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Nanogrids: une nouvelle opportunité pour l’industrie solaire et ses clients

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Nous explorons les possibilités que les nano Grids offrent aux installateurs solaires dans une nouvelle série spéciale de rapports présentés par Microgrid Knowledge et Instant ON. Le premier article définit les nanogrides, explique comment ils sont installés, pourquoi les prix ont baissé et comment ils gagnent en valeur.

solaire et nanogrille

Téléchargez le rapport complet.

Que sont exactement les nanogrids? Imaginez un micro-réseau, mais:

  • Plus petit, ce qui signifie qu’il est plus rapide et plus facile à installer et plus abordable
  • Localisé de manière à ce qu’il soit centré sur le client et puisse être lié à d’autres nanogrids, micro-réseaux et macrogrille de service
  • Ils peuvent être agrégés, ce qui peut créer une réponse coordonnée pour soutenir d’autres réseaux en cas d’urgence

Les nanogrids et les microgrids sont des formes d’énergie locale – des systèmes autonomes avec production d’énergie, contrôles et souvent stockage d’énergie – qui servent les clients dans une empreinte discrète. Bien qu’ils puissent fonctionner indépendamment, la plupart des micronets et nano-réseaux nord-américains sont également connectés à un réseau central. Ils sont capables de se déconnecter du réseau plus large et de travailler de manière autonome lors d’une panne de courant. L’électricité continue de circuler vers les maisons et les bâtiments qui desservent les micro-réseaux et les nano-radiateurs, même si les autres autour d’eux sont dans l’obscurité. C’est la raison principale de leur installation, qui est particulièrement importante étant donné que les États-Unis subissent de plus en plus de perturbations causées par des tempêtes, des incendies de forêt et d’autres conditions dangereuses qui affectent la sécurité des communautés. Pendant ce temps, les pannes d’électricité dans les foyers, principal marché des nanogrides, ne sont plus un simple inconvénient; Ils peuvent supporter des coûts importants maintenant que plus de personnes travaillent à domicile. En fait, le COVID-19 a créé des situations dans lesquelles de hauts responsables d’entreprise ont travaillé depuis leur domicile, déplaçant le siège social de facto des entreprises vers des résidences dépourvues du type de systèmes d’alimentation de secours susceptibles de se trouver dans leurs complexes de bureaux.

Mais ce n’est pas seulement la fiabilité électrique qui rend ces systèmes attractifs. Parce qu’ils sont connectés au réseau électrique, ils peuvent y fournir des services et être payés pour cela. Par exemple, un service public peut payer pour allumer une batterie nanogrease à un moment où il y a un grand besoin d’électricité et qu’il a besoin de plus d’énergie, comme une journée chaude où la climatisation est beaucoup utilisée.

Les propriétaires de nanogrilles et de micro-réseaux peuvent également économiser de l’argent s’ils utilisent l’énergie de leurs systèmes, plutôt que du réseau, à un moment où l’électricité coûte cher.

Un autre avantage important des nanogrides est leur connexion à un réseau intelligent à plus grande échelle. Un réseau de nanogrilles en vrac peut être très précieux pour un réseau. Actuellement, l’énergie solaire produit de l’énergie au moment de la journée où l’énergie est la plus faible. En dehors de la simple arrêt de la production de panneaux solaires, grâce à une pratique appelée réduction des effectifs, les services publics ne disposent pas d’un moyen efficace de gérer tous les points séparés des connexions interrompues. Ils n’ont aucun moyen de stocker efficacement l’énergie solaire. De plus, aux moments où les services publics ont le plus besoin d’énergie, les systèmes solaires indépendants actuels ne peuvent pas nécessairement la fournir parce qu’ils manquent de technologie intelligente. Cela est en partie dû au fait que l’énergie solaire n’est pas produite à ces moments critiques de la journée. Les nanogrids peuvent aider à résoudre ce problème.

En quoi les microarrays et les nanogrids diffèrent-ils? La taille est l’un des principaux facteurs qui les distingue. Les microgrids sont généralement plus grands que les nanogrades et desservent généralement un bâtiment entier ou plusieurs bâtiments. Les microréseaux peuvent également contenir des systèmes énergétiques relativement complexes avec plusieurs sources d’énergie. Selon un article publié par Bruce Nordman, chercheur au Lawrence Berkeley National Laboratory, et Ken Christensen, professeur d’informatique à l’Université de Floride du Sud, le nanogrille est un domaine de la puissance – tension, capacité, fiabilité, administration et coût.

Ce que les installateurs d’appareils solaires doivent savoir sur l’installation et l’équipement
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Écrit par franco lucato / Shutterstock.com

De nombreuses entreprises solaires existantes et plusieurs nouvelles entreprises se lancent dans le secteur de l’énergie et reconnaissent que les nanogrids ajoutent de la valeur par rapport à de simples systèmes solaires autonomes. Les nano-réseaux doivent être conçus, construits et installés par des professionnels en raison de problèmes de sécurité et techniques. Les installateurs doivent comprendre les normes en constante évolution pour le comptage d’énergie nette (NEM), la certification UL et les communications, l’interconnexion, et les exigences pour différents types d’expérience électrique, ainsi que les directives d’exportation qui varient d’une ville à l’autre et des services publics aux services publics. Nous avons maintenant besoin d’équipes d’experts capables de commander et d’installer avec succès des projets de nanogrilles. La courbe d’apprentissage est presque insurmontable pour les petits fournisseurs s’ils n’ont pas d’équipe ou de partenaires qui comprennent l’environnement en constante évolution autour des différents composants du nanogrid.

