Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 6 : Commande et surveillance
Guidance

Les batteries ne sont normalement pas munies d'organe de réglage. C'est donc la gestion de l'ensemble de l'installation qui détermine la façon dont les batteries vont être utilisées, donc aussi leur vitesse de vieillissement.

Du point de vue du vieillissement des batteries, il convient d'éviter

• d'une part les décharges excessives
• d'autre part les surcharges prolongées

La façon d'éviter ces situations peut faire appel à des dispositifs simples (au risque de pas obtenir la meilleure durée de vie de la batterie) ou au contraire à des algorithmes sophistiqués.

On peut ajouter à la liste des situations à éviter l'apparition d'un déséquilibre de charge entre les éléments montés en série. En effet, on ne contrôle normalement pas la charge de chaque élément séparément ; il en résulte que les éléments les plus faibles pourraient se trouver déchargés avant les autres sans que le système de contrôle s'en rende compte. On risque alors une décharge trop profonde de ces éléments, voire un retournement de leur polarité, des situations très dommageables pour leur durée de vie.
Pour éviter cette situation, il est bon de terminer la charge d'une batterie par une surcharge d'égalisation, que l'on effectue pendant un temps limité. Pendant ce temps, on accepte l'apparition de l'électrolyse dans la plupart des éléments, sauf dans les éléments "faibles" qui peuvent terminer leur charge.

Utilisation de modules autorégulants

La façon la plus simple d'éviter la surcharge des batteries est de réaliser entre la batterie et les modules une liaison directe (donc avec une simple diode antiretour), mais en choisissant un nombre de cellules en série tel que la tension à vide du champ photovoltaïque soit inférieure à la tension de pleine charge des batteries. De cette façon, la charge des batteries s'arrête automatiquement lorsque la charge est complète.

On utilise parfois dans ce but des modules autorégulant. Il s'agit tout simplement de modules constitués par la mise en série d'un nombre de cellules inférieur à la normale. Par exemple, pour une installation 12 V, on utilisera des modules formés de 32 cellules seulement alors que le nombre normal est de 36. On table sur le fait que, lorsque la batterie sera complètement chargée, sa tension va s'élever au-dessus de la tension à vide des modules, qui seront ainsi mis dans l'impossibilité de fournir du courant au système.

Cette solution a le mérite de la simplicité, mais elle donne de mauvais résultats en pratique car, par temps chaud, la tension à vide des modules peut devenir inférieure à la tension des batteries même quand celles-ci sont incomplètement chargées. Inversement, par temps froid, il se peut que la tension à vide des modules soit supérieure à celle de la batterie même lorsque celle-ci est complètement chargée, et donc que le phénomène d'électrolyse se produise. En outre, avec des modules autorégulant, la surcharge d'égalisation ne s'effectue pas, avec l'inconvénient mentionné ci-dessus.

Contrôle basé sur l'état de charge

Une solution plus élaborée consiste à prendre des mesures concernant la batterie seulement lorsqu'elle atteint sa charge maximale ou sa charge minimale. Nous avons vu la semaine précédente qu'il existe plusieurs façons d'estimer l'état de charge, allant de la plus rudimentaire (simple surveillance de la tension) à des solutions très sophistiquées.
On notera que les profils de charge conseillés par le fabricant des batteries ne peuvent pas être suivis scrupuleusement puisque l'on ne dispose par toujours de l'énergie nécessaire pour cela. On peut donc seulement adopter une stratégie inspirée de ces profils. En particulier, il est fréquent de devoir postposer la surcharge d'égalisation. Le dispositif de contrôle devrait donc être muni d'une horloge et garder en mémoire la situation de la batterie par rapport à cette surcharge d'égalisation.

La capacité des batteries dépend de leur vieillissement. Si l'on veut avoir une information quant à l'état de vieillissement des batteries, la stratégie la plus sûre consiste à les décharger complètement à intervalle régulier, et cela juste après une charge complète, afin que le système de contrôle puisse adapter la valeur de la pleine capacité et remettre à zéro son estimateur de charge.
Bien entendu, pour que cette manoeuvre puisse être effectuée sans interruption du service de l'installation, il faut que la batterie ait été partagée en plusieurs parties pouvant être individuellement mises en charge ou en décharge.
Le fait de procéder périodiquement à une décharge complète a aussi pour intérêt, dans le cas des batteries au nickel, d'éviter l'apparition de l'effet de mémoire. Par contre, cette opération est nuisible aux batteries au plomb et ne doit donc être menée dans ce cas qu'un petit nombre de fois sur la vie de la batterie.

Contrôle tenant compte d'autres considérations

Si le contrôle se borne à surveiller l'état de charge des batteries, on risque d'alimenter des charges d'une utilité faible lorsque l'énergie est disponible ... et de ne pas pouvoir par la suite alimenter des charges plus indispensables parce que les batteries n'ont pas été rechargée. On est donc amené à utiliser des algorithmes capables de déconnecter certaines charges en tenant compte de l'état des batteries. De la même façon, si le prix de l'énergie fournie au réseau n'est pas constant, la commande centrale peut tenir compte de ce prix et renvoyer de l'énergie au réseau au moment où le prix est le plus intéressant même si les batteries ne sont pas complètement chargées.

Dernière mise à jour le 08-04-2004