Gestion dynamique de l’énergie par batteries et photovoltaïque

L’un des défis auxquels est confrontée l’adoption généralisée des énergies renouvelables est la production fluctuante des systèmes photovoltaïques – pour les entreprises énergivores, cela signifie que leurs réseaux de distribution deviennent rapidement inadéquats.

Les chercheurs de Fraunhofer ont développé une solution qui combine l’énergie provenant de sources renouvelables avec l’électricité du réseau public et utilise des batteries pour compenser les fluctuations. Cette approche profitera particulièrement aux entreprises qui souhaitent investir dans le développement durable avec le photovoltaïque et réduire leurs coûts énergétiques dans le processus. Un laboratoire vivant, qui imite les conditions pratiques, donnera aux clients de l’industrie la possibilité de tester des composants et des solutions système. La solution permet également une gestion plus efficace des bornes de recharge des voitures électriques.

De plus en plus, les entreprises de l’industrie utilisent de l’énergie provenant de sources renouvelables, telles que le photovoltaïque, en plus du réseau électrique public. Mais les productions d’énergie éolienne et solaire fluctuent, ce qui rend la gestion de l’énergie complexe. Les batteries sont appelées à jouer un rôle important dans la résolution de ce problème : elles servent de tampons et compensent les fluctuations de la puissance électrique. Si les entreprises industrielles avec des systèmes photovoltaïques installés sur leurs toits peuvent combiner avec succès l’électricité autoproduite générée par le photovoltaïque avec l’électricité des réseaux publics, elles en bénéficieront énormément.

Il y a une demande croissante pour ce faire, car les prix de l’énergie augmentent actuellement de façon spectaculaire. L’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire ISE à Fribourg répond à ce besoin avec son projet Haid-Power. L’Institut Fraunhofer pour la dynamique à grande vitesse, Ernst-Mach-Institut, EMI, également basé à Fribourg, s’est joint à nous en tant que partenaire.

Un système complet de gestion de l’énergie

“Nous développons une solution que les entreprises de l’industrie manufacturière peuvent utiliser pour combiner le photovoltaïque et le stockage sur batterie afin de compléter leurs besoins en énergie et en électricité”, explique Felix Stortz, chercheur au sein du groupe Applied Storage Systems de Fraunhofer ISE. En tant que plus grand institut de recherche solaire en Europe, l’institut apporte une richesse d’expertise à la table.

Le concept est simple : le logiciel est alimenté par les données de consommation de toutes les machines de fabrication, ainsi que par des données sur l’état et la capacité de charge des batteries chargées à l’aide de l’énergie solaire. “Le système de gestion de l’énergie peut alors déterminer la quantité d’énergie que les batteries sur site peuvent fournir et la quantité d’énergie qui doit être prélevée sur le réseau public”, explique M. Stortz.

En exploitant plus efficacement le potentiel des énergies renouvelables, les entreprises peuvent réduire leurs émissions de CO₂ émissions tout en économisant sur les coûts d’électricité. La gestion intelligente de l’énergie permet également d’éviter la nécessité d’investissements majeurs, tels que l’installation de nouvelles lignes électriques.

Gestion de l’énergie avec capacités prédictives

L’intensité du rayonnement solaire peut parfois être prédite des jours à l’avance. Il en va de même pour la production des systèmes photovoltaïques. Ces informations, associées à des données facilement disponibles sur les taux typiques de consommation d’énergie pour toutes les machines de fabrication, peuvent permettre au logiciel de faire des prévisions. Ainsi, l’équipe dirigeante d’une entreprise peut planifier à l’avance la quantité d’énergie qu’elle peut attendre de ses systèmes photovoltaïques et celle qu’elle devra prélever sur le réseau électrique public. En principe, les prix de l’électricité pourraient également être pris en compte dans ce processus de planification : les batteries pourraient servir de tampon pendant les pics de tarification.

Cependant, cela ne veut pas dire que le système repose sur les prévisions. Les données actuelles sur la consommation d’énergie des machines sont transmises au système via des compteurs intelligents, tout comme l’état actuel des batteries. Cela signifie que le système peut réagir à tout moment, par exemple si une machine doit être démarrée à court terme.

Utiliser la gestion des charges pour éviter les pics de consommation

L’un des composants essentiels de cette solution est sa gestion intégrée de la charge. Alors que la gestion de l’énergie est le premier outil impliqué dans la stratégie globale de production et de consommation d’énergie à partir de diverses sources, la gestion de la charge est un outil de réaction aux pics de consommation. Par exemple, si un système énergivore, tel qu’un four, est mis en service lorsque la capacité de charge des unités de stockage d’énergie est épuisée, alors plus de puissance doit être prélevée sur le réseau public. Le système de gestion des charges peut le signaler au système de gestion de l’énergie. Cela garantit alors que les autres machines contrôlables sont étranglées ou complètement éteintes. “Il pourrait également être possible de faire fonctionner les machines ultérieurement, lorsque les batteries sont chargées, à condition que le processus de production le permette”, explique M. Stortz.

Les experts de Fraunhofer ont utilisé le langage de programmation Python pour programmer la solution de gestion de la charge. Cela offre une transparence totale. Le système est en développement continu et fonctionne sur des PC industriels utilisant des interfaces standard. “Il est également tout à fait possible de mettre en place un système dans lequel l’opération se déroule sur le propre serveur de l’entreprise et peut être contrôlée via Internet”, déclare M. Stortz.

Solutions de test pour les clients de l’industrie dans un laboratoire vivant

Afin d’établir les conditions optimales pour leur projet et de permettre d’autres projets de recherche à l’avenir, les chercheurs de Fraunhofer mettent en place le centre de développement et de test Haidhaus. Cette plate-forme technologique flexible utilisera un système photovoltaïque et un stockage de batterie modulaire comme base matérielle. En outre, les instituts Fraunhofer de Fribourg travaillent sur un laboratoire vivant, où l’accent sera également mis sur les technologies des batteries. Le laboratoire servira de plate-forme pour le développement et la réalisation de tests pratiques sur les composants et les solutions système. Il sera également disponible pour les clients de l’industrie qui souhaitent tester et valider leurs modèles et systèmes dans des conditions de fonctionnement réelles.

Ainsi, le living lab sera une plateforme de développement de concepts pionniers de gestion de l’énergie permettant aux fournisseurs d’électricité commerciaux et publics d’accomplir la transition énergétique. Dans le secteur de l’e-mobilité, le principe de gestion intelligente de l’énergie est également considéré comme un facteur clé de succès. Par exemple, si de nombreuses voitures électriques doivent être rechargées en même temps dans une certaine rue, le système pourrait empêcher les pics de charge dans le réseau de distribution en limitant temporairement la fonction de recharge rapide aux bornes de recharge.