Les micro-réseaux DC évoluent progressivement vers une solution énergétique importante dans le contexte immobilier actuel. Sur cette base, l'alimentation CC alimente directement les appareils d'éclairage, les appareils électriques et les appareils à énergie renouvelable à l'intérieur du bâtiment, réduisant ainsi la perte d'énergie causée par la conversion CA en CC, améliorant ainsi l'efficacité énergétique globale. Ce type de système est particulièrement adapté à l'intégration d'unités de production d'énergie locales telles que le photovoltaïque et le stockage d'énergie, ce qui peut améliorer efficacement la fiabilité et l'économie de l'alimentation électrique. Dans cet article, nous explorerons en profondeur les problèmes clés liés à l’application des micro-réseaux DC dans les bâtiments et les utiliserons comme référence pour la planification et la mise en œuvre.
Pourquoi les bâtiments sont adaptés aux micro-réseaux DC
À l’intérieur des bâtiments, le nombre de charges augmente de jour en jour, et une partie considérable d’entre elles sont des charges à courant continu, telles que des équipements d’éclairage LED, des ordinateurs, des chargeurs de téléphones portables et des équipements CVC utilisant des variateurs de fréquence. Utilisant traditionnellement une alimentation AC, ces appareils doivent être équipés d’adaptateurs AC/DC indépendants. Cependant, il y a une perte d'énergie de 5 à 20 % à chaque étape de conversion. Si un micro-réseau CC est utilisé, l'énergie peut être obtenue à partir du réseau public CA ou du système photovoltaïque local, puis subir une opération de rectification centralisée, puis la distribuer directement à l'équipement terminal via le bus CC. Cela élimine un grand nombre de liaisons de conversion dispersées et peut améliorer considérablement l'efficacité énergétique.
Les bâtiments modernes déploient activement des systèmes de stockage d’énergie photovoltaïques et par batteries sur les toits. Ces appareils produisent ou stockent naturellement du courant continu. Dans l’architecture du micro-réseau DC, l’énergie générée par le photovoltaïque peut être directement connectée au bus DC pour alimenter des charges DC ou charger des batteries. Le processus est extrêmement simple. Cela évite la double perte causée par l'onduleur connecté au réseau convertissant le courant continu en courant alternatif, puis le convertissant en courant continu via l'équipement, ce qui entraîne un taux d'auto-utilisation plus élevé et une structure de système plus simple et plus fiable.
Quelles sont les architectures de base du micro-réseau DC ?
Un micro-réseau CC de bâtiment typique adopte généralement une architecture à plusieurs niveaux de tension. Une conception courante consiste à configurer un bus CC de 380 V ou ±380 V, utilisé pour connecter des panneaux photovoltaïques, des batteries de stockage d'énergie et des charges haute puissance telles que des climatiseurs centraux. Parallèlement, un bus DC basse tension 48V ou 24V sera mis en place pour alimenter l'éclairage, les prises et les équipements de bureau ; différents niveaux de tension sont connectés via des convertisseurs DC/DC pour obtenir une isolation sûre et un déploiement énergétique flexible.
Le système de gestion de l’énergie (EMS) est l’unité de contrôle centrale du système. Il surveille la production d’énergie photovoltaïque en temps réel, la demande de charge du bâtiment en temps réel, l’état de charge de la batterie en temps réel et les prix de l’électricité du réseau en temps réel. Sur la base de ces données, EMS planifie intelligemment le flux d’énergie. Il décide quand acheter de l’électricité au réseau, quand utiliser la batterie pour la décharger et il décide de vendre de l’électricité au réseau lorsque le prix de l’électricité atteint son maximum. Ce contrôle intelligent est le cerveau du micro-réseau pour obtenir un fonctionnement économique et efficace. Cette commande intelligente est un maillon clé de la conception.
Comment concevoir une protection de sécurité pour la construction de micro-réseaux DC
Le premier problème de sécurité des micro-réseaux DC à résoudre est le problème de « l’arc ». Contrairement au courant alternatif, qui comporte 100 passages à zéro naturels par seconde, une fois qu'un arc continu se produit, il continuera à brûler et sera difficile à éteindre, ce qui rend très facile la cause d'un incendie. Par conséquent, un interrupteur de circuit anti-arc CC (AFCI) hautement sensible doit être déployé dans le système, et des connecteurs et équipements de commutation dédiés CC de haute qualité doivent être sélectionnés. Les exigences en matière de pose de lignes et d’isolation sont beaucoup plus strictes que celles des systèmes AC.
Un autre point clé est l’isolation électrique et la protection de la terre. La construction de micro-réseaux CC utilise souvent des systèmes non mis à la terre ou des systèmes de mise à la terre à haute résistance pour limiter les courants de défaut. Des dispositifs de surveillance de l'isolement doivent être installés du côté CC pour surveiller la résistance d'isolement des pôles positifs et négatifs à la terre en temps réel. Une fois qu'il descend en dessous du seuil, une alarme sera émise. Dans le même temps, la protection de connexion anti-retour et la protection contre les surtensions et les surintensités nécessitent également plusieurs réglages pour garantir qu'une panne d'équipement unique n'affectera pas l'ensemble du système.
