Pour les passionnés de technique · Architecture et logique de commande
Comment HELYQ décide
quand l'énergie va où.
Un automate WAGO relie les mesures électriques aux prévisions météo, aux tarifs au quart d'heure et aux besoins de charge des chauffe-eau. Le logiciel CODESYS paramétrable coordonne ainsi la consommation, le stockage et l'injection.
01 / Installation et flux d'énergie
Deux formes de stockage.
Des rôles différents.
L'installation photovoltaïque alimente le réseau du bâtiment raccordé via l'onduleur hybride. Les chauffe-eau y absorbent l'énergie électrique et la stockent sous forme de chaleur. La batterie haute tension est raccordée côté courant continu de l'onduleur et restitue plus tard de l'énergie électrique.
La batterie soutient les consommateurs communs comme l'éclairage, le chauffage et la pompe de circulation, le sèche-linge collectif à pièces ainsi que les deux logements de vacances lorsqu'ils sont occupés. Avec une charge suffisante, les 8 kWh utilisables suffisent pour une nuit avec une charge typique.
Les raccordements électriques séparés des logements loués à l'année sont conservés. Leurs chauffe-eau sont intégrés au système énergétique commun.
| Composant | Réalisation dans le projet |
|---|---|
| Bâtiment | 7 logements : 5 loués à l'année, 2 logements de vacances occupés ponctuellement ; Haute-Styrie, env. 600 m d'altitude |
| Installation photovoltaïque | 11 kWc, orientation sud, env. 50° d'inclinaison du toit |
| Rendements journaliers maximaux observés | Environ 65 kWh en été et 45 kWh en hiver par temps favorable ; pas de valeurs journalières moyennes |
| Onduleur | SOFAR, triphasé, 15 kW maximum, 2 strings photovoltaïques, appareil hybride |
| Batterie haute tension | SOFAR, 10 kWh nominaux ; 8 kWh utilisables entre 20 et 100 % d'état de charge |
| Eau chaude | 7 chauffe-eau électriques, chacun commuté et mesuré individuellement |
| Automate | Automate WAGO ; programmation sous CODESYS ; régulation paramétrable |
L'automate traite les informations et commande les appareils. Le courant de puissance ne passe pas par l'automate.
02 / Mesurer et anticiper
Mesures locales.
Prévisions externes.
MODBUS RTU
L'onduleur, la batterie et les compteurs d'énergie sont raccordés via MODBUS RTU à 19 200 bauds. Un compteur d'énergie monophasé jusqu'à 100 A est prévu pour chaque chauffe-eau ; un autre compteur mesure l'électricité des parties communes.
L'automate lit notamment la tension, le courant, la puissance et la fréquence. L'onduleur fournit des données sur la puissance photovoltaïque et les tensions des strings. Pour la batterie sont affichés notamment la tension, le courant de charge et de décharge ainsi que l'état de charge et l'état de santé.
Météo et tarifs via des API
La prévision de nébulosité couvre le jour en cours et les trois jours suivants. Entre le lever et le coucher du soleil, elle est interrogée toutes les heures.
Les tarifs d'électricité sont également récupérés toutes les heures. Les valeurs au quart d'heure doivent être disponibles pour le jour en cours et – dès leur publication, généralement vers 18 h – pour le lendemain.
Une prévision de nébulosité aide à estimer le rendement solaire ; elle ne mesure pas l'énergie effectivement produite.
03 / Commuter dans des limites définies
Chaque chauffe-eau individuellement.
La distribution dans son ensemble.
Chaque chauffe-eau dispose de son propre contacteur. Le projet utilise des contacteurs unipolaires de 32 A. La puissance électrique nominale de chaque chauffe-eau est enregistrée comme paramètre.
Les chauffe-eau peuvent être regroupés en groupes de distribution. Pour chaque groupe, une puissance maximale enclenchée simultanément est définie – par exemple 6 kW pour une partie de distribution existante. Ces groupes sont indépendants des deux strings photovoltaïques de l'onduleur.
En outre, deux paramètres distincts limitent la puissance totale des chauffe-eau enclenchés simultanément et la puissance de prélèvement sur le réseau admissible.
Une durée minimale d'enclenchement paramétrée empêche, en régulation normale, qu'un chauffe-eau soit déclenché à nouveau dans les cinq minutes et réduit les commutations inutiles.
Les limites de puissance doivent correspondre à l'installation réelle. L'automate complète la gestion des charges ; les dispositifs de protection électrique et un dimensionnement dans les règles de l'art restent indispensables.
04 / Charge des chauffe-eau
Concilier besoins en eau chaude
et offre solaire.
Détecter électriquement la fin de charge
Lorsqu'un chauffe-eau libéré est enclenché, l'automate observe sa consommation de courant. Si la tension est présente et qu'aucun courant ne circule plus, il marque le chauffe-eau comme chargé. Le déclenchement par le thermostat existant du chauffe-eau est ainsi exploité, sans installer de mesure de température supplémentaire sur chaque chauffe-eau.
La détection de charge repose sur le comportement électrique. Elle ne remplace pas une mesure directe de la température de l'eau. Le chauffe-eau TOP7 dispose en outre d'une sonde de température, car elle était facile à installer à cet endroit.
Approvisionnement quotidien automatique
En régulation automatique, au moins une charge complète doit avoir eu lieu après midi. Si ce n'est pas le cas au coucher du soleil, la charge est complétée par la batterie ou le réseau.
