Générateurs diesel contre stockage par batteries : comment l’économie évolue sur les marchés des zones faiblement raccordées au réseau et hors réseau

Dans de nombreux marchés d'Afrique, du Moyen-Orient et d'Amérique latine où le réseau électrique est fragile ou inexistant, les groupes électrogènes diesel demeurent une source importante d'énergie de secours et d'appoint. Ils sont répandus, faciles à déployer et capables de fournir de l'électricité en cas de panne du réseau.

Cependant, la rentabilité de la production d'électricité à partir de générateurs diesel évolue. Le prix du carburant, les coûts de transport, l'entretien courant et le remplacement des générateurs contribuent tous au coût à long terme de l'électricité. Avec la démocratisation des systèmes photovoltaïques complets et des systèmes de stockage par batteries – combinant panneaux solaires, onduleurs compatibles et batteries au lithium – les entreprises et les particuliers disposent de davantage de solutions pour réduire la durée de fonctionnement des générateurs diesel et, lorsque les conditions du système le permettent, diminuer leur dépendance à l'électricité produite par ces générateurs.

La comparaison ne se limite pas à opposer un générateur à une batterie. Elle porte sur le coût total de l'électricité produite par un groupe électrogène diesel et le coût global du cycle de vie d'un système complet composé de panneaux photovoltaïques, d'un onduleur et d'un système de stockage par batterie lithium-ion. Dans certains cas, un système hybride combinant panneaux photovoltaïques, stockage par batterie et groupe électrogène diesel peut constituer une solution de transition plus pratique que le remplacement complet du générateur.

1. Le coût réel de la production d'électricité à partir de diesel : le carburant ne représente qu'une partie de l'équation

Le poste de dépense le plus visible pour la production d'électricité à partir de diesel est le carburant. Pourtant, la consommation de carburant ne représente qu'une partie du coût total.

Une évaluation réaliste doit prendre en compte plusieurs composantes de coûts :

• Consommation de carburant : La quantité de diesel consommée dépend de la taille du générateur, de la charge de fonctionnement réelle, de son rendement et de sa durée de fonctionnement.
• Prix ​​du carburant et transport : Dans les régions isolées, le coût de livraison du diesel peut être supérieur au prix affiché à la pompe.
• Entretien : L'huile, les filtres, la révision et les réparations s'ajoutent aux frais d'exploitation.
• Amortissement et remplacement du matériel : les générateurs ont une durée de vie limitée, et leur remplacement représente une dépense d’investissement supplémentaire.
• Conditions de fonctionnement : Le bruit, les émissions de gaz d'échappement, les exigences en matière de ventilation et le stockage du carburant peuvent engendrer des considérations pratiques supplémentaires.

Pour une comparaison pertinente, le coût de production d'un groupe électrogène diesel doit être calculé en utilisant la consommation réelle de carburant sous la charge de fonctionnement prévue plutôt que la puissance de sortie maximale nominale du générateur.

Un calcul de base du coût du carburant est le suivant :

Coût du gazole par kWh = Consommation de gazole par kWh × Prix du gazole livré par litre

Par exemple, si un générateur consomme 0,30 litre de diesel pour produire un kWh d'électricité et que le prix du diesel livré est de 1,20 USD par litre, le coût du carburant seul est de 0,36 USD par kWh.

Il s'agit d'un calcul illustratif, et non d'une référence pour l'ensemble du marché. La consommation réelle et le prix du carburant varient selon le générateur, le profil de charge et le lieu. Les coûts d'entretien, d'amortissement et autres frais d'exploitation doivent être ajoutés pour estimer le coût total de l'électricité produite par un générateur diesel.

2. Comment des systèmes photovoltaïques complets et des systèmes de stockage par batterie peuvent réduire la production d'électricité à partir de diesel

Un système complet de panneaux solaires photovoltaïques et de stockage par batterie combine trois éléments essentiels :

• Panneaux photovoltaïques solaires : produisent de l’électricité à partir de la lumière du soleil.
• Onduleur : Convertit l'énergie électrique et gère le flux d'énergie entre le champ photovoltaïque, la batterie, le réseau et les charges, en fonction de la configuration du système.
• Batterie au lithium : Stocke l'énergie électrique pour une utilisation lorsque la production solaire est insuffisante ou indisponible.

Les trois composants fonctionnent de concert. Les panneaux solaires produisent du courant continu, l'onduleur gère la conversion de puissance et le fonctionnement du système, et la batterie stocke l'énergie excédentaire pour une utilisation ultérieure. L'onduleur alimente également les appareils compatibles en courant alternatif avec l'électricité convertie.

