Transformateurs de distribution pour l’énergie solaire, les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) et le flux de puissance bidirectionnel

Les réseaux de distribution traditionnels ont été principalement conçus autour d’un modèle simple de flux de puissance : l’électricité circule depuis le réseau public, traverse un transformateur, puis atteint l’utilisateur final. La croissance rapide de l’énergie solaire photovoltaïque (PV), des systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS), des micro-réseaux et des charges flexibles modifie ce modèle.

Un transformateur de distribution moderne peut devoir supporter un flux de puissance dans plus d’un sens. Pendant les périodes de forte production solaire, l’électricité peut circuler du système photovoltaïque vers le réseau. Un système de stockage d’énergie par batterie (BESS) peut puiser de la puissance depuis le réseau ou le système solaire lors de la charge, puis injecter de la puissance vers les charges locales ou le réseau lors de la décharge.

Ce cycle de fonctionnement changeant crée de nouveaux enjeux techniques pour les transformateurs de distribution solaires , les transformateurs BESS et les transformateurs à flux de puissance bidirectionnel . La capacité du transformateur, la régulation de tension, l’impédance, les performances thermiques, les harmoniques, la protection, la surveillance et les exigences d’interconnexion au réseau doivent toutes être prises en compte de façon intégrée.

En tant que fabricant de transformateurs et de postes sources préfabriqués, Dingxin Electric propose des solutions sur mesure de transformateurs pour les applications photovoltaïques solaires, les systèmes BESS, les micro-réseaux, les réseaux publics, les installations commerciales et industrielles.

1. D’un modèle de distribution unidirectionnel à un flux de puissance bidirectionnel

Le modèle traditionnel de distribution peut être représenté ainsi :

Réseau public → Transformateur de distribution → Charge électrique

Le photovoltaïque solaire et le stockage par batteries peuvent modifier cette relation.

Pv solaire

Lorsqu’une installation solaire produit moins d’énergie que la charge locale :

Réseau public → Transformateur → Charge

Lorsque la production solaire dépasse la consommation locale :

Photovoltaïque solaire → Transformateur → Réseau public

Cette condition est couramment désignée comme flux de puissance inverse ou flux d’énergie exporté .

Chargement du système de stockage par batteries (BESS)

Lorsqu’un système de stockage par batteries (BESS) se charge, l’énergie peut circuler selon le sens suivant :

Réseau public / Photovoltaïque solaire → Transformateur → BESS

Décharge du système de stockage d’énergie par batterie (BESS)

Lorsque la batterie se décharge :

BESS → transformateur → charge locale / réseau

Solaire hybride + BESS

Un projet hybride peut combiner tous ces modes de fonctionnement :

Réseau public ↔ transformateur de distribution ↔ photovoltaïque (PV) solaire / BESS / charge commerciale

Cela signifie que le transformateur peut subir des niveaux de charge variables et des changements de sens de circulation de la puissance tout au long de la journée.

Le transformateur lui-même n’est qu’un composant du système. Dans un projet complet d’énergie renouvelable, sa configuration doit être coordonnée avec les onduleurs, les équipements PCS, les appareils de commutation, les systèmes de protection, la mise à la terre, la mesure et la conception de l’interconnexion au réseau public.

2. Pourquoi le solaire et le BESS modifient-ils les cycles de service des transformateurs

Les charges électriques conventionnelles suivent souvent des profils relativement prévisibles. Le photovoltaïque (PV) solaire et le BESS introduisent des conditions de fonctionnement plus dynamiques.

Les variations de la production solaire au cours de la journée

La production solaire varie en fonction de :

• Irradiance solaire

• Couverture nuageuse

• Moment de la journée

• Saison

• L’orientation du système

• La capacité du champ photovoltaïque

• La stratégie de commande de l’onduleur

Un transformateur raccordé à une centrale solaire peut donc subir des variations importantes de sa charge au cours d’une seule journée.

Les systèmes de stockage par batteries peuvent changer de mode de fonctionnement

Un système de batteries peut se charger ou se décharger selon :

• Les tarifs électriques différenciés selon les heures

• Rasage de pointe

• Gestion de la demande

• L’optimisation de l’énergie renouvelable

• Services réseau

• Exigences en matière de puissance de secours

• Instructions d’ordonnancement par l’exploitant du réseau

Le transformateur peut donc subir des changements répétés entre l’importation et l’exportation de puissance.

