Le quartier mixte utilisé dans la simulation informatique des chercheurs. Les cercles ouverts indiquent les nœuds où les maisons ont un système PINE et les cercles sombres et remplis sont les nœuds où les maisons n’ont pas de PINE. Toutes les maisons reçoivent de l’énergie du réseau.

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de la Texas A&M University and Industry ont conçu une technologie intelligente qui peut aider les entreprises de services publics à mieux servir les communautés touchées par les pannes. Les chercheurs ont déclaré que leur dispositif unique fonctionne en améliorant l’acheminement de l’énergie entre les systèmes solaires domestiques et le réseau électrique.

« Notre innovation permet aux consommateurs d’énergie solaire d’être moins dépendants du réseau électrique externe. La même technologie permet également à l’entreprise de service public de contrôler la distribution de l’énergie, ce qui est particulièrement utile lors des coupures de courant causées par les tempêtes et autres catastrophes naturelles », a déclaré le Dr Le Xie, professeur au département de génie électrique et informatique. « C’est donc un scénario gagnant-gagnant pour le consommateur et la société de services publics ».

L’étude a été publiée en ligne dans le Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics de l’Institute of Electrical and Electronics Engineers en avril.

Au cours de la dernière décennie, une forte baisse du coût des panneaux solaires a encouragé un plus grand nombre de ménages à adopter des systèmes d’énergie solaire. Dans ces foyers, le courant produit par les panneaux solaires de toit est injecté dans un onduleur avant que l’électricité ne soit prête à être utilisée à domicile et à charger les batteries solaires de secours. Un autre ensemble d’électronique de puissance permet de connecter les panneaux solaires et les batteries au réseau.

Ces connexions garantissent que les maisons sont toujours raccordées au réseau tant que celui-ci est fonctionnel. Pendant la journée, les maisons consomment plus d’énergie solaire, et tout excédent d’énergie est fourni au réseau. La nuit, les maisons tirent leur électricité du réseau.

Les chercheurs ont constaté que ces systèmes conventionnels présentent de nombreux inconvénients. Toute fluctuation de tension dans le réseau, due à des dommages sur les lignes électriques ou à une surcharge, affecte les appareils connectés dans les maisons. De plus, ils ont indiqué que le courant injecté dans le réseau à partir des maisons solaires peut présenter certaines irrégularités, connues sous le nom d’harmoniques, qui affectent la qualité de l’électricité dans le réseau.

Selon les chercheurs, un autre problème pertinent est qu’il y a peu de choses qu’une société de services publics peut faire pour limiter la quantité d’électricité consommée par les maisons solaires. Cet inconvénient est particulièrement néfaste lors de catastrophes naturelles où d’autres communautés ou services essentiels, comme les hôpitaux, ont besoin d’un soutien énergétique.

« Actuellement, il n’y a pas de système en place pour réguler ou limiter la consommation d’énergie », a déclaré le Dr Prasad Enjeti, professeur III de TI en ingénierie analogique au département de génie électrique et informatique. « Les utilisateurs finaux des systèmes solaires continuent de tirer de l’électricité du réseau parce que les compagnies d’électricité n’ont aucun moyen de la contrôler ».

Contrairement aux systèmes solaires conventionnels qui impliquent de nombreux éléments électroniques à connecter au réseau, les chercheurs ont mis au point un dispositif unique, appelé PINE (Power Electronics Intelligence at the Network Edge). Ce dispositif, qui est installé à l’extérieur d’une maison, comporte trois connexions principales : une qui va à la maison, une autre au réseau électrique et une autre aux panneaux solaires et aux batteries. Le PINE peut contrôler le flux d’électricité dans n’importe laquelle de ces directions.

« Ce dispositif est comme un routeur d’énergie intelligent », a déclaré M. Enjeti. « Il régule la tension du réseau, intègre l’énergie solaire, qui est produite localement, et gère et achemine intelligemment l’énergie dans toutes les directions. »

Les chercheurs ont conçu ce dispositif pour qu’il soit également programmable, de sorte qu’un utilisateur externe autorisé, comme la société de services publics, puisse contrôler la quantité d’électricité du réseau qui atteint les maisons solaires. Selon M. Enjeti, les systèmes PINE installés dans différentes maisons peuvent également être programmés pour communiquer entre eux et avec l’opérateur de distribution.

Pour tester si les réseaux PINE fonctionneront comme prévu, les chercheurs ont construit un prototype de matériel et effectué des simulations informatiques approfondies d’un quartier mixte dans lequel certaines maisons étaient équipées de systèmes PINE et d’autres non. Les performances du matériel ainsi que les simulations ont révélé que les maisons équipées du système PINE avaient une tension plus propre et plus stable. Au niveau du réseau, la tension injectée par ces maisons était également stable car le système PINE régulait cela aussi.

« Les systèmes PINE peuvent dynamiquement et en temps réel injecter différents supports de tension au réseau électrique. Ainsi, les compagnies d’électricité n’ont pas besoin de dépenser des millions pour acheter des batteries de condensateurs pour soutenir la tension sur les lignes d’alimentation », a déclaré Xie.

« Pendant les coupures de courant, le PINE permet aux maisons d’être autonomes et d’utiliser leur énergie solaire de manière efficace. La technologie permet également à la compagnie d’électricité d’ordonner sans fil aux systèmes PINE de limiter le courant du réseau aux maisons alimentées par l’énergie solaire et de le rediriger vers d’autres zones touchées ».

https://techxplore.com/news/2020-07-technology-homes-energy-independent-power.html

http://dx.doi.org/10.1109/JESTPE.2020.2991019

https://today.tamu.edu/2020/07/23/smart-technology-could-help-divert-power-during-blackouts/