La semaine dernière, nous avons exploré le fonctionnement de la plus grande batterie co-localisée de Grande-Bretagne - au parc éolien de Whitelee. Mais qu’en est-il des batteries co-localisées avec le solaire ? Actuellement, la majorité sont couplées en AC – mais le couplage DC pourrait-il offrir plus d’avantages ?

Qu’est-ce que le couplage DC ?

Le couplage DC désigne une batterie et une centrale solaire co-localisées, connectées derrière un onduleur commun – où l’énergie circule en courant continu (DC).

Les deux actifs fonctionnent en DC – et nécessitent un onduleur pour convertir l’électricité en courant alternatif (AC), utilisé par le réseau électrique.

Avantage : Le couplage DC d’une batterie et d’une centrale solaire supprime le besoin de plusieurs onduleurs. Cela limite la duplication de matériel – et devrait donc réduire les coûts d’investissement.

Inconvénient : Cependant, ce n’est pas si simple. Un équipement spécifique est nécessaire, sous la forme d’un convertisseur DC-DC. Celui-ci assure que la batterie et le solaire fonctionnent au même niveau de tension. Cela, combiné à des gains d’efficacité réduits ailleurs, peut annuler tout avantage de coût du couplage DC.

Ainsi, le choix entre couplage AC ou DC dépend souvent des avantages opérationnels de chaque solution. Pour le couplage DC, la clé réside dans le surdimensionnement de la centrale solaire – et la valorisation de l’énergie “clippée” qui en découle.

Qu’est-ce que le surdimensionnement ?

Le surdimensionnement consiste à installer des panneaux solaires dont la capacité dépasse celle de l’onduleur. L’onduleur limite la puissance que la centrale solaire peut injecter sur le réseau. Alors pourquoi le faire ?

1. La baisse du coût des panneaux solaires en fait aujourd’hui l’un des éléments les moins chers d’un projet solaire.
2. Le surdimensionnement permet à la centrale solaire d’avoir un profil de production plus large – ce qui lui permet d’exporter plus d’électricité aux moments les plus rentables.
3. Il est rare que les panneaux solaires produisent à pleine puissance – cela n’arrive qu’au milieu de la journée, lors des journées très ensoleillées.

La centrale solaire produira parfois plus d’énergie, en DC, qu’il n’est possible d’en convertir en AC pour l’exporter sur le réseau. On dit alors que cette énergie, perdue à l’onduleur, a été “clippée”.

Le couplage DC d’une batterie avec la centrale solaire permet de charger la batterie – gratuitement – à partir de l’énergie clippée (qui serait autrement perdue), et de la stocker pour une utilisation ultérieure.

Quelle est la valeur du couplage DC pour une batterie ?

La récupération et le décalage de l’énergie clippée peuvent apporter une vraie valeur à une batterie.

Par exemple, le 26 avril, les prix sur le marché de gros ont permis aux batteries de réaliser de bons profits.

Tout d’abord, quelle valeur une batterie classique aurait-elle pu obtenir ce jour-là ?

• Une batterie effectuant deux cycles aurait pu se charger à 86 £/MWh pendant la nuit, puis revendre cette énergie à 136 £/MWh le matin.
• Elle aurait pu se recharger à 98 £/MWh en milieu de journée, puis revendre à 150 £/MWh le soir.
• En tenant compte des pertes d’efficacité, cela aurait rapporté 76 £/MW.

Mais qu’en est-il d’une batterie couplée en DC ?

• Avec une centrale solaire générant un surplus en milieu de journée, le second cycle aurait pu être effectué avec un coût de charge de 0 £/MWh.
• La batterie aurait donc pu générer 188 £/MW sur la journée – soit une augmentation de 147 % par rapport à une batterie seule.

Quelle quantité d’énergie clippée est réellement disponible pour la batterie ?

Comment les différents ratios de surdimensionnement influencent-ils le volume d’énergie clippée ? Et quelle part de cette énergie une batterie peut-elle capter ?

• Les volumes clippés restent faibles tant que le surdimensionnement ne dépasse pas 150 %.
• Une batterie d’une heure peut capter toute l’énergie qui serait clippée jusqu’à un surdimensionnement de 140 %.
• Au-delà, le système manque parfois de capacité certains jours – mais il peut tout de même récupérer plus de la moitié de l’énergie clippée même à des ratios très élevés.
• Avec une batterie de deux heures, la durée supplémentaire permet de capter encore plus d’énergie clippée.