Comment les micro-réseaux DC s’intègrent aux énergies renouvelables
Le partenaire le plus naturel du photovoltaïque est le micro-réseau DC. À l'aide d'un optimiseur CC ou d'un convertisseur CC/CC de chaîne, la sortie des chaînes photovoltaïques sous différentes orientations et différentes conditions d'ombre peut être optimisée, puis connectée au bus CC pour maximiser la production d'énergie. Cette méthode évite toute perte d'énergie provoquée par l'effet barillet des onduleurs string traditionnels et est particulièrement adaptée aux environnements d'installation complexes tels que les façades de bâtiments.
Les batteries qui stockent l'énergie sont intégrées, offrant ainsi la possibilité de stocker l'énergie et de réaliser une traduction temporelle. Pendant la journée, la production d’énergie photovoltaïque est suffisante et l’énergie électrique excédentaire est stockée dans la batterie. La nuit ou les jours de pluie, la batterie libère de l'énergie électrique pour l'usage du bâtiment. Dans le micro-réseau DC, la batterie est directement accrochée au bus DC à l’aide d’un convertisseur DC/DC bidirectionnel. La vitesse de réponse de charge et de décharge est rapide et l'efficacité peut atteindre plus de 95 %, ce qui est bien supérieur à la solution de « couplage AC » via la liaison AC.
Quels sont les défis liés au déploiement de micro-réseaux DC ?
Le défi le plus important auquel nous sommes confrontés aujourd’hui est le manque de normes et d’écologie. Bien qu'il existe déjà certaines normes internationales concernant les niveaux de tension, les interfaces et la sécurité dans les micro-réseaux à courant continu, telles que la CEI 60364-8-2, un système aussi complet et unifié que le système à courant alternatif n'a pas encore été établi. Sur le marché, il existe relativement peu de choix en matière de disjoncteurs, de prises, de lampes et autres équipements similaires spécifiques au courant continu, et il existe des problèmes de compatibilité entre les produits fabriqués par différents fabricants, ce qui augmente sans aucun doute les difficultés rencontrées lors de la conception et de l'approvisionnement du système.
Deuxièmement, le coût d’investissement initial est relativement élevé. Le coût du cycle de vie complet peut être inférieur, mais l'investissement initial dans des convertisseurs DC/DC, des appareils de protection spéciaux, des systèmes de contrôle intelligents, etc. se traduit par un investissement ponctuel environ 15 à 30 % plus élevé que celui des systèmes de distribution d'énergie AC traditionnels. Cela oblige les investisseurs à procéder à une évaluation complète sous deux angles : les avantages à long terme en matière d'économie d'énergie et l'amélioration de la fiabilité de l'alimentation électrique. Le seuil plus élevé limite sa vulgarisation rapide.
Quelles sont les perspectives de développement futur du micro-réseau DC ?
Étant donné que l’électrification des terminaux des bâtiments, tels que les bornes de recharge pour véhicules électriques, les cuisines entièrement électriques, et la numérisation, comme les petites stations de base 5G et les centres de données périphériques, s’accélèrent, la proportion de charges CC augmentera de façon exponentielle, ce qui entraînera une demande endogène particulièrement forte pour les micro-réseaux CC. À l'avenir, la distribution d'énergie CC deviendra probablement un équipement standard dans les centres de données, les stations de base de communication, les stations de recharge de véhicules électriques et d'autres scénarios qui ont des exigences extrêmement élevées en matière d'efficacité et de fiabilité, puis pénétrera lentement dans les bâtiments commerciaux et résidentiels.
L’intégration technologique favorisera sa maturité. Le transformateur à semi-conducteurs, également connu sous le nom de technologie SST, une fois qu'une percée en termes de coûts est réalisée, peut réaliser une isolation et une conversion de tension efficaces et flexibles entre le réseau AC et le micro-réseau DC. Dans le même temps, les logiciels de gestion prédictive de l’énergie basés sur l’intelligence artificielle deviendront plus précis. En se connectant aux signaux de réponse à la demande du réseau, les bâtiments passeront du statut de simples consommateurs d'énergie à ceux de « contributeurs » au réseau intelligent, et leur valeur économique sera davantage mise en évidence.
Pensez-vous que dans le processus de promotion des micro-réseaux DC dans les bâtiments, il est plus critique d'unifier les normes techniques, ou de présenter des produits phares et des cas de démonstration attrayants pour promouvoir le marché ? Bienvenue à partager votre point de vue dans la zone de commentaires. Si cet article vous est utile, aimez-le et partagez-le avec des amis plus intéressés.
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