La puissance moyenne ne suffit pas

Le choix du transformateur ne doit pas reposer uniquement sur la puissance moyenne.

Les équipes projet doivent évaluer :

• Puissance maximale importée

• Puissance maximale exportée

• Charge continue

• Surcharges de courte durée

• Cycles de charge et de décharge

• Profil journalier de fonctionnement

• Profil saisonnier de fonctionnement

• Extension future du système

Le transformateur doit être évalué dans les scénarios de fonctionnement réels prévus tout au long de sa durée de vie utile.

3. Flux de puissance inversé : ce que les équipes projet doivent évaluer

Le flux de puissance inversé n’est pas automatiquement un problème.

Il devient une considération technique lorsque le réseau de distribution a été initialement conçu principalement pour une alimentation unidirectionnelle et qu’il est par la suite connecté à des sources importantes de production ou de stockage décentralisées.

Avant de sélectionner une transformateur à flux de puissance bidirectionnel les équipes projet doivent évaluer l’ensemble du système électrique.

Exigences de raccordement au réseau public

L’exploitant local du réseau peut définir des exigences relatives à :

• Capacité maximale d’exportation

• Régulation de la tension

• Protection

• Mesure

• Qualité de l’alimentation électrique

• Configuration du transformateur

• Mise à la terre

• Commutation

• Études d’interconnexion

Ces exigences doivent être confirmées avant la finalisation de la conception du transformateur.

Configuration des prises du transformateur

Le rapport de transformation du transformateur influence la tension délivrée au système aval.

Lorsque le flux de puissance s’inverse, le comportement de la tension peut également changer. La configuration appropriée des prises doit donc être évaluée en fonction des conditions de fonctionnement d’importation et d’exportation du projet.

Coordination de protection

Un flux de puissance inversé peut affecter les hypothèses relatives à la protection.

Les ingénieurs peuvent devoir examiner :

• Protection directionnelle

• Protection contre les courants excessifs

• Protection contre les défauts à la terre

• Paramètres des reconnexions automatiques

• Coordination des fusibles

• Protection anti-îlotage

• Calibrages des disjoncteurs

Le transformateur ne peut pas être considéré séparément du système global de protection.

Calibrages des câbles et des appareillages de coupure

Le courant d’exportation maximal peut influer sur :

• Câbles moyenne tension

• Conducteurs basse tension

• Appareillage de commutation

• Déconnecte

• Busbars

• Équipement de mesure

Tous les composants doivent être vérifiés par rapport au courant maximal attendu dans les deux sens.

4. Régulation de la tension et choix du prélèvement sur prise

La gestion de la tension constitue un autre aspect important à prendre en compte pour les projets solaires et les systèmes de stockage d’énergie (BESS).

Augmentation de la tension liée à l’énergie solaire

Lorsqu’un système photovoltaïque injecte de l’énergie dans un réseau de distribution, la tension peut augmenter le long de l’alimentation, notamment lorsque la demande locale est faible et la production élevée.

L’ampleur de l’augmentation de tension dépend de facteurs tels que :

• Puissance d'exportation

• L’impédance de l’alimentation

• L'impédance du transformateur

• Longueur du câble

• La charge locale

• Configuration réseau

• Les réglages de l’onduleur

Un transformateur seul ne peut pas éliminer tous les problèmes d’augmentation de tension.

Chargement du système de stockage d’énergie par batterie (BESS) et chute de tension

Lorsqu’un BESS se charge à forte puissance, il peut créer une demande locale importante.

Cela peut contribuer à une chute de tension selon :

• Puissance de charge

• Capacité du transformateur

• L’impédance de l’alimentation

• Longueur du câble

• Charge existante

• Robustesse du réseau

Régulation par prises et tension

Selon le projet, les ingénieurs peuvent évaluer :

• Réglages fixes des prises

• Changement de prises hors circuit

• Changement-sous-charge (CSC)

• Régulateurs de tension

• Régulation de la tension par onduleur

• Contrôle de la puissance réactive

La stratégie appropriée dépend du réseau de la compagnie d’électricité et de l’architecture du projet.

