Principe de fonctionnement des systèmes de stockage d'énergie résidentiels

Un système de stockage d'énergie résidentiel se compose généralement de trois composants principaux : un système de production d'énergie photovoltaïque (PV), un sous-système de stockage d'énergie et des charges électriques. Le système PV convertit l'énergie solaire en électricité à courant continu (CC). Le sous-système de stockage d'énergie comprend une batterie et un onduleur bidirectionnel, responsables de la conversion bidirectionnelle entre le CC et le courant alternatif (CA) ainsi que de la gestion de la charge et de la décharge de la batterie. Les charges électriques sont divers appareils ménagers qui consomment la puissance CA du système.

Pendant le fonctionnement, l'électricité CC générée par les panneaux photovoltaïques est d'abord convertie en courant alternatif par l'onduleur pour alimenter les appareils ménagers, l'énergie excédentaire étant stockée dans la banque de batteries. Pendant la nuit ou les périodes sans irradiation solaire, la banque de batteries se décharge et l'énergie électrique est convertie en courant alternatif par l'onduleur pour alimenter en continu les charges ménagères. En cas de déficit de puissance, le système peut également acheter de l'électricité du réseau électrique en tant qu'énergie supplémentaire. Ce système utilise efficacement la production d'énergie solaire, réduit les charges de pointe sur le réseau, économise les coûts d'électricité et peut être considéré comme une "micro-centrale électrique" intégrée dans le ménage.

Ce système intégré, combinant la production d'énergie solaire, la gestion du stockage d'énergie et l'utilisation intelligente de l'énergie, est une direction réalisable et prometteuse pour les futures applications énergétiques résidentielles.

Technologies de batteries pour les systèmes de stockage d'énergie

La banque de batteries est le composant central d'un système de stockage d'énergie. Les principales technologies de batteries et leurs principes de fonctionnement sont les suivants :

Batteries lithium-ion

Les batteries lithium-ion utilisent de l'oxyde de métal lithium / oxyde de métal lithium ou des matériaux d'oxyde de métal lithium / carbone comme matériaux d'électrode positive et négative. Elles présentent une densité d'énergie élevée, une longue durée de vie et aucun effet de mémoire, ce qui en fait le choix optimal actuel pour les applications de stockage d'énergie résidentielles. Les batteries lithium-ion sont également largement utilisées dans les véhicules électriques, les ordinateurs portables et d'autres applications.

Batteries au plomb

Les batteries plomb-acide sont un type de batterie secondaire relativement traditionnel, utilisant le plomb et ses oxydes comme matériaux d'électrode positive et négative. Bien que la technologie des batteries plomb-acide soit relativement mature et peu coûteuse, elle a une densité d'énergie relativement faible, une durée de vie courte et nécessite un entretien périodique et un réapprovisionnement en électrolytes. Les batteries plomb-acide sont principalement utilisées dans les systèmes de démarrage-arrêt automobiles, les stations de base de télécommunications et les alimentations de secours des centres de données.

Batteries plomb-carbone

Les batteries plomb-carbone incorporent des matériaux modifiés au carbone dans l'électrode positive des batteries plomb-acide traditionnelles, ce qui réduit les taux d'autodécharge pendant la veille et améliore les performances de décharge à haut débit. Cependant, leurs paramètres de performance globaux sont comparables à ceux des batteries plomb-acide, et elles souffrent également d'une courte durée de vie et d'une grande empreinte.

Batteries à flux redox entièrement au vanadium

Les batteries à flux redox au vanadium utilisent deux états d'oxydation différents du vanadium dans des solutions d'électrolytes liquides en tant que matériaux actifs positifs et négatifs, l'énergie étant stockée dans les liquides plutôt que dans les matériaux d'électrodes. Leurs principaux avantages comprennent une longue durée de vie (> 10 000 cycles), une capacité de charge et de décharge complète et le respect de l'environnement, ce qui en fait un candidat potentiel pour les applications de stockage d'énergie résidentielles et à grande échelle.