L'après-midi, la prévision du lendemain influence la suite de la charge. Si un faible rendement solaire est attendu, le chauffe-eau peut charger même lorsque la puissance photovoltaïque actuelle est inférieure à sa puissance nominale. L'énergie manquante est complétée. Si un rendement solaire suffisant est attendu et que le chauffe-eau a déjà été entièrement chargé après midi, une nouvelle charge n'a lieu que si le photovoltaïque la couvre entièrement. Davantage de capacité de batterie reste ainsi disponible pour d'autres consommateurs.
Trois modes de charge au choix
| Mode de charge | Fonctionnement |
|---|---|
| Charge solaire uniquement | Charger lorsque suffisamment d'énergie solaire est disponible et que les autres chauffe-eau sont déjà chargés. |
| Charge unique | Une charge immédiate et unique. Elle est aussi déclenchée automatiquement lorsqu'un départ de chauffe-eau préalablement coupé au tableau est remis sous tension. |
| Charge permanente | L'automate vise la charge indépendamment de l'heure et du rendement solaire, par exemple en cas de besoin temporairement accru dans un logement de vacances. |
En outre, chaque chauffe-eau peut être activé ou désactivé. Les modes de charge respectent les limites de puissance configurées.
Charge spéciale ciblée en cas de besoin accru
Une charge spéciale quotidienne peut avoir lieu à une heure fixe – par exemple à 23 h avec une énergie de charge maximale de 4 kWh. Un chauffe-eau peut ainsi être rechargé de manière ciblée pour un besoin en eau chaude particulièrement élevé, indépendamment de l'offre solaire du moment.
4 kWh désigne la quantité d'énergie de la charge. La puissance électrique et les puissances admissibles par groupe et au total sont considérées séparément.
05 / Injection et pilotage tarifaire
Tous les kilowattheures injectés
n'ont pas la même valeur.
Dans le projet, l'électricité est achetée à un tarif fixe. La part énergie s'élève à 14 ct/kWh ; avec les frais de réseau et les autres composantes, environ 45 ct/kWh sont retenus. L'injection est en revanche soumise à un tarif dynamique avec mesure au quart d'heure.
La rémunération correspond au prix de référence convenu moins 2 ct/kWh. Une limite de prix paramétrable permet de piloter l'injection de manière économique.
Profiter d'un créneau favorable le matin
Si la production solaire attendue pour la nouvelle journée dépasse 30 kWh et qu'un prix inférieur au seuil réglé est attendu pendant plus de deux heures, l'injection est effectuée de manière ciblée dès le matin. La charge des chauffe-eau et de la batterie peut alors être décalée.
Le seuil de 30 kWh concerne l'énergie journalière attendue. Il ne s'agit pas d'un seuil de puissance instantanée.
Limiter l'injection lorsque les tarifs sont bas
Si le prix de référence passe sous la limite réglée – 2 ct/kWh dans l'exemple –, l'onduleur passe en mode injection zéro. L'énergie peut être consommée ou stockée sur place dans les limites de fonctionnement admissibles. Les excédents qui ne peuvent pas être absorbés sont écrêtés.
Avec un prix de référence de 2 ct/kWh et une déduction de 2 ct/kWh, la rémunération calculée de l'injection est nulle ; en dessous, elle est négative. Le pilotage tarifaire est donc particulièrement pertinent avec un contrat d'injection dynamique.
La limitation réduit l'injection pendant ces créneaux. L'objectif est un meilleur bénéfice économique de l'énergie produite et une moindre sollicitation du réseau par des excédents évitables.
06 / Commande, analyse et extension
Comprendre le fonctionnement.
Suivre la consommation.
Vue à distance
La vue d'ensemble de l'installation est accessible par Internet. Elle affiche l'état des chauffe-eau, les modes de charge et les paramètres, ainsi que l'état des API et les données de l'onduleur et de la batterie. Elle sert à commander et contrôler l'installation.
Données journalières et mensuelles
Des valeurs journalières et douze mois glissants sont enregistrés pour chaque compteur d'énergie. Ils comprennent les index de fin de mois ainsi que les parts de consommation provenant du réseau, de la batterie et du photovoltaïque. Pour le système complet, le rendement photovoltaïque et l'utilisation de l'énergie pour l'eau chaude ainsi que l'électricité des parties communes et les logements raccordés sont analysés.
Pour chaque chauffe-eau, les durées de charge journalières, la consommation d'énergie et les commutations sont disponibles. Des rapports mensuels sont envoyés par e-mail ; un journal d'erreurs et des messages d'erreur facilitent l'exploitation.
La répartition entre photovoltaïque, batterie et réseau résulte de l'analyse du système. Un compteur individuel mesure d'abord la consommation électrique totale du consommateur raccordé.
Paramétrage
- Communication MODBUS et appareils associés
- Logements et groupes de distribution électrique
- Nombre de chauffe-eau, puissance nominale et affectation aux groupes
- Compteurs d'énergie et affectation des mesures
- API météo et tarifaires ainsi que localisation
- Limites de puissance, modes de charge et charges spéciales
- Expéditeur et destinataires des rapports mensuels et des messages d'erreur
Données supplémentaires du bâtiment
Un module M-Bus enregistre chaque mois les compteurs de chaleur et envoie les valeurs par e-mail. Il s'agit d'un relevé à distance, et non d'une commande du chauffage.
Un module Pt1000 mesure les températures extérieure, de départ et de retour du chauffage ainsi que la température du chauffe-eau TOP7. D'autres affichages peuvent s'appuyer sur cette infrastructure.
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Les échanges sur des bâtiments similaires, les questions techniques concrètes et les retours d'expérience d'installation m'intéressent.
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