Mais que signifient ces chiffres concrètement ?

• Une centrale solaire surdimensionnée de 150 % verra environ 5 % de sa production annuelle perdue par clipping.
• L’installation d’une batterie d’une heure permet de récupérer 90 % de cette énergie – qui pourra être injectée sur le réseau après le coucher du soleil.

Ces volumes restent faibles comparés à l’exploitation classique d’une batterie – mais récupérer cette énergie perdue permettrait d’effectuer 50 cycles par an.

Quelle est la valeur de cette énergie ?

L’énergie clippée captée par une batterie couplée en DC est gratuite. Sa valeur dépend donc uniquement du prix de vente.

Cela permet de construire un business case intéressant, en réduisant l’exposition de la batterie à la volatilité des prix intrajournaliers. L’augmentation des prix du gaz ces deux dernières années profite aussi aux systèmes couplés en DC – la hausse des prix de l’électricité permet de vendre à un meilleur tarif.

Y a-t-il d’autres avantages ?

• La charge à partir du solaire offre un meilleur rendement que la charge à partir du réseau.
• La récupération à basse tension permet aussi de capter de l’énergie solaire qui serait sinon perdue.

Quels sont les inconvénients du couplage DC ?

Cela peut sembler très avantageux – mais il existe actuellement un inconvénient majeur au couplage DC :

Il est extrêmement difficile pour une batterie couplée en DC de fournir un service de réponse en fréquence – notamment la réponse ultra-précise exigée pour la Dynamic Containment.

Pourquoi ?

• La puissance exportée par la batterie est combinée à celle du solaire. Même lorsque le solaire ne produit pas, cela génère beaucoup de bruit.
• Une batterie couplée en DC pourrait donc être incapable de fournir une réponse en fréquence durant la nuit.
• Cela pourrait être évité si la sortie de la batterie pouvait être mesurée avec un compteur DC – mais cela n’est pas autorisé (selon les règles de fourniture de la réponse en fréquence).

Quel serait le coût en termes de revenus ?

En 2022, la Dynamic Containment représentait 63 % des revenus du stockage d’énergie par batterie – soit environ 100 000 £/MW l’an dernier pour un système moyen. Une batterie couplée en DC, incapable de fournir ce service, aurait perdu une part importante de revenus.

Cependant, depuis la saturation du marché, les prix ont fortement baissé. En 2023, le prix moyen pour la Dynamic Containment n’était que de 6,80 £/MW/h – soit un revenu de 20 000 £/MW.

Ainsi, l’écart de revenus entre la réponse en fréquence et la simple stratégie de trading s’est considérablement réduit – et la valorisation de l’énergie solaire clippée permet de compenser ces pertes de revenus.

• Avec la valorisation supplémentaire de l’énergie solaire clippée, un système couplé en DC de deux heures peut compenser totalement la perte de revenus liée à la réponse en fréquence.
• Une batterie couplée en DC d’une heure peut espérer environ 75 % des revenus qu’une batterie couplée en AC obtiendrait via la Dynamic Containment.

Quelles perspectives pour l’avenir ?

Actuellement en Grande-Bretagne, la majorité des systèmes de stockage d’énergie co-localisés sont couplés en AC. Cela s’explique par la possibilité de mesurer et d’exploiter chaque actif indépendamment – ce qui facilite souvent le financement des projets. Jusqu’à présent, les revenus liés à la réponse en fréquence étaient très attractifs – mais, comme nous l’avons vu, leur valeur diminue.

Le parc solaire hybride de Cirencester (site de 24 MWc avec une batterie de 10 MW, propriété du conseil municipal de Warrington) est la première batterie couplée en DC à l’échelle du réseau en Grande-Bretagne – et d’autres projets sont en cours de développement :

• Par exemple, fin 2022, JBM Solar a vendu deux projets – totalisant 105 MWc de solaire et 65 MW de stockage batterie – à Vantage RE. Ces projets devraient entrer en service cette année. (JBM Solar a ensuite été racheté par RWE.)

Jusqu’à présent, le choix entre batterie couplée en AC ou en DC était surtout une question de préférence.

Cependant, à mesure que les batteries couplées en DC deviennent opérationnelles (c’est-à-dire entrent sur le marché), il sera possible d’évaluer plus précisément les coûts et bénéfices réels de chaque solution.

Envie d’en savoir plus ?

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