Batteries sodium-soufre

Les batteries sodium-soufre utilisent du sodium fondu et du soufre fondu comme matériaux d'électrode négative et positive, respectivement, fonctionnant à des températures élevées de 300 à 350 ° C. Leurs performances exceptionnelles à haute température les rendent adaptées au stockage d'énergie dans les régions tropicales, mais leurs inconvénients, tels qu'une auto-décharge rapide, une faible efficacité du cycle et des problèmes de sécurité, ont limité leur déploiement à grande échelle.

Batteries à semi-conducteurs

Les batteries à semi-conducteurs remplacent les électrolytes liquides ou gels traditionnels par des électrolytes solides inorganiques ou polymères, offrant une stabilité thermique, une sécurité et une densité d'énergie volumétrique plus élevées. Elles sont considérées comme une direction future pour les batteries à haute densité d'énergie et sont actuellement principalement utilisées dans les sources d'alimentation des appareils portables à micro-échelle.

Applications et perspectives des technologies de stockage d'énergie

Les systèmes de stockage d'énergie sont une technologie clé pour permettre la transition énergétique et augmenter l'utilisation des sources d'énergie renouvelables. Pour les centrales à énergie renouvelable intermittentes, telles que l'énergie solaire et éolienne, l'électricité produite pendant la journée ou les périodes venteuses ne peut pas être consommée immédiatement, ce qui nécessite des systèmes de stockage d'énergie pour stocker l'énergie excédentaire. Pendant la nuit ou les périodes sans production d'énergie renouvelable, l'énergie stockée peut être déchargée pour alimenter les charges, équilibrant efficacement l'inadéquation de distribution temporelle et spatiale des ressources énergétiques.

Applications commerciales

Dans le secteur commercial, les principales applications des systèmes de stockage d'énergie comprennent :

Rasage de pointe et remplissage de la vallée :

En chargeant les batteries avec de l'électricité à faible coût pendant les périodes creuses et en les déchargeant pendant les périodes de pointe, une gestion efficace des coûts d'électricité peut être obtenue.

Changement de charge :

En utilisant des systèmes de stockage d'énergie pour répondre à une partie de la demande de charge, l'impact des charges de pointe sur le réseau peut être réduit, ce qui permet une capacité électrique contractuelle inférieure et des économies de coûts d'électricité de base.

À mesure que les technologies de stockage d'énergie progressent et que les prix des systèmes de batteries baissent, les systèmes de stockage d'énergie à l'échelle commerciale deviennent progressivement économiquement viables.

Applications résidentielles

Dans le secteur résidentiel, les systèmes de stockage d'énergie domestique rentables rendent l'application du solaire photovoltaïque distribué et d'autres systèmes d'énergie renouvelable plus faisable. Traditionnellement, un inconvénient majeur de la production d'énergie solaire a été l'inadéquation entre la production d'énergie diurne et la demande d'énergie nocturne. Avec l'intégration des systèmes de stockage d'énergie, l'énergie solaire générée pendant la journée peut être stockée efficacement, et l'énergie stockée peut être utilisée pour alimenter en continu le ménage la nuit, permettant une utilisation 24 heures sur 24 de la production d'énergie solaire.

Applications pratiques

Le but ultime du développement de technologies de stockage d'énergie est de fournir des services de soutien pour les systèmes de réseau à grande échelle. Avec l'aide du stockage d'énergie à grande échelle, l'électricité produite par des sources renouvelables intermittentes telles que les centrales éoliennes, solaires, hydroélectriques et marémotrices peut être stockée et distribuée efficacement comme énergie de régulation dans le réseau, remplaçant les centrales électriques traditionnelles alimentées aux combustibles fossiles et favorisant la transition sobre en carbone et propre de l'industrie de l'énergie. Le développement et l'application de technologies de stockage d'énergie jetteront les bases d'une utilisation généralisée des sources d'énergie renouvelables et du remplacement complet éventuel des combustibles fossiles.