes photovoltaïques (PV). Les modules PV modernes sont déjà capables de convertir environ 20 % de l'énergie solaire en électricité, ce qui rend ce type de production d'électricité très attractif.

Générateur de secours pour systèmes solaires avec ou sans stockage de batterie

Le cœur du système PV est l'onduleur. Il existe des onduleurs connectés au réseau, hybrides et hors réseau.

Les onduleurs connectés au réseau et hybrides sont synchronisés avec le réseau public et sont capables d'injecter l'énergie excédentaire dans le réseau public.

Le générateur de secours pour systèmes solaires ne peut pas remplacer le réseau public pour les onduleurs connectés au réseau et hybrides car il ne peut pas absorber l'énergie excédentaire. Le retour d'énergie de l'onduleur peut endommager le générateur.

Une exception peut être les onduleurs, qui disposent d'une entrée supplémentaire pour générateur, où le retour peut être empêché à 100 % grâce à des capteurs de courant intégrés. Cependant, un tel générateur doit avoir des paramètres de tension acceptables pour l'onduleur, ce qui n'est pas toujours le cas avec un générateur électrique conventionnel.

En cas de panne de courant, le générateur de secours dans un système solaire avec un onduleur connecté au réseau ne doit alimenter que les consommateurs d'électricité ayant droit à une alimentation de secours, l'onduleur et tout stockage AC existant restant du côté du réseau électrique public et étant déconnectés à tous les pôles avec un commutateur de transfert, afin que le générateur ne fonctionne pas en parallèle avec l'onduleur ou le stockage d'énergie AC.

Schéma de connexion de l'alimentation de secours 230V pour système solaire lors de l'utilisation de générateurs à onduleur sans fonction ATS :

Un commutateur automatique vers l'alimentation de secours pour les consommateurs d'énergie de 230V est également possible lors de l'utilisation de générateurs avec fonction ATS.

Schéma de connexion de l'alimentation de secours 230V pour système solaire avec le générateur onduleur KS 5500iES ATSR avec une unité ATS externe KS ATS 4/25 Inverter :

Schéma de connexion de l'alimentation de secours 230V pour système solaire avec le générateur inverter KS 8100iE ATSR avec une unité ATS externe KS ATS 4/25 Essence :

L'alimentation de secours dans tous les cas décrits ci-dessus est de 230V. De cette manière, presque tous les consommateurs d'électricité de la maison peuvent être alimentés en cas de panne de courant. Les consommateurs triphasés (s'ils sont présents) doivent être alimentés séparément. Les consommateurs d'énergie triphasés avec contrôle électronique nécessitent généralement une onde sinusoïdale "propre", qu'un générateur de puissance conventionnel ne peut pas produire. Plus d'informations sur l'alimentation de secours 230V et 400V peuvent être trouvées dans notre documentation.

Si le générateur n'est pas destiné à être installé de façon permanente ou s'il est situé loin de l'interrupteur de transfert, nous recommandons d'utiliser nos générateurs à onduleur uniques avec module ATS interne. Cependant, cela nécessite l'utilisation d'un interrupteur de transfert automatique de priorité externe d'un côté.

Le générateur surveille la tension dans la prise, qui est connectée avant l'interrupteur et protégée par un disjoncteur et un DDR ou par un RCBO (protection contre les surcharges et les contacts en un seul). Cette prise sans le générateur connecté peut être utilisée comme une prise extérieure normale. Cette prise est hors tension lors d'une panne de courant, ce qui est crucial pour le contrôle ATS du générateur. C'est un signal pour démarrer le générateur.

Schéma de connexion de l'alimentation de secours 230V pour système solaire avec le générateur inverter KS 6000iES ATS Version 2, dans lequel l'ENTRÉE SECTEUR surveille le 230V, mais ne le transmet pas à la sortie en mode veille :

Le générateur sur le schéma électrique n'est pas installé de façon permanente, mais connecté à la prise préinstallée et à l'entrée CEE 230V 32A selon les besoins. Cela signifie que le générateur peut également être utilisé en déplacement si nécessaire. Une installation fixe est bien sûr également possible, mais vous avez besoin d'une pièce appropriée et d'un système d'échappement pour cela.