La sélection du transformateur doit donc être coordonnée avec les commandes de l’onduleur, les équipements de régulation de tension et l’étude globale d’interconnexion, plutôt que d’être traitée comme une solution isolée.

5. Harmoniques, qualité de l’alimentation électrique et considérations thermiques

Les onduleurs solaires et les systèmes de stockage d’énergie par batteries utilisent de l’électronique de puissance pour convertir l’énergie électrique entre courant alternatif (CA) et courant continu (CC).

D’autres équipements modernes, notamment Les systèmes PCS, les onduleurs de secours (UPS), les chargeurs pour véhicules électriques (EV) et les variateurs de fréquence — peuvent également générer des caractéristiques non linéaires du courant.

Pourquoi les harmoniques sont-elles importantes ?

Les courants harmoniques peuvent provoquer :

• Un échauffement supplémentaire des transformateurs

• Des pertes accrues

• Une efficacité réduite des équipements

• Déformation de tension

• Une contrainte thermique accrue

L'impact réel dépend de la conception de l'équipement, du spectre harmonique, de l'impédance du système, des conditions de fonctionnement et des normes applicables.

Que faut-il évaluer ?

Selon le projet, les ingénieurs peuvent examiner :

• Distorsion harmonique totale (DHT)

• Les ordres harmoniques individuels

• Le spectre du courant de charge

• La capacité thermique du transformateur

• Les éventuelles exigences de déclassement

• Les spécifications de l'onduleur et du PCS

• Facteur de puissance

• Les besoins en puissance réactive

Un transformateur ne doit pas être sélectionné uniquement sur la base de sa puissance nominale en kVA lorsqu’un projet comporte des charges non linéaires importantes.

La conception finale doit être validée conformément aux normes électriques applicables et aux exigences spécifiques du projet en matière de qualité de l’énergie.

6. Choisir le type de transformateur adapté aux installations solaires et aux systèmes de stockage d’énergie par batteries (BESS)

Les deux transformateurs de distribution à isolation huile et transformateurs à isolation sèche peut être utilisé dans des applications liées aux énergies renouvelables. Le choix approprié dépend du projet.

Facteur lié au projet	Transformateur rempli d'huile	Transformateur à isolation sèche
Applications utilitaires en extérieur	Option courante	Selon l'application
Projets de plus grande capacité	Souvent envisagé	Dépend de la conception et des conditions du site
Installation intérieure	Nécessite de prendre en compte les aspects liés au fluide et à la sécurité incendie	Souvent adapté aux applications en intérieur
Lieux sensibles au feu	La sélection et le confinement du fluide peuvent nécessiter une attention particulière	Aucun liquide isolant
Exposition environnementale	Dépend de la configuration	Dépend de la configuration
Maintenance	Dépend de la conception du transformateur et du fluide	Dépend de la ventilation et de l’environnement de fonctionnement
Réfrigération	Transfert thermique assisté par liquide	Refroidissement à air
Sélection finale	Basée sur la tension, la puissance nominale, le site d’installation, les normes applicables et le coût total	Basée sur la tension, la puissance nominale, le site d’installation, les normes applicables et le coût total

Transformateurs à huile

Les transformateurs à huile sont largement utilisés dans les applications de distribution publique et extérieure.

Selons le projet, les fluides isolants peuvent comprendre de l’huile minérale classique ou des fluides alternatifs tels que des fluides à base d’ester.

La sélection du fluide doit tenir compte de :

• Exigences en matière de résistance au feu

• Conditions environnementales

• Des spécifications de l’utilitaire

• Emplacement d’installation

• Stratégie d'entretien

• Risque environnemental

Transformateurs à isolation sèche

Les transformateurs secs éliminent l’isolation liquide et peuvent être attractifs pour certaines applications intérieures, commerciales, industrielles et sensibles au feu.

Toutefois, les transformateurs secs nécessitent également une ventilation adéquate, une gestion thermique appropriée, un espace d’installation suffisant et une protection environnementale.

Il n’existe pas de type de transformateur universellement « optimal » pour les projets solaires ou les systèmes de stockage d’énergie (BESS). La sélection doit s’inscrire dans la conception complète du projet.

