Le nombre de consommateurs d’électricité dans vos propres murs ne cesse d’augmenter et, par conséquent, la consommation d’électricité augmente également. (Image : ikuvshinov @ AdobeStock)

L’énergie devient une ressource précieuse. Avec l’importance croissante des sources d’énergie électrique renouvelables, le besoin de dispositifs de contrôle fiables et résilients pour gérer les sources d’énergie intelligentes et les solutions de stockage d’énergie augmente. La conversion DC/DC est une partie importante de la gestion de l’énergie, mais l’espace disponible dans les armoires de commande d’aujourd’hui est limité, de sorte que des composants compacts et très efficaces sont nécessaires. Le maintien des systèmes de contrôle en fonctionnement pendant les pannes de courant et les interruptions d’alimentation peut être évité grâce à l’utilisation de supercondensateurs, et des fusibles puissants et rapides sont essentiels à la sécurité à des charges de courant élevées.

Gestion de l’énergie dans la maison intelligente

La prise de conscience de la gestion responsable de l’énergie et des ressources augmente. Cet aspect joue un rôle important en particulier dans les maisons intelligentes, qui sont souvent conçues pour être durables. Ils combinent différentes applications IoT, dont certaines sont très consommatrices d’énergie. Un système de gestion de l’énergie peut aider à optimiser la consommation. Cependant, pour qu’une maison intelligente fonctionne correctement, des facteurs tels que la conversion, les interruptions ou la protection de l’alimentation électrique doivent également être pris en compte.

L’énergie intelligente en route vers la maison intelligente

Les sources d’énergie évoluent rapidement. L’humanité connaît et utilise depuis longtemps des sources « vertes » d’énergie renouvelable. Pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles, les sources d’énergie renouvelables, en particulier l’éolien et le solaire, deviennent les principaux concurrents. Cependant, à mesure que les initiatives de recherche et de développement sur d’autres sources d’énergie, telles que l’hydrogène, sortent du laboratoire, les services publics visent désormais une bien plus grande diversité d’approvisionnement. De nouveaux marchés se développent rapidement dans le secteur de l’énergie, par exemple le stockage de l’énergie solaire chez les particuliers. Selon le cabinet d’études de marché Technavio, le marché résidentiel du stockage de l’énergie solaire croît à un taux de croissance annuel composé (TCAC) d’environ 37 % et devrait croître de 26,59 milliards USD entre 2020 et 2024 (Fig. 1).

Les consommateurs d’énergie s’attendent à une alimentation électrique ininterrompue et fiable pour leurs maisons. Une autre dynamique dans l’utilisation de l’énergie dans les maisons est que le nombre d’appareils dans la maison augmente et qu’ils sont de plus en plus interconnectés. Comme de plus en plus de sources d’énergie renouvelables et durables sont mis en service, le besoin de stockage d’énergie résidentiel semble une option viable.

Figure 1 : Croissance du marché résidentiel du stockage de l'énergie solaire.

Figure 1 : Croissance du marché résidentiel du stockage de l’énergie solaire. (Image : Technavio)

L’architecture d’un système énergétique intelligent

La prise de conscience de l’énergie, de sa provenance, de sa consommation et de son coût évolue. À l’avenir, les gens pourraient avoir plusieurs sources d’énergie alimentant leurs maisons parallèlement au réseau électrique traditionnel. Utiliser l’énergie de vos propres panneaux solaires et la stocker au lieu de la vendre au réseau deviendra une considération probable. La décision d’acheter de l’énergie du réseau pour répondre à la demande de pointe pourrait devenir plus un choix personnel que la norme. Les systèmes intelligents de gestion de l’énergie domestique (HEMS) aideront les consommateurs à mieux prévoir et équilibrer la consommation d’énergie afin d’éviter de tels pics.

Les éléments constitutifs d’un système de gestion de l’énergie résidentiel comprennent des onduleurs, des contrôleurs de puissance, des moniteurs d’énergie, des systèmes de gestion de batterie et une connectivité sans fil. Chacun de ces blocs devient un projet technique important, comme le choix du protocole sans fil à utiliser et le type de module sans fil à intégrer afin d’atteindre une interopérabilité maximale avec les normes établies de la domotique intelligente. Les appareils électroménagers du segment “électroménager” deviennent également de plus en plus intelligents. Au lieu que le lave-vaisselle démarre automatiquement dès que l’utilisateur l’allume, il peut laisser l’appareil ou le système de gestion de l’énergie de la maison décider quand le démarrer. Si les consommateurs n’ont besoin que de vaisselle et de couverts propres le matin, le système de gestion de l’énergie peut le faire Différer le démarrage jusqu’à ce que, par exemple, le véhicule électrique soit complètement chargé ou que la machine à laver soit terminée.

Supercaps Supercondensateurs Smart Home

Figure 2 : La gamme de supercondensateurs Kyocera-AVX SCM pour les applications de hold-up. (Image : Kyocera AVX)

Composants de gestion de l’alimentation essentiels à la gestion de l’alimentation

Les principales fonctions d’alimentation mises en évidence dans la liste des blocs de construction ci-dessus incluent la conversion de puissance, la surveillance de la charge et la sécurité et la protection de l’alimentation.