L'architecture exacte du système dépend du type d'alimentation : CC ou CA.

Systèmes photovoltaïques et de batteries couplés en courant continu

Dans une configuration typique à couplage CC, le champ photovoltaïque solaire et la batterie se connectent à un onduleur hybride compatible.

Panneaux photovoltaïques ↔ Onduleur hybride compatible ↔ Batterie au lithium

Onduleur hybride → Charges CA

L'onduleur hybride gère l'entrée photovoltaïque, la charge et la décharge de la batterie, ainsi que la conversion CC/CA pour les charges compatibles. Selon l'équipement, il peut également permettre le raccordement au réseau électrique ou à un groupe électrogène diesel.

Certaines configurations utilisent un régulateur de charge solaire séparé plutôt que d'intégrer la fonction de charge photovoltaïque à l'onduleur. L'équipement requis dépend de la conception du système.

Systèmes photovoltaïques et de batteries couplés en courant alternatif

Les configurations à couplage AC sont également courantes, notamment lorsque le stockage par batterie est ajouté à une installation solaire existante.

Dans cette configuration :

Panneaux photovoltaïques → Onduleur photovoltaïque → Système de distribution CA

Batterie au lithium ↔ Onduleur de batterie ↔ Système de distribution CA

L'onduleur photovoltaïque convertit l'électricité produite par les panneaux solaires en courant alternatif. Un onduleur de batterie compatible, distinct, gère la charge et la décharge de la batterie via le circuit alternatif du système.

L'architecture appropriée dépend de l'équipement existant, des exigences du projet et de la conception du système. Aucune des deux configurations ne doit être considérée comme compatible avec tous les modèles de batteries ou d'onduleurs.

Applications où des systèmes photovoltaïques et de batteries complets peuvent réduire l'utilisation des générateurs

1. Alimentation de secours en cas de panne de réseau

Dans les zones où le réseau électrique est fragile, un système photovoltaïque et de batteries correctement configuré peut fournir de l'électricité en cas de coupure de courant. La batterie stocke l'énergie, tandis que l'onduleur gère la distribution de l'énergie aux appareils de secours compatibles.

Cela peut réduire la nécessité de démarrer un générateur diesel à chaque panne, à condition que le système soit correctement configuré pour un fonctionnement de secours et dimensionné pour les charges et la durée requises.

2. Électricité du soir et de la nuit

Les panneaux solaires produisent de l'électricité pendant la journée. Un onduleur compatible gère le flux d'énergie, permettant au surplus de production solaire de charger la batterie. L'électricité stockée peut ensuite être utilisée après le coucher du soleil, réduisant ainsi le besoin de faire fonctionner un groupe électrogène lors des pics de consommation en soirée.

3. Charges diurnes prises en charge par la production solaire

Lorsque la production solaire est suffisante, l'onduleur peut acheminer l'électricité produite par l'énergie photovoltaïque vers les charges connectées tout en gérant la charge des batteries. Cela peut réduire les heures de fonctionnement du générateur, en fonction des conditions météorologiques, de la capacité du système et du profil de consommation du site.

4. Applications hors réseau

Dans les systèmes hors réseau, les panneaux photovoltaïques, les onduleurs et le stockage par batteries au lithium peuvent fonctionner ensemble pour fournir une part importante de la demande en électricité.

Toutefois, un générateur diesel peut rester nécessaire lors de périodes de faible production solaire, de forte demande ou de conditions météorologiques défavorables prolongées.

L'enjeu principal n'est pas de savoir si une batterie peut remplacer toutes les fonctions d'un générateur, mais plutôt si le système photovoltaïque et batterie complet peut couvrir de manière fiable les charges et les périodes de fonctionnement actuellement assurées par un générateur diesel.

3. Systèmes hybrides diesel, photovoltaïques et batteries : une stratégie de transition pratique

Pour de nombreux sites, une configuration hybride combinant panneaux photovoltaïques, stockage par batterie et générateur diesel est plus pratique que la suppression pure et simple du générateur.

Un système typique peut comprendre :

• Panneaux photovoltaïques solaires
• Un onduleur hybride compatible, ou un ensemble onduleur photovoltaïque et onduleur de batterie configuré de manière appropriée
• stockage par batterie au lithium
• Un générateur diesel
• Équipements de commutation, de protection et de contrôle requis

La stratégie de fonctionnement dépend de la configuration du système et des fonctions de contrôle prises en charge par l'équipement. Une approche courante consiste à privilégier la production solaire disponible, à l'utiliser pour alimenter les charges et charger la batterie avec l'énergie excédentaire, puis à décharger la batterie lorsque la production solaire est insuffisante.

