Bancs d'essai d'intégration des énergies renouvelables

Installations de suivi du rendement des systèmes photovoltaïques (PV) sur le toit et de caractérisation des modules en laboratoire

Le centre de recherche CanmetÉNERGIE à Varennes exploite un système PV sur le toit de 39,7 kWCC qui fournit une partie de l'énergie consommée par le bâtiment et qui est utilisé pour la recherche sur le rendement et la fiabilité des systèmes PV. Le système sur le toit comprend des sous-systèmes de diverses configurations : onduleurs de ligne (10 kW_CA), micro-onduleurs (14,3 kW_CA), optimiseurs de puissance (5 kW_CA) et une section reconfigurable pour les essais d'onduleurs (5,9 kW_CC). Des données électriques et météorologiques sont recueillies afin de quantifier le rendement du système. Trois stations météorologiques installées sur le site mesurent l'ensoleillement, la température ambiante, la température des modules, la vitesse du vent, le spectre solaire, l'épaisseur de la neige, les précipitations et plusieurs autres variables. Un autre banc d'essai comprenant des modules propres et des modules couverts de poussière est utilisé pour quantifier les effets de la neige sur la production d'électricité des systèmes PV.

En plus du banc d'essai extérieur, CanmetÉNERGIE possède un banc d'essai PV intérieur, soit un simulateur solaire à impulsion de grande surface qui reproduit le spectre du soleil pour permettre la prise de mesures dans des conditions d'ensoleillement et de température contrôlées. Avec l'arrivée sur le marché de nouvelles technologies de cellules solaires et de modules PV, et l'augmentation de la taille des modules, l'évaluation du rendement des systèmes PV dans des conditions d'essai standard est essentielle. Le simulateur solaire est utilisé pour mesurer les caractéristiques de courant-tension des modules PV et repérer par électroluminescence les microfissures et les zones électriquement inactives dans les cellules. Afin de déterminer le rendement des modules dans diverses conditions de fonctionnement, comme une température élevée et un faible niveau d'éclairement, l'ensoleillement et la température peuvent être réglés de 100 à 1 100 W/m² et de 15 à 75 °C respectivement à l'aide d'un logiciel automatisé et d'un filtre à densité neutre. Cet équipement permet à CanmetÉNERGIE à Varennes de prendre des mesures pour des partenaires de l'industrie, de mesurer des modules à haut rendement et de contribuer à l'élaboration de normes d'essai pour les systèmes PV, comme la série IEC 60904.

Simulateur de réseau et banc d'essai de convertisseurs de puissance

Ce banc d'essai est utilisé pour tester des convertisseurs de puissance PV solaire, et en particulier des onduleurs. Il permet d'évaluer leur rendement, d'étudier leur capacité à soutenir le réseau et de vérifier leur comportement en matière de protection en cas de défaillance ou d'îlotage. L'une des principales préoccupations des services publics concerne les enjeux liés à la fiabilité du système et à la sécurité du personnel lorsque des sources de production décentralisées à base d'onduleurs fonctionnent en parallèle avec le réseau. Le banc d'essai comprend un simulateur de réseau électrique triphasé bidirectionnel de 90 kVA avec un banc de charge RLC programmable de 120 kW/kvar, des alimentations en courant continu de 20 kW, des simulateurs PV de 60 kW, des modules PV sur le toit de 5,9 kW, un commutateur programmable en courant alternatif et des analyseurs de puissance à haut rendement. Des points de mesure en courant alternatif et en courant continu sont compris dans tout le système pour permettre une évaluation détaillée du comportement. Le banc d'essai offre également une plateforme de développement ouverte qui permet d'étudier de nouvelles stratégies de contrôle afin de résoudre des problèmes d'interconnexion particuliers. Il comprend aussi un simulateur à matériel incorporé de pointe pour la réalisation d'essais de systèmes électriques en temps réel qui combinent la simulation de systèmes électriques et le matériel physique. Le banc d'essai a été conçu pour appuyer le développement de nouveaux convertisseurs de puissance et pour effectuer l'évaluation comparative de la qualité des onduleurs commerciaux vendus au Canada.

Au fur et à mesure que les convertisseurs de puissance évoluent avec l'ajout de fonctions d'onduleur avancées, ce banc d'essai continuera à tester les limites et les meilleures configurations des nouveaux systèmes.