Le générateur est connecté au côté N de l'interrupteur de transfert automatique, qui dispose d'un commutateur de priorité. Ainsi, lorsque l'alimentation principale revient, l'interrupteur ne bascule pas immédiatement sur le réseau électrique, mais seulement lorsque le générateur coupe sa sortie. Le générateur KS 6000iES ATS version 2 analyse la tension à sa connexion d'ENTRÉE PRINCIPALE pendant environ 1 minute, puis seulement coupe la sortie, permettant ainsi le basculement vers l'alimentation principale. Cela correspond à la réglementation selon laquelle un dispositif de commutation automatique ne doit pas basculer immédiatement sur le réseau électrique public, mais avec un délai d'une minute.

Le fonctionnement automatique n'est possible qu'avec la version KS 6000iES version 2 (sans commutation de l'ENTRÉE SECTEUR à la sortie). La fonction ATS doit être activée pour que le générateur démarre automatiquement s'il n'y a plus de tension dans la prise et, par conséquent, plus de tension à l'ENTRÉE SECTEUR.

Les onduleurs hybrides avec un système de stockage PV DC passent en mode alimentation de secours en cas de panne de courant. Dans ce processus, l'énergie fournie par les cellules solaires et stockée dans l'unité de stockage PV est consommée.

Les systèmes solaires avec un onduleur hybride disposent généralement d'une banque de batteries de plus petite capacité, car celles-ci sont uniquement destinées à stocker l'énergie excédentaire pour une utilisation nocturne, etc. Mais que faire lorsque le soleil ne brille pas et que l'énergie stockée est épuisée ? Dans ce cas, vous avez besoin d'un générateur.

Dans ce cas, nous recommandons de charger le stockage d'énergie (CC uniquement) à partir d'un générateur de secours afin que l'onduleur hybride puisse continuer à alimenter la maison comme d'habitude.

Le stockage d'énergie est chargé soit par un générateur CA avec un chargeur, soit par un générateur CC. Le chargeur ou le générateur CC doit être compatible avec le stockage d'énergie PV.

Schéma de connexion de l'alimentation de secours pour système solaire avec le générateur inverter KS 6000iES ATS Version 2, dans lequel l'ENTRÉE SECTEUR surveille le 230V, mais ne le transmet pas à la sortie en mode veille.

L'unité de contrôle de la tension de la batterie surveille la tension de la batterie et interrompt le 230V vers la prise Schuko si la tension de la batterie tombe en dessous de la valeur définie. Le générateur démarre et fournit la tension alternative au chargeur, qui à son tour charge l'unité de stockage d'énergie pour fournir suffisamment d'énergie à l'onduleur.

Le KS 6000iES ATS est équipé d'une batterie au lithium qui se recharge tant que le 230V est présent à l'ENTRÉE PRINCIPALE ou que le générateur est en marche. La batterie est toujours chargée et prête à l'emploi. La batterie au lithium a une faible capacité, mais offre un courant de démarrage élevé et se recharge relativement rapidement après le démarrage du générateur.

ATTENTION !
Un tel schéma de circuit n'est possible qu'avec le générateur KS 6000iES ATS version 2 ! Selon la conception du chargeur (en fonction du facteur de puissance et du type de consommation de courant), la capacité de charge selon un tel schéma de circuit peut atteindre 2 à 4 kW.

Dans les systèmes avec gestion de l'énergie, seul le processus de charge du stockage PV est souvent pris en compte par le contrôleur MPPT. Demandez au fabricant de votre onduleur si le chargement de la batterie à partir d'une source d'alimentation DC externe est techniquement autorisé et ne provoque pas d'erreurs.

Une telle source d'alimentation en courant continu doit fonctionner comme un module de charge avec une caractéristique IU, ce qui rend impossible l'utilisation d'une source de tension continue pure. Un tel chargeur ou module de charge doit avoir un "Point de Puissance Maximale" où la tension diminue lorsque le courant de sortie atteint la valeur maximale. La tâche du module de charge n'est pas de charger complètement la batterie, mais au moins partiellement afin que l'alimentation puisse être maintenue. La charge complète de la batterie est effectuée par des panneaux solaires via le contrôleur de charge.