Article connexe : [Transformateurs de distribution secs contre transformateurs à huile]

7. Questions relatives à la conception des transformateurs pour les projets solaires et de stockage

Avant de demander un devis pour un transformateur solaire ou transformateur BESS , les équipes projet doivent définir les exigences de fonctionnement.

Questions électriques

• Quelle est la tension primaire ?

• Quelle est la tension secondaire ?

• Quelle est la puissance nominale du transformateur ?

• Quelle est la puissance maximale d’importation ?

• Quelle est la puissance maximale d’exportation ?

• Quelle est la fréquence du système ?

• Quelle impédance est requise ?

• Quel groupe vectoriel est requis ?

• Quelle configuration de prises est requise ?

Questions relatives à l’application

• Le transformateur est-il raccordé uniquement à des panneaux solaires photovoltaïques (PV) ?

• Est-il raccordé uniquement à un système de stockage d’énergie par batteries (BESS) ?

• Fait-il partie d’un système hybride PV + BESS ?

• Le système est-il connecté au réseau électrique ?

• Le micro-réseau peut-il fonctionner en mode îloté ?

• Le transformateur subira-t-il un flux de puissance bidirectionnel ?

• Quel cycle de fonctionnement quotidien est prévu ?

Questions relatives à la qualité de l’alimentation électrique

• Des charges non linéaires importantes sont-elles présentes ?

• Quel est le spectre harmonique attendu ?

• La régulation de la puissance réactive est-elle requise ?

• La régulation de la tension est-elle requise ?

• Des limites spécifiques de qualité de l’énergie imposées par le gestionnaire du réseau existent-elles ?

Expansion future

L’équipe projet doit également envisager :

• Une capacité photovoltaïque supplémentaire

• Une capacité de stockage BESS supplémentaire

• Des limites d’exportation plus élevées

• De nouvelles charges

• Recharge de véhicules électriques

• L’extension du micro-réseau

• Transformateurs supplémentaires

Un transformateur sélectionné uniquement pour l’installation initiale peut devenir une contrainte si l’extension future n’a pas été prise en compte.

8. Surveillance et visibilité des actifs

Les projets d’énergie renouvelable peuvent fonctionner avec des variations importantes de la charge des transformateurs au cours de la journée.

La surveillance peut fournir des données opérationnelles utiles aux exploitants d’installations et aux équipes de maintenance.

Selon le type de transformateur et les exigences du projet, la surveillance peut inclure :

• Charge du transformateur

• Actuel

• Tension

• Température de l'huile

• Température de l'enroulement

• Niveau d'huile

• État du système de refroidissement

• Conditions d’alarme

• Événements de surcharge

• Communication à distance

Intégration avec les systèmes SCADA et EMS

Pour les grands projets solaires et BESS, la surveillance des transformateurs peut être intégrée à :

• SCADA

• Systèmes de gestion de l'énergie (SGE)

• Plateformes de surveillance des installations

• Systèmes de gestion des bâtiments

• Systèmes de gestion à distance des actifs

Cela peut aider les exploitants à comprendre les conditions de fonctionnement des transformateurs et à identifier les événements anormaux.

La surveillance n’élimine pas les pannes d’équipement, mais elle peut soutenir la maintenance basée sur l’état et améliorer la visibilité opérationnelle.

Cela peut être particulièrement utile pour les sites d’énergie renouvelable éloignés, où les inspections physiques régulières peuvent être moins fréquentes.

9. Comment spécifier un transformateur de distribution solaire ou BESS

Une spécification technique claire permet au fabricant de transformateurs de comprendre les conditions réelles de fonctionnement du projet.

Liste de contrôle pour demande de devis (RFQ) de transformateur solaire ou BESS

Exigence	Informations à fournir
Le site	Emplacement et conditions ambiantes
Application	Solaire / BESS / PV + BESS / Micro-réseau
Capacité	kVA ou MVA
Tension primaire	Tension HT / MT
Tension secondaire	Tension BT ou MT
Puissance d'importation	Puissance maximale du réseau vers le projet
Puissance d'exportation	Puissance maximale du projet vers le réseau
Groupe vectoriel	Exigence spécifique au projet
Impédance	Pourcentage requis
Configuration des prises	Fixe / hors circuit / sous charge
Réfrigération	Méthode de refroidissement requise
Type de transformateur	Sèche / à huile
Douce	Huile minérale / ester / autre, le cas échéant
Harmoniques	Charge non linéaire attendue et exigences relatives à la qualité de l’énergie
Surveillance	Capteurs et communications requis
Normes	Normes applicables en matière d’utilité publique et d’électricité
Certifications	Certifications requises pour le marché ou le projet
LIVRAISON	Calendrier de fabrication et de livraison requis

Pourquoi la capacité d’importation et d’exportation est-elle importante ?

