Au-delà des mythes : la fiabilité de l’énergie solaire et son rôle stabilisateur dans les réseaux électriques modernes

Pendant des décennies, la croyance populaire dans le secteur de l'énergie a considéré que les sources renouvelables-en particulier l'énergie solaire-étaient trop intermittentes et peu fiables pour servir de base aux systèmes électriques modernes. Une idée fausse persistante est que les panneaux solaires se dégradent rapidement, tombent en panne sous l’effet du stress et, pire encore, introduisent le chaos dans le jeu délicatement équilibré de l’offre et de la demande sur le réseau électrique. Les critiques ont souvent fait valoir que l’énergie solaire est non seulement instable, mais aussi une menace pour la stabilité du réseau, capable de provoquer des variations de tension et des pannes d’électricité.

Cependant, cette vision est de plus en plus dépassée. S'appuyant sur des décennies de données opérationnelles, de progrès en électronique de puissance et d'expériences réelles en matière d'intégration de réseau, une image très différente se dessine : la technologie solaire s'est avérée exceptionnellement fiable et, lorsqu'elle est déployée de manière réfléchie, elle améliore activement la résilience et la stabilité du réseau. Cet article vise à démystifier les réalités techniques derrière la fiabilité solaire et son influence positive sur les systèmes électriques.

La première pensée de certaines personnes à propos des panneaux solaires est qu’ils ne sont pas fiables. Mais en réalité, ce n’est vraiment plus le cas ! La plupart des panneaux photovoltaïques d’aujourd’hui sont bien plus fiables, plus solides que jamais et nécessitent beaucoup moins d’actions de maintenance de votre part que les formes précédentes de production d’énergie. Contrairement aux moteurs à turbine à gaz et aux moteurs diesel (qui ont des machines rotatives), les panneaux solaires n'ont pas de pièces rotatives, ce qui signifie qu'ils n'ont aucune place pour l'usure et/ou la lubrification. Le composant principal d'un panneau solaire, la « jonction semi-conductrice », a été fabriqué à l'aide d'une technologie de silicium éprouvée, utilisée avec succès en électronique depuis plus de 50 ans et qui s'est révélée absolument fiable !

Dans les études d'évaluation environnementale à long terme telles que celles menées par le Laboratoire national des énergies renouvelables des États-Unis (NREL), des études indiquent que les modules photovoltaïques de haute qualité subissent une dégradation annuelle de la puissance nominale de moins de 0,5 % par an ; de nombreux systèmes installés dans les années 1980 et 1990 produisent actuellement 80 % ou plus de leur puissance nominale initiale après plus de 30 ans de service. La plupart des fabricants de modules photovoltaïques offrent des garanties pour les modules photovoltaïques pour une période minimale de 25 ans ; cependant, les modules resteront probablement opérationnels longtemps après cette date. Bien que les pannes surviennent approximativement en raison de facteurs externes (c'est-à-dire une mauvaise installation, des conditions météorologiques extrêmes), le taux de défaillance inhérent des modules photovoltaïques est inférieur à 0,05 % par an.-le taux de défaillance de la plupart des autres technologies de production d'électricité, y compris de nombreux composants d'une centrale électrique à combustible fossile-est égal ou inférieur au taux de défaillance des modules photovoltaïques, ce qui fait de l'énergie solaire une option matérielle plutôt fiable.

 

Le deuxième mythe, plus technique, est que l’énergie solaire « détruit » la stabilité du réseau. Cette préoccupation est historiquement apparue avec les premiers onduleurs-liés au réseau, qui étaient conçus pour simplement injecter autant d'énergie que possible dans le réseau et se déconnecter immédiatement en cas de perturbation. Si ce comportement passif pourrait, en théorie, réduire l’inertie du système, ce n’est plus la norme.

Les -onduleurs prenant en charge le réseau-souvent appelés "onduleurs intelligents" ou "onduleurs-formant le réseau"-changent la donne-changent la donne. Ils intègrent des fonctions de contrôle avancées qui contribuent activement à la santé du réseau. Les principales fonctionnalités incluent :

Contrôle de tension et de fréquence :L'onduleur intelligent peut corriger les écarts de tension et de fréquence comme un générateur synchrone AVR normal en ajustant leur puissance de sortie réelle et réactive en millisecondes.