L'alimentation de secours par chargement du stockage de batterie présente des avantages évidents en ce qui concerne les consommateurs d'énergie à alimenter. L'énergie est toujours fournie avec une onde sinusoïdale "propre" générée par l'onduleur. La puissance maximale est toujours déterminée par les paramètres de l'onduleur et du stockage d'énergie. Le générateur n'a qu'à compléter avec suffisamment d'énergie.

Dans les systèmes où la consommation d'énergie n'est pas constante (par exemple, une maison ou un bureau), le générateur ne fonctionne pas en continu, mais uniquement selon les besoins. Une fois que la batterie est chargée jusqu'à la tension définie sur le moniteur de batterie, le générateur s'éteint et les consommateurs d'électricité sont alimentés par la batterie via l'onduleur. De cette manière, une alimentation électrique ininterrompue est possible à long terme, ce qui est très important en cas de panne de courant prolongée. Le générateur fonctionne par intermittence et a également le temps de refroidir. Le carburant est également utilisé de manière optimale car le moteur n'a pas besoin de fonctionner sans charge.

Les onduleurs hors réseau ne se connectent pas au réseau public et alimentent uniquement les consommateurs d'électricité connectés. Ces onduleurs fonctionnent en conjonction avec un stockage d'énergie en courant continu et disposent généralement d'une connexion pour une source d'alimentation en courant alternatif externe pouvant fournir de l'énergie en cas de besoin.

Selon le réglage de l'onduleur, cette source CA externe doit également être capable de fournir suffisamment d'énergie pour charger la batterie. Dans ce contexte, certains onduleurs disposent d'un réglage supplémentaire qui limite la puissance totale que l'onduleur peut tirer d'une source d'alimentation CA externe. Cette puissance est ensuite répartie entre le stockage de la batterie DC et les consommateurs d'énergie à alimenter.

La charge des batteries avec une puissance élevée provenant d'une source d'alimentation CA comporte des spécificités à prendre en compte, notamment lors de l'utilisation d'un générateur. La puissance réactive et les processus transitoires générés pendant le processus de charge peuvent endommager le générateur.

La plupart des chargeurs AC/DC ou modules de charge ont une consommation de courant en forme d'impulsions du côté AC et chargent le dispositif de stockage de la batterie de manière similaire :

La tension AC est indiquée en jaune. Dans le cas des chargeurs ou des modules de charge sans correction du facteur de puissance, seuls les maxima de l'onde sinusoïdale sont consommés.

Le chargement de la batterie via le module de charge installé dans l'onduleur présente souvent le même problème. La batterie est chargée de manière extrêmement impulsive :

À gauche en jaune se trouve la tension de la batterie et à droite la tension du secteur. En vert, le courant de charge mesuré au niveau du câble de la batterie lors de la charge via l'onduleur.

Le courant de charge de ces modules de charge est régulé par la largeur d'impulsion, ce qui peut aggraver le problème de charge inégale de l'onde sinusoïdale :

Le stockage d'énergie du système PV est chargé avec 100 impulsions par seconde (à une tension de 50 Hz). Dans un tel cas, le système ne doit pas être calculé uniquement avec des valeurs RMS, mais il faut également prendre en compte les amplitudes instantanées.

La consommation de courant pulsé a un facteur de puissance de 0,5 à 0,7, ce qui peut entraîner une puissance réactive élevée. Si vous alimentez le chargeur ou le module de charge de l'onduleur à partir du réseau électrique, cela est compensé par d'autres consommateurs d'électricité dans le réseau. C'est différent lorsque vous utilisez un générateur.

Un générateur et les consommateurs d'électricité forment un système fermé, dont les éléments s'influencent mutuellement. Il est très important qu'ils soient compatibles et que le système ne présente pas d'oscillations.

La consommation de courant de type impulsion signifie que, dans le meilleur des cas, vous ne pouvez pas utiliser plus de la moitié de la puissance nominale du générateur et des mesures supplémentaires doivent être prises contre les harmoniques causées par la consommation de courant de type impulsion afin de stabiliser le circuit.

En pratique, cela conduit souvent à un fonctionnement instable du module de charge et même à des dommages au générateur, tels que des enroulements surchauffés, un régulateur de tension cassé ou un module onduleur défectueux.