L’un des ajouts les plus importants à une demande de prix (RFQ) pour un transformateur d’énergie renouvelable est la puissance maximale d’importation et d’exportation .

Une spécification classique destinée uniquement aux charges peut indiquer la charge maximale, mais omettre de préciser la quantité d’énergie que le système est capable d’exporter.

Pour un système bidirectionnel, les deux sens doivent être inclus dans l’étude électrique et dans la spécification des équipements.

10. Considérations relatives aux transformateurs de micro-réseau

Les micro-réseaux ajoutent une couche supplémentaire de complexité, car ils peuvent fonctionner aussi bien en mode raccordé au réseau qu’en mode îloté.

Un micro-réseau peut combiner :

• Alimentation des installations

• Pv solaire

• Le BESS

• Générateurs de secours

• Charges commerciales ou industrielles

• Recharge de véhicules électriques

• Systèmes de gestion de l'énergie

Pendant le fonctionnement raccordé au réseau, le transformateur peut échanger de la puissance avec le réseau public.

Pendant le fonctionnement en îlot, le schéma d’écoulement de puissance peut changer de façon significative.

Cela signifie que les ingénieurs peuvent devoir évaluer le comportement du transformateur dans plusieurs états de fonctionnement, plutôt que dans une seule condition de charge normale.

Les principaux éléments à prendre en compte peuvent inclure :

• Importation maximale

• Exportation maximale

• Charge en mode îlot

• Courant de défaut

• Mise à la terre

• Coordination de protection

• Régulation de la tension

• Contrôle de la fréquence

• Commande de l’onduleur du système de stockage d’énergie par batteries (BESS)

• Interaction avec le groupe électrogène

La spécification du transformateur doit donc être élaborée dans le cadre de la conception électrique globale de la micro-réseau.

11. Comment évaluer un fabricant de transformateurs solaires ou de systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS)

Pour les projets d’énergies renouvelables, l’évaluation du fabricant de transformateurs doit dépasser la simple disponibilité standard des produits.

Les équipes projet peuvent souhaiter examiner les éléments suivants chez le fabricant :

• Capacités d’ingénierie des transformateurs

• Capacité de production

• Capacités de personnalisation

• Procédures de test en usine

• Gestion de la qualité

• Documentation technique

• Planification de la livraison

• Expérience dans les applications liées aux énergies renouvelables

• Options de surveillance et d’accessoires

• Assistance après-vente

Pour les projets sur mesure, une communication précoce avec l’équipe d’ingénierie permet de résoudre, avant le début de la fabrication, les questions relatives à la tension, à l’impédance, au groupe vectoriel, au refroidissement, à la surveillance et à l’enveloppe.

Dingxin Solutions de transformateurs solaires et de systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS)

Dingxin Electric est un fabricant de transformateurs et de postes électriques préfabriqués offrant des solutions sur mesure pour les projets d’énergies renouvelables, les réseaux publics, les secteurs industriel, commercial et les infrastructures.

Notre gamme de produits inclut :

• Transformateurs de distribution

• Transformateurs électriques

• Transformateurs immergés dans l'huile

• Transformateurs à isolation sèche

• Transformateurs fixés sur une base

• Sous-stations préfabriquées

• Solutions de transformateurs sur mesure

Pour les projets photovoltaïques solaires, les systèmes de stockage d’énergie par batteries (BESS) et les projets énergétiques hybrides, Dingxin peut répondre aux exigences spécifiques du projet relatives à la puissance nominale, la tension, l’impédance, le groupe vectoriel, la configuration des prises, le refroidissement, la surveillance, l’enceinte et les conditions d’installation .