Le générateur diesel peut rester disponible comme source d'énergie d'appoint dans des situations telles que :

• Périodes prolongées de faible production solaire
• L'état de charge de la batterie est inférieur à un seuil configuré.
• Charges dépassant la puissance disponible de l'onduleur ou de la batterie
• besoins de secours dépassant la capacité énergétique utilisable de la batterie

Certains onduleurs hybrides prennent en charge l'entrée générateur et le démarrage automatique du générateur. Cependant, le démarrage automatique n'est pas une fonctionnalité universelle. Il nécessite des fonctions de contrôle d'onduleur compatibles, des interfaces de générateur appropriées ou un équipement de contrôle externe, ainsi qu'une configuration système correcte.

De même, la charge d'une batterie à partir d'un générateur n'est possible que si l'onduleur ou l'équipement de charge prend en charge la fonction de charge CA requise et si le raccordement électrique est correctement configuré.

Un système hybride bien conçu peut réduire la consommation de diesel et la durée de fonctionnement du générateur, tout en conservant une source d'énergie de secours lorsque la production solaire et la capacité des batteries sont insuffisantes. La réduction effective dépend de la production photovoltaïque, de la capacité des batteries, de la demande en énergie, du rendement du générateur et de la stratégie de contrôle du système.

4. Comment comparer le coût par kWh : un cadre pratique

Pour une comparaison économique fiable, les deux systèmes doivent être évalués sur la même période de fonctionnement et par rapport à la même demande en électricité.

Étape 1 : Calculer le coût de l'électricité produite par un générateur diesel

Commencez par les données réelles du générateur :

• Prix ​​du diesel livré par litre
• Consommation de carburant à la charge de fonctionnement prévue
• heures de fonctionnement annuelles du générateur
• Électricité produite pendant ces heures
• coûts d'entretien et de réparation
• coût d'achat et durée de vie prévue du générateur

Le coût du carburant par kWh peut être calculé comme suit :

Coût du carburant par kWh = (Litres consommés × Prix du diesel par litre) ÷ Électricité produite en kWh

Pour une comparaison plus complète du cycle de vie, ajoutez les coûts de maintenance, d'amortissement et de remplacement du matériel.

Étape 2 : Calculer le coût du cycle de vie du système complet photovoltaïque et de batteries

Le coût d'un système photovoltaïque avec stockage par batterie ne doit pas se baser uniquement sur le prix de la batterie. Il doit inclure :

• modules photovoltaïques solaires et structures de montage
• Onduleur hybride, ou onduleur photovoltaïque et onduleur de batterie le cas échéant
• batterie au lithium
• Contrôleur de charge solaire, si requis par l'architecture du système
• Équipements de protection et de distribution électrique
• Installation et intégration du système
• Maintenance et surveillance
• Remplacement de la batterie ou de l'onduleur le cas échéant

Le coût total doit ensuite être évalué en fonction de l'électricité effectivement fournie aux charges pendant la durée de vie opérationnelle du système.

Les pertes de conversion, le rendement de l'onduleur, le rendement de charge et de décharge de la batterie, la dégradation de la batterie et les temps d'arrêt du système affectent tous la quantité d'électricité utilisable fournie.

Un calcul simplifié est :

Coût du cycle de vie par kWh fourni = Coût total du système sur l'ensemble du cycle de vie ÷ Quantité totale d'électricité fournie aux charges pendant la période d'évaluation

La période d'évaluation, la demande en électricité et les hypothèses de fonctionnement doivent être cohérentes lors de la comparaison d'un système photovoltaïque solaire et d'un système de batteries avec un groupe électrogène diesel.

Étape 3 : Estimer la période de récupération

Lorsqu'un système complet photovoltaïque et de batteries nécessite un investissement initial plus élevé mais réduit les dépenses courantes en carburant et en entretien, une simple estimation du retour sur investissement peut aider à évaluer cet investissement.

Délai de récupération simple = Investissement initial supplémentaire ÷ Économies annuelles nettes sur les coûts d'exploitation

Il s'agit d'un indicateur financier simplifié. Une évaluation d'investissement plus complète peut également prendre en compte les coûts de financement, le remplacement des équipements, les variations du prix des carburants, la dégradation du système et la valeur temporelle de l'argent.

Étape 4 : Recueillir les informations pertinentes avant de formuler une recommandation

Avant de proposer un système, obtenez les informations suivantes :

Ces informations rendent la comparaison plus pertinente par rapport au site réel et réduisent le risque de recommander un système sur la base d'hypothèses.