Les onduleurs transfèrent l’énergie CC récoltée à partir des panneaux solaires en la convertissant et en la régulant en tension et fréquence du réseau CA. La conversion de puissance est également requise par de nombreux systèmes auxiliaires, tels que le contrôleur de gestion de l’énergie avec son interface WLAN ou Bluetooth. L’efficacité de conversion est l’une des mesures les plus importantes pour la conversion d’énergie. La conversion implique généralement une certaine perte, il est donc important de la minimiser. La perte d’énergie se manifeste généralement par de la chaleur qui doit être dissipée. Lorsque l’espace est limité, comme dans un contrôleur de gestion de l’alimentation, la chaleur affecte la fiabilité des composants, nécessitant un refroidissement par ventilateur ou l’utilisation de dissipateurs thermiques. Malheureusement, le refroidissement par ventilateur diminue également l’efficacité énergétique car il consomme plus d’énergie. L’énergie perdue signifie également que vous devez acheter ou produire plus d’énergie pour compenser la perte, donc dans tous les cas, il est important de maintenir l’efficacité de conversion aussi élevée que possible.

conversion de l’énergie

Lors de la sélection des composants de conversion de puissance, les concepteurs doivent d’abord décider d’acheter un convertisseur standard ou de commencer par une conception discrète. De nombreux facteurs doivent être pris en compte pour prendre une telle décision. à quelle hauteur sont les chiffres de vente attendus, les exigences de conversion (AC/DC, DC/DC, tensions, puissance, etc.), et quel espace doit être disponible pour cela ?

Sur les marchés d’aujourd’hui, le délai de mise sur le marché peut être court, de sorte que les avantages d’un module prêt à l’emploi, testé et éprouvé, certifié conforme aux normes de sécurité internationalement reconnues, sont attrayants. Avec des exigences de conversion de puissance plus élevées, il y a plus de flexibilité pour envisager une conception discrète qui donne au produit des fonctionnalités supplémentaires pour le différencier sur le marché.

Les modules convertisseurs de puissance DC-DC vont d’environ 1 W à plusieurs 10 kW. Un exemple de convertisseur CC/CC basse consommation est la série MGJ2 de Murata Power Solutions. La série MGJ2 (Figure 3) – est une famille d’appareils asymétriques 2W isolés qui accepte toutes les tensions d’entrée courantes et les commandes de tension de grille positives et négatives.

Avec une capacité d’isolation ultra-faible et une CMTI caractéristique > 200 kV/S, le MGJ2 convient à la commande de grille dans les conceptions de conversion haute puissance.

Les MOSFET sont généralement utilisés comme semi-conducteurs de puissance pour un convertisseur haute performance. Un exemple est la série MOSFET à canal 100VN de Vishay. Ces dispositifs de qualité industrielle sont très efficaces et adaptés à une variété d’applications de redressement synchrone, d’entraînement de moteur et de gestion de batterie.

Convertisseur DC/DC convertisseur Smart Home

Figure 3 : Série MGJ2 de convertisseurs CC/CC basse consommation de Murata Power Solutions. (Photo : Murata)

Maintenir les performances du système pendant de brèves interruptions

Le maintien d’une alimentation électrique fiable pour tous les consommateurs comprend également les systèmes de gestion de l’alimentation eux-mêmes. Interruptions de courte durée de l’alimentation électrique lors de la commutation d’une source à l’autre peut être évitée en utilisant un supercondensateur dans le système de contrôle pour maintenir la tension d’alimentation. Par exemple, Kyocera-AVX propose la gamme SCM de supercondensateurs compacts à double couche connectés en série, disponibles dans une variété de valeurs de capacité et de tensions de fonctionnement. Un supercondensateur est un moyen compact et très fiable de maintenir les systèmes en marche pendant de courtes interruptions.

Protection de l’alimentation

Les systèmes de stockage et de gestion de l’énergie domestique doivent être protégés de manière adéquate contre les surcharges et les surtensions. La sécurité des personnes et la protection des équipements sont primordiales pour toute source d’énergie capable de fournir des quantités importantes d’énergie. Les dispositifs de protection tels que les fusibles rapides Littelfuse PSX assurent la protection des alimentations CC telles que les batteries. La gamme PSX fonctionne jusqu’à 1500VCC et a des courants nominaux de 80 A à 1 400 A (Figure 5). Ils sont idéaux pour protéger les systèmes de stockage de batterie, les onduleurs solaires ou d’autres dispositifs de conversion de puissance DC/DC.

DC fusible maison intelligente

Figure 5 : Une sélection de la gamme Littelfuse PSX de fusibles CC rapides. (Image : Littelfuse)

Gestion de l’énergie pour les ménages privés

Au fur et à mesure que nous acquérons, stockons et gérons l’énergie que nous utilisons différemment, la variété des systèmes de gestion et de contrôle de l’énergie se multipliera. Le stockage d’énergie domestique change la donne pour les propriétaires, leur offrant plus de choix et une plus grande participation à la consommation d’énergie. C’est aussi une bonne nouvelle pour la planète Terre ! (prm)