CanmetÉNERGIE à Varennes participe activement au Smart Grid International Research Facility Network, et plus particulièrement au groupe de travail sur les protocoles d'essai de ressources énergétiques décentralisées (RED). Ce groupe a collaboré au développement d'une plateforme ouverte qui facilite les essais de conformité aux normes nord-américaines actuelles comme UL 1741 SA, IEEE 1547.1, CSA C22.3 No. 9, etc. Ce logiciel permet d'automatiser les essais de certification des onduleurs PV commerciaux en ce qui concerne la compatibilité avec le réseau et les fonctionnalités de soutien, et permet ainsi d'évaluer les normes en vue de les améliorer ou de les corriger. CanmetÉNERGIE à Varennes participe à l'élaboration de normes nationales et internationales afin d'éliminer les obstacles techniques et favoriser l'adoption de produits fiables adaptés aux conditions climatiques canadiennes.

Banc d'essai de chauffe-eau électrique

Le banc d'essai de chauffe-eau électrique est utilisé pour surveiller l'état des chauffe-eau électriques dans différentes conditions de fonctionnement. Le banc d'essai peut prendre en charge jusqu'à quatre chauffe-eau électriques et simuler des prélèvements d'eau de différents débits et différentes durées à différentes températures d'entrée d'eau (de 5 °C à 20 °C). L'une des applications de ce banc d'essai est le développement de modèles permettant d'estimer l'état de charge (énergie disponible) et le gradient de température dans les chauffe-eau électriques intelligents. Ces appareils peuvent être mis hors tension ou sous tension à distance pour offrir une flexibilité au réseau en réduisant la demande de pointe ou en facilitant l'intégration de sources d'énergie renouvelable variable. Les chauffe-eau électriques intelligents sont dotés d'un système de contrôle communicant qui n'effectue généralement que quelques relevés de la température de l'eau dans le réservoir. Les chauffe-eau électriques du banc d'essai, cependant, sont équipés d'un capteur de température à points multiples qui fournit un profil détaillé de la température de l'eau à l'intérieur du réservoir. En combinant les mesures limitées du système de contrôle avec les données recueillies au banc d'essai dans des conditions de fonctionnement standard et des scénarios de réponse à la demande, des modèles simplifiés pour estimer le gradient de température à l'intérieur du réservoir peuvent être développés et validés. Ces modèles sont nécessaires pour estimer la quantité d'eau chaude disponible dans le réservoir dans les applications réelles. Ces informations sont essentielles pour exploiter pleinement le potentiel de flexibilité des chauffe-eau électriques et leur permettre de fournir différents services au réseau, comme l'équilibrage des flux d'électricité réels dans des conditions de fonctionnement normales et dans des situations d'urgence.

Cartes d'ensoleillement et du potentiel d'énergie solaire PV du Canada et données d'ensoleillement à haute résolution spatiale et temporelle

Depuis 2006, CanmetÉNERGIE élabore et entretient les cartes d’ensoleillement et du potentiel d’énergie solaire photovoltaïque du Canada ainsi que le potentiel d'énergie solaire PV de différentes orientations pour plus de 3 500 municipalités canadiennes. Les cartes ont été élaborées pour partager des informations dans un format convivial. Par conséquent, elles sont utilisées par un grand nombre de personnes, comme des propriétaires qui s'intéressent au potentiel d'énergie solaire de leur emplacement ou qui souhaitent valider le rendement de leur système PV, ou encore des développeurs de systèmes PV à grande échelle qui évaluent différents scénarios de conception. Afin de fournir des conseils supplémentaires sur les mesures d'ensoleillement, CanmetÉNERGIE à Varennes a également produit une liste complète des données sur la ressource solaire disponibles pour le Canada et accessibles au public.

CanmetÉNERGIE recueille également des données d'ensoleillement à haute résolution spatiale et temporelle afin de réaliser des simulations pour évaluer les répercussions des fluctuations à court terme des ressources d'une centrale électrique ou d'un quartier sur les systèmes électriques. Nos chercheurs explorent les modèles de prédiction de la variabilité solaire, comme les méthodes d'ondelettes et de facteurs de dispersion. En développant des méthodes et en palliant le manque de connaissances, cet effort de recherche contribuera au développement de convertisseurs de puissance intelligents qui offriront des solutions et répondront aux préoccupations des exploitants de systèmes de distribution d'électricité. L’objectif est d’offrir un soutien au développement de nouvelles stratégies de contrôle et de nouveaux produits pour augmenter le taux de pénétration des énergies renouvelables dans le système de distribution d’électricité canadien.