Comme les projets d’énergie renouvelable fonctionnent souvent avec des profils de charge variables et un flux de puissance bidirectionnel, le choix du transformateur doit reposer sur le modèle opérationnel complet du projet.

Dingxin peut collaborer avec les entrepreneurs clés en main (EPC), les développeurs, les intégrateurs de systèmes, les entreprises de distribution d’électricité et les propriétaires de projets afin d’élaborer une configuration de transformateur fondée sur les besoins électriques réels, plutôt que de se fier uniquement à une puissance nominale standard issue d’un catalogue.

Questions fréquemment posées

Qu’est-ce qu’un transformateur de distribution solaire ?

Un transformateur de distribution solaire est un transformateur utilisé pour raccorder un système de production d’électricité photovoltaïque (PV) à un réseau de distribution électrique moyenne tension ou autre. Sa puissance nominale et sa configuration dépendent de la capacité PV, des niveaux de tension, des exigences d’exportation, de la conception du raccordement et des normes applicables.

Qu’est-ce qu’un transformateur BESS ?

Un transformateur BESS relie un système de stockage d’énergie par batteries et son équipement de conversion de puissance à un réseau de distribution ou de transport électrique. Selon la configuration du système, le transformateur peut devoir supporter des flux de puissance tant en charge qu’en décharge.

Un transformateur peut-il gérer un flux de puissance bidirectionnel ?

Un transformateur peut être conçu et spécifié pour des systèmes avec flux de puissance bidirectionnel, mais sa compatibilité doit être évaluée dans le cadre du système électrique complet. La protection, la régulation de tension, la charge thermique, l’impédance, la mise à la terre et les exigences relatives à la connexion au réseau public doivent toutes être prises en compte.

L’énergie solaire provoque-t-elle un flux de puissance inverse ?

La production photovoltaïque (PV) peut provoquer un flux de puissance inverse lorsque la génération dépasse la demande électrique locale et que l’excédent d’énergie est injecté vers le réseau de distribution amont. Cela dépend de la charge du système, de la capacité PV, du stockage d’énergie et des dispositifs de contrôle des exportations.

Le BESS modifie-t-il la charge du transformateur ?

Oui. Un système de stockage d’énergie par batterie (BESS) peut augmenter la charge du transformateur lors de la charge et injecter de l’énergie dans le réseau lors de la décharge. Le transformateur doit donc être évalué à partir du profil prévu de charge et de décharge, et non uniquement sur la base de la charge moyenne.

Les systèmes solaires et les BESS génèrent-ils des harmoniques ?

Les équipements électroniques de puissance, tels que les onduleurs solaires et les convertisseurs de puissance pour BESS (PCS), peuvent introduire des courants harmoniques. Les performances réelles en matière d’harmoniques dépendent de l’équipement et de la conception du système ; les ingénieurs doivent donc évaluer le spectre harmonique attendu ainsi que les exigences applicables en matière de qualité de l’énergie.

Dingxin peut-il personnaliser les transformateurs solaires et pour BESS ?

Oui. Dingxin propose des solutions de transformateurs et de sous-stations préfabriquées personnalisées, adaptées aux besoins spécifiques du projet en matière de tension, de puissance nominale, d’impédance, de groupe vectoriel, de prises, de refroidissement, de surveillance, d’enceinte et d’autres critères.

Vous planifiez un projet d’énergie solaire, de stockage d’énergie par batterie (BESS) ou hybride ?

Un transformateur pour énergies renouvelables doit être conçu autour des puissance d’importation maximale, puissance d’exportation maximale, profil de charge, exigences en matière de tension, qualité de l’énergie électrique, stratégie de protection et plans d’extension futurs .

Envoyez à Dingxin votre schéma unifilaire, les tensions primaire et secondaire, la puissance nominale du transformateur, la puissance d’importation/exportation maximale, le profil de fonctionnement et les exigences de raccordement au réseau public. Notre équipe d’ingénierie pourra analyser votre demande et vous proposer une configuration de transformateur sur mesure.

Demandez dès aujourd’hui un devis technique à Dingxin pour votre projet solaire, de stockage d’énergie par batteries (BESS), de micro-réseau ou à flux de puissance bidirectionnel.

Dingxin Electric — Solutions sur mesure de transformateurs et de postes sources préfabriqués pour les projets d’énergies renouvelables.