Dans un système de stockage d’énergie par batteries (BESS), il est également nécessaire de gérer la manière dont l’énergie est convertie, distribuée et intégrée à l’installation électrique. C’est là qu’intervient le PCS (Power Conversion System).
Qu’est-ce qu’un PCS (Power Conversion System) ?
Le PCS (Power Conversion System) est un système de conversion de puissance qui permet de gérer les flux d’énergie électrique entre les batteries et le réseau ou l’installation de consommation.
Les batteries stockent l’énergie sous forme de courant continu (DC), tandis que la plupart des installations industrielles et le réseau électrique fonctionnent en courant alternatif (AC).
Le PCS assure la conversion de l’énergie dans les deux sens :
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Du courant alternatif vers le courant continu (AC/DC) : permet de charger les batteries avec de l’énergie provenant du réseau ou d’une installation de production raccordée en courant alternatif.
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Du courant continu vers le courant alternatif (DC/AC) : permet d’utiliser l’énergie stockée dans les batteries pour alimenter les équipements de l’installation ou l’injecter dans le réseau, lorsque cela est autorisé.
Contrairement à un onduleur conventionnel unidirectionnel, un PCS destiné au stockage d’énergie permet de gérer des flux d’énergie bidirectionnels.
Quel est le rôle du PCS dans un système BESS ?
Le PCS est un élément qui permet d’intégrer les batteries dans la stratégie énergétique d’une entreprise. Ses principales fonctions sont les suivantes :
1. Gérer la charge et la décharge des batteries
Il permet de convertir l’énergie électrique afin que les batteries puissent être chargées et déchargées conformément aux consignes du système de contrôle, tout en respectant les limites techniques des équipements.
2. Intégrer le stockage d’énergie à l’installation photovoltaïque
Dans une installation en autoconsommation solaire, le PCS facilite l’utilisation de l’énergie stockée lorsque la production photovoltaïque est insuffisante ou lorsque son utilisation est plus avantageuse d’un point de vue énergétique et économique.
3. Contribuer à réduire les pics de demande électrique
Associé à un système de gestion de l’énergie (EMS), le PCS permet de décharger les batteries pendant les périodes de forte consommation. Cette stratégie, appelée peak shaving ou écrêtement des pointes, peut contribuer à réduire les pics de puissance appelée et à optimiser les coûts d’électricité, selon la structure tarifaire et le profil de consommation de chaque entreprise.
4. Faciliter l’optimisation des périodes de consommation
Le PCS permet de mettre en œuvre des stratégies de load shifting, ou décalage de charge, en chargeant les batteries pendant certaines plages horaires et en les déchargeant à d’autres moments. Cette fonctionnalité peut offrir des avantages économiques aux installations présentant des différences significatives de prix entre les périodes tarifaires.
5. Contribuer à la continuité de l’alimentation électrique
Lorsque le système est conçu pour fonctionner en mode îloté et comprend les équipements de commutation et de protection nécessaires, le PCS peut contribuer à assurer une alimentation électrique de secours en cas d’interruption du réseau.
Il est important de noter que tous les PCS ne disposent pas d’une fonction d’alimentation de secours (backup).
PCS, BMS et EMS : trois systèmes différents qui fonctionnent ensemble
Dans une installation BESS, il est important de distinguer trois systèmes souvent confondus :
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PCS (Power Conversion System) : convertit l’énergie entre courant continu et courant alternatif et contrôle la conversion de puissance.
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BMS (Battery Management System) : surveille l’état des batteries, notamment les tensions, les températures et les limites de fonctionnement, afin de les protéger et de garantir un fonctionnement sûr.
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EMS (Energy Management System) : gère la stratégie énergétique globale en déterminant quand il convient de charger ou de décharger les batteries en fonction de la consommation, de la production et d’autres variables.
Comment choisir le PCS adapté à une installation industrielle ?
Tous les systèmes de conversion de puissance n’offrent pas les mêmes performances. Il est donc nécessaire d’analyser plusieurs facteurs avant de dimensionner un PCS :
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Puissance nominale : détermine la puissance maximale que le système peut convertir en continu dans les conditions spécifiées.
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Compatibilité avec les batteries : il convient de vérifier les plages de tension et de courant ainsi que les caractéristiques du système de stockage.
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Rendement de conversion : les pertes d’énergie lors de la charge et de la décharge influencent l’efficacité globale du BESS.
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Compatibilité avec l’installation électrique : il faut tenir compte de la tension de raccordement, des dispositifs de protection, des exigences du réseau et de l’intégration avec les équipements existants.
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Fonctionnalités opérationnelles : il est nécessaire de déterminer si le système doit fonctionner en autoconsommation, pour l’écrêtement des pointes (peak shaving), le décalage de charge (load shifting), les services au réseau ou l’alimentation de secours.
Un aspect particulièrement important consiste à distinguer la puissance du PCS, exprimée en kW, de la capacité de stockage des batteries, exprimée en kWh.
Par exemple, un BESS d’une capacité de 400 kWh équipé d’un PCS de 200 kW pourrait, dans des conditions idéales, fournir une puissance de 200 kW pendant deux heures. Dans une installation réelle, cette autonomie dépendra de l’énergie utile disponible, des pertes et des conditions de fonctionnement.
Par conséquent, le dimensionnement correct du PCS est tout aussi important que la détermination de la capacité de stockage des batteries.
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Le PCS est un composant essentiel de tout projet de stockage d’énergie, mais ses performances et sa contribution dépendent de la conception globale de l’installation.
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