Dans la plupart des cas, les onduleurs hors réseau commutent la source d'alimentation externe et la chargent par impulsions pour alimenter leur propre système de stockage photovoltaïque, ce qui peut déformer la forme de tension d'un générateur conventionnel au point d'affecter les consommateurs d'énergie sensibles.

Nous recommandons d'utiliser des générateurs à onduleur comme source CA externe pour l'alimentation de secours à partir d'onduleurs hors réseau, car ils peuvent mieux maintenir la forme de leur tension, ce qui peut être très important pour les consommateurs d'électricité sensibles.

Schéma de connexion de l'alimentation de secours 230V pour système solaire avec le Générateur Inverter KS 6000iES ATS Version 2, dans lequel l'ENTRÉE SECTEUR surveille le 230V, mais ne le transmet pas à la sortie en mode veille :

Cette solution doit être utilisée UNIQUEMENT avec des onduleurs hors réseau et des îlots énergétiques !

La version 2 du générateur inverter KS 6000iES ATS démarre dès que l'unité de contrôle de la tension de la batterie interrompt la tension de 230V dérivée de la sortie de l'onduleur vers l'ENTRÉE SECTEUR du générateur et s'arrête lorsque celle-ci revient.

Il convient de noter que le générateur doit fournir l'énergie à la fois pour les consommateurs d'électricité à alimenter et pour le chargement du dispositif de stockage d'électricité.

Dans le cas de solutions hors réseau avec un onduleur hors réseau, le stockage d'énergie (CC) peut être chargé par un générateur + chargeur, tout comme dans les systèmes avec onduleurs hybrides. De cette manière, l'alimentation triphasée de l'onduleur peut continuer à fonctionner.

Schéma de connexion de l'alimentation de secours pour système solaire avec le Générateur Inverter KS 6000iES ATS Version 2, dans lequel l'ENTRÉE SECTEUR surveille le 230V, mais ne le transmet pas à la sortie en mode veille :

Le stockage de la batterie DC peut également être chargé directement à partir d'un générateur DC approprié si cela est techniquement possible pour le système PV respectif.

Exemple d'utilisation du KS 48V-DC dans une solution d'île énergétique :

Exemple d'utilisation du KS 48V-DC avec un onduleur hybride et le stockage d'énergie 48V :

Le générateur à courant continu est connecté directement au dispositif de stockage d'énergie de 48V afin de le charger directement.

Le KS 48V-DC peut soit surveiller lui-même la tension de la batterie, soit être contrôlé de manière externe par des contacts "secs".

Le générateur démarre en mode AUTO lorsque la valeur de tension inférieure de 48V est atteinte, charge la batterie avec une tension allant jusqu'à 54V et un courant allant jusqu'à 70A, et s'éteint lorsque la tension atteint 53,5-54V et que le courant de charge tombe en dessous de 20A. Le générateur peut également être démarré et arrêté manuellement ou de manière externe via des contacts PF, permettant différentes applications et une intégration dans des systèmes existants. Le générateur ne dispose pas de sa propre batterie et utilise l'énergie de la batterie à fournir pour démarrer en mode AUTO et EXTERN CONTROL. Le démarrage manuel avec le lanceur à corde est également possible.

Exemples de stockage de batterie 48V DC pris en charge :

1. 4 batteries AGM connectées en série avec une plage de tension d'environ 48-54V
2. Batteries avec 14 cellules LiIon connectées en série avec une plage de tension d'environ 47-56V
3. Batteries avec 16 cellules LiFePo4 connectées en série avec une plage de tension d'environ 48-54V
4. Batteries avec 15 cellules LiFePo4 connectées en série avec une plage de tension d'environ 45-51V (mode de CONTRÔLE EXTERNE recommandé).

En fonction du stockage d'énergie et de l'onduleur, le mode AUTO ou CONTRÔLE EXTERNE doit être utilisé. La fonction du générateur est de servir de source d'alimentation de secours et, si nécessaire, de charger quelques kWh d'énergie dans le stockage de batterie DC afin que les consommateurs d'énergie alimentés par l'onduleur restent approvisionnés même lorsqu'il y a trop peu d'énergie solaire et sans alimentation du réseau DSO (solution d'île énergétique ou panne de réseau électrique). Ainsi, le générateur fonctionne généralement environ 1 à 2 heures avant d'être éteint. La maison est alimentée par le stockage de batterie DC, qui peut également compenser les pics de puissance lorsque le générateur est en marche.