5. Foire aux questions

Un système photovoltaïque et de batteries peut-il remplacer complètement un générateur diesel ?

Dans certains cas, oui. Toutefois, cela dépend de la demande énergétique du site, du potentiel solaire, de l'autonomie requise, de la capacité photovoltaïque, de la puissance de l'onduleur et du stockage par batterie. Pour les sites à forte consommation ou connaissant des périodes prolongées de faible production solaire, il peut être plus judicieux de conserver un groupe électrogène de secours.

Un système complet de panneaux solaires photovoltaïques et de batteries est-il toujours moins cher qu'un groupe électrogène diesel ?

Non. La rentabilité dépend de l'investissement initial dans le système, du prix local du carburant, du rendement du générateur, de sa durée de fonctionnement, des conditions d'ensoleillement, de la durée de vie de l'équipement et des coûts de maintenance. Une comparaison du coût total de possession est plus pertinente qu'une simple comparaison du prix d'achat d'une batterie avec celui d'un générateur.

Une batterie au lithium peut-elle fonctionner avec un générateur diesel existant ?

C'est possible, mais on ne peut pas simplement brancher la batterie à n'importe quel générateur. Le système nécessite un onduleur ou un chargeur adapté, ainsi qu'une configuration électrique appropriée. L'équipement choisi doit prendre en charge l'alimentation du générateur, la charge de la batterie et les fonctions de contrôle.

Combien de diesel un système hybride peut-il économiser ?

Il n'existe pas de pourcentage d'économies unique applicable à tous les projets. Les résultats dépendent de la production solaire, de la configuration de l'onduleur, de la capacité de la batterie, du profil de charge, du rendement du générateur, de la stratégie d'exploitation et des conditions météorologiques locales. Une évaluation énergétique spécifique au site est nécessaire pour estimer les économies de carburant potentielles.

Comment choisir la capacité de la batterie ?

La capacité énergétique de la batterie, exprimée en kWh, et la puissance de sortie, exprimée en kW, sont deux spécifications distinctes. La capacité de la batterie doit être adaptée à l'énergie requise pendant la période de secours prévue, tandis que la puissance de décharge admissible de la batterie et la puissance de sortie de l'onduleur doivent être suffisantes pour les charges connectées. La capacité utile, les limites de fonctionnement et le rendement du système doivent également être pris en compte.

Les batteries au lithium sont-elles toutes compatibles avec tous les onduleurs hybrides ?

Non. La compatibilité doit être vérifiée pour chaque modèle de batterie et d'onduleur. Les facteurs clés incluent la plage de tension de fonctionnement de la batterie, le courant de charge et de décharge maximal, le protocole de communication du BMS, le câblage et les paramètres de communication, ainsi que toute exigence spécifique au modèle.

Une tension nominale ou une interface de communication identiques ne garantissent pas la compatibilité. Avant l'installation, veuillez utiliser des combinaisons de modèles vérifiées et la documentation technique des fabricants concernés.

Conclusion : Évaluez le système énergétique dans son ensemble, et non seulement le prix des équipements.

L'évolution du modèle économique des groupes électrogènes diesel crée des opportunités pour les systèmes photovoltaïques complets et le stockage d'énergie par batteries lithium-ion sur les marchés des zones à faible connectivité et hors réseau. Cependant, la solution idéale ne consiste pas forcément à supprimer tous les groupes électrogènes. Dans de nombreux cas, la réduction des heures de fonctionnement des groupes électrogènes grâce à la production d'énergie solaire, à la gestion de l'énergie par onduleur et au stockage par batteries offre une approche plus pratique et plus rentable.

Pour les entreprises qui évaluent ces systèmes, l'étape la plus importante consiste à comparer le coût de l'électricité fournie au fil du temps. La consommation réelle de carburant, les prix locaux du diesel, la demande en énergie, les conditions d'ensoleillement, le dimensionnement de l'onduleur et des batteries, ainsi que les coûts du cycle de vie doivent tous être pris en compte dans la décision.

LEMAX propose des solutions de stockage d'énergie résidentielles par batteries LiFePO4 disponibles en plusieurs capacités. Pour les projets intégrant le stockage d'énergie par batterie à un système solaire ou hybride, le choix de la batterie appropriée nécessite une analyse de la tension du système, des exigences de charge et de décharge, de la communication avec le système de gestion de batterie (BMS) et de la compatibilité avec l'onduleur. La compatibilité doit être vérifiée pour chaque modèle de batterie et d'onduleur, et non présumée d'une marque à l'autre ou d'une gamme de produits à l'autre.

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