Fonctionnalités de passage - :Les nouveaux onduleurs sont dotés d'une fonctionnalité de maintien-qui leur permet de continuer à alimenter le réseau en cas de pannes de courte durée (par exemple, en cas de foudre ou de chute d'une branche d'arbre sur une ligne électrique) et de réinjecter-de l'énergie dans le réseau dès que le défaut est résolu.

Inertie synthétique :L’énergie solaire n’a pas la masse physique en rotation d’une turbine à vapeur, mais les onduleurs avancés ont la capacité de puiser et d’injecter de l’énergie à une vitesse élevée pour simuler l’inertie lorsque la fréquence change. Cette inertie synthétique donne aux générateurs conventionnels de précieuses millisecondes pour atteindre leur puissance maximale.

Loin de déstabiliser le réseau, ces fonctionnalités permettent aux zones solaires à forte pénétration-de fonctionner avec une plus grande résilience. Par exemple, en Australie-Méridionale,-une région comptant plus de 60 % d'énergies renouvelables instantanées-des onduleurs formant réseau-ont réussi à démarrer automatiquement des réseaux locaux-après une séparation majeure du système, ce qui n'était auparavant possible qu'avec des centrales hydroélectriques ou à gaz.

La production d'énergie solaire distribuée réduit la tension sur les lignes de transport existantes, car elle est produite plus près du point d'utilisation que l'électricité traditionnelle basée sur le réseau. La production traditionnelle d’électricité repose sur de grandes centrales produisant de l’électricité, qui est ensuite transportée sur des centaines de kilomètres via des lignes de transport à haute tension, pour être finalement utilisée là où elle est nécessaire. Ce modèle (hub-et-rayons) permet une perte comprise entre 8 - 10 % de la production initiale d'énergie et crée un point de défaillance unique. Par exemple, lorsqu'un poteau ou une tour de transmission tombe, une panne d'électricité massive peut être créée à la suite de la conception typique d'un réseau en étoile-et-en étoile.

En créant de l'électricité stockée ou produite, grâce à l'utilisation de l'énergie solaire distribuée à proximité du point de consommation, la quantité d'électricité transportée de la sous-station à un point de consommation est réduite. Cela signifie que la demande d’énergie électrique du consommateur a diminué par rapport à ce qui est actuellement démontré en utilisant un réseau traditionnel. Cette réduction de la demande retardera, voire éliminera, la nécessité de procéder à des mises à niveau coûteuses des systèmes de transport et de distribution. De plus, lors d’incendies de forêt, d’ouragans et/ou de cyberattaques, il y aura un certain nombre d’installations de stockage solaire et dispersées, qui seront capables de créer des micro-réseaux pour, au moins en partie, continuer à alimenter les installations clés (comme le traitement de l’eau et les hôpitaux) pendant que le réseau électrique central global s’efforce de se rétablir. C’est ce que nous appelons la résilience du réseau.

Il y a longtemps, on pensait que la technologie solaire n’était pas fiable et qu’elle pouvait détruire le réseau. Il y a maintenant des décennies d'histoire d'exploitation montrant que les modules photovoltaïques (PV) sont un composant fiable et durable, donc nécessitant très peu d'entretien et de nombreuses années de fiabilité. La technologie des onduleurs a évolué rapidement et a transformé l’énergie solaire d’une source d’énergie passive, parfois problématique, en un participant actif à la stabilité du réseau en fournissant un support de tension, une régulation de fréquence et une inertie synthétique. L'utilisation de l'énergie solaire dans une application distribuée contribue à atténuer la congestion du transport et à accroître la résilience du réseau électrique face aux perturbations majeures.

Alors que nous accélérons notre transition énergétique, il est important que tous les ingénieurs, décideurs politiques et le public utilisent la technologie la plus récente à leur disposition, au lieu d’utiliser les craintes du passé concernant la technologie elle-même. Par conséquent, l’énergie solaire est en train de passer d’un maillon faible à l’un des composants les plus importants et les plus stabilisateurs du réseau électrique du 21e siècle.