Une maison consomme généralement seulement quelques centaines de watts en continu et ce n'est que lorsqu'un appareil puissant est allumé que la consommation d'électricité augmente de quelques kW, moment auquel l'énergie peut provenir à la fois du générateur et du stockage de batterie car les deux fonctionnent en parallèle. De cette manière, la consommation d'énergie peut, pendant une courte période, dépasser la capacité du générateur et l'alimentation électrique de la maison peut se poursuivre normalement.

Le générateur en mode AUTO s'éteint lorsque le courant tombe en dessous de 20A. Temps de réponse d'environ 30 secondes. Si la consommation électrique dans la maison dépasse constamment 1 kW, nous recommandons d'utiliser le mode de CONTRÔLE EXTERNE ou d'éteindre le générateur manuellement.

Grâce à ses différents modes de fonctionnement, le générateur peut être intégré dans divers systèmes d'alimentation électrique.

Un générateur à courant continu est beaucoup plus économe en carburant et permet une alimentation de secours ininterrompue pendant plusieurs jours, car le générateur fonctionne par intermittence et dispose de suffisamment de temps pour refroidir.

Le générateur DC remplit la même fonction qu'un panneau solaire + contrôleur de charge et est bien plus efficace que la combinaison "générateur AC + chargeur". Le courant de charge du générateur DC n'est pas impulsif (il n'y a que des ondulations) et atteint ainsi une valeur efficace beaucoup plus élevée au même maximum, ce qui est également très important pour les batteries et les contrôleurs BMS (pour les batteries au lithium).

Le générateur à courant continu est doté de multiples enroulements et d'un contrôle électronique, ce qui rend le courant de sortie beaucoup plus régulier. Voici à quoi ressemble le courant de charge (en vert) d'une batterie LiFePo4 (un cas extrême) à un courant de 40A et 70A (valeur efficace) :

L'ondulation de la tension de sortie du générateur DC est faible, ce qui peut néanmoins provoquer une ondulation du courant de charge dans une batterie LiFePo4. À mesure que le courant de charge augmente, la différence entre la tension propre de la batterie et celle du générateur augmente, ce qui peut entraîner une réduction de l'ondulation du courant de charge.

Un générateur à courant continu pour recharger les batteries est une solution avantageuse à tous points de vue et, dans certains cas, il n'existe pas de meilleure alternative, voire aucune.

Plusieurs KS 48-DC peuvent être connectés en parallèle pour augmenter la performance globale ou pour sécuriser l'alimentation électrique sur une période prolongée.

Tous les KS 48-DC sont connectés au barreau omnibus de 48V, auquel d'autres sources de courant continu, dispositifs de stockage d'énergie et onduleurs sont également raccordés.

En fonction de la puissance requise, un certain nombre de générateurs peuvent être activés par un contrôle externe, fonctionner en alternance, etc.

Si tous les générateurs CC connectés au barreau de bus 48V sont en mode AUTO, un seul générateur démarrera, avec une réaction légèrement anticipée de l'électronique de contrôle, et les autres ne seront démarrés que si nécessaire, par exemple si la puissance du premier générateur seul n'est pas suffisante et que la tension de stockage de la batterie continue de baisser, ou si une panne s'est produite dans le premier générateur. Ainsi, les générateurs CC se soutiendront mutuellement, pour ainsi dire, afin de maintenir la tension sur le barreau de bus 48V.
Cette propriété est très importante dans les systèmes où plusieurs kW de puissance sont nécessaires. Il vous suffit d'utiliser plusieurs KS 48-DC pour couvrir en toute sécurité le besoin en puissance. Une partie des générateurs peut rester en réserve au cas où l'un des générateurs DC actifs rencontrerait un dysfonctionnement (par exemple, en cas de pénurie d'essence).

Voici un exemple d'utilisation simultanée de plusieurs KS 48-DC :

Avertissement

Ces instructions ne peuvent être considérées que comme une recommandation, sont illustratives et doivent être adaptées aux circonstances et conditions locales exactes lors de l'installation. L'installation elle-même doit être effectuée en conformité avec toutes les normes et réglementations. Nous déclinons toute responsabilité pour les installations incorrectes et leurs conséquences.