Un équipement approprié est un élément essentiel de l’ensemble et peut aider à déterminer si un nanogrid peut être isolé du réseau. Ceci est crucial car la plupart des propriétaires intéressés par l’énergie solaire et le stockage sont à la recherche de résilience et souhaitent pouvoir maintenir l’électricité dans leur maison en cas de panne de courant.

Lors d’une panne de courant, le système solaire cesse de fonctionner pour éviter le reflux d’énergie.

Il est important pour les installateurs solaires de comprendre l’équipement nécessaire pour construire un îlot domestique en cas de panne de courant. Lors d’une panne de courant, le système solaire cesse de fonctionner pour éviter le reflux d’énergie. (Le but est de protéger les services publics.) C’était le cas de centaines de Californiens qui ont été coupés lors des arrêts de sécurité publique (PSPS) – malgré l’énergie solaire.

Dans certains cas, même les maisons équipées de systèmes solaires et de stockage d’énergie voient leur électricité coupée lorsque le service public a coupé l’électricité dans leurs quartiers. Ces systèmes manquaient d’un composant clé de la nanogrease, un élément qui distingue la technologie des systèmes plus simples de stockage solaire et de stockage – le commutateur de transmission automatique.

Le commutateur de transfert isole le système de l’utilitaire et met le nanogrease en mode îlot. Cela permet au nanogrid de fournir de l’énergie à partir de ses ressources sur site maison sans retour secteur. Lorsque l’interruption est terminée et que l’alimentation secteur devient disponible, le commutateur de transmission reconnecte la maison au secteur, permettant au courant de circuler à nouveau entre le nanogrid et le secteur. Dans certains cas, d’autres équipements peuvent être nécessaires, comme un relais sans exportation qui donne au service public un surplus.

Tous ces équipements doivent être gérés, ce qui est la tâche du contrôleur, la dernière pièce nécessaire pour assurer le bon fonctionnement, la supervision et l’exploitation. Ce système logiciel hautement intelligent offre également des capacités de nanogregging qui ne sont pas seulement disponibles avec les systèmes de stockage solaire ou solaire plus. Grâce à des contrôles avancés, les consommateurs bénéficient d’une visibilité et d’un contrôle de la consommation d’électricité, ce qui permet une intégration en douceur de sources d’énergie alternatives dans l’infrastructure filaire existante. Ils peuvent également participer favorablement aux programmes d’intervention des services publics, qui offrent aux ménages une compensation pour les économies d’énergie à des moments clés. Le contrôleur offre une automatisation et une hiérarchisation de la charge qui permet une compensation maximale avec un minimum d’interférences.

Un autre composant qui commence à être introduit dans les nanogrides est le circuit imprimé intelligent qui offre des services qui vont au-delà de la protection de courant passive d’un panneau conventionnel. Le panneau intelligent combine des composants clés (compteur intelligent, tableau de distribution et tableau de charge de base) pour créer un point de contrôle unique pour la production, le stockage d’énergie et les appareils intelligents dans la maison. Ainsi, lorsque le réseau disparaît, le panneau isole automatiquement la maison et contrôle les charges pour assurer une transition sûre et non perturbée du réseau au mode îlot et revenir au réseau. Les systèmes innovants permettent au propriétaire de donner la priorité à l’utilisation de l’énergie pour les circuits, les appareils et les appareils connectés via un téléphone mobile, en veillant à ce que les plus importants soient alimentés ou réinitialisés au besoin. En conséquence, la maison peut fonctionner pendant une période plus longue en utilisant uniquement l’énergie sur place. L’énergie de la batterie n’est pas gaspillée sur les appareils qui ne sont pas une priorité pour le propriétaire.

La baisse des prix de l’énergie solaire et du stockage crée des opportunités
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Écrit par EyeLights West / Shutterstock.com

Les nanogrids arrivent à un moment où les prix de leurs principaux composants – solaire et stockage – baissent.

Selon Solar Energy Installation (SEIA), le coût d’installation des panneaux solaires a diminué de plus de 70% au cours des 10 dernières années. Bien que le système de logement moyen en 2010 coûtait environ 40 000 $ avant l’application des incitatifs, il n’est plus que de 18 000 $, selon SEIA. Les prix depuis le premier trimestre de 2020 étaient aux niveaux les plus bas de l’histoire pour tous les segments du marché solaire.

Le prix des batteries lithium-ion a chuté d’environ 80% au cours des cinq dernières années. Et le coût continue de baisser. Les batteries lithium-ion devraient chuter à un taux annuel moyen de 6,5% au cours de la prochaine décennie.

En termes de stockage, depuis 2013, les prix des batteries lithium-ion, la forme la plus courante de batteries utilisées dans les nanogrids, ont baissé de près de 73%, et le coût total de la cellule et de l’emballage était de 176 $ en 2018, 474 $ de moins que 2013. , selon la Smart Electric Power Alliance.

Le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) affirme que le prix des batteries lithium-ion a chuté d’environ 80% au cours des cinq dernières années. En conséquence, les États-Unis ont alloué 93% d’espace de stockage supplémentaire au troisième trimestre de 2019 par rapport au troisième trimestre de 2018.

En août 2019, Navigant Research a publié un rapport indiquant que les prix des batteries lithium-ion chuteront à un taux annuel moyen de 6,5% au cours de la prochaine décennie.

La diminution des coûts du solaire et du stockage d’énergie améliore la proposition de valeur pour les nanogrides, d’autant plus que, par comparaison, les prix de l’électricité des logements publics augmentent.

Combien coûte un nanogrid? Cela dépendra du fait que le ménage choisit d’acheter le système directement ou qu’il sous-traite le système dans le cadre de programmes conçus pour protéger le capital des ménages, tels que les baux ou les contrats d’achat d’électricité (CAE). Les coûts des nanogrilles peuvent également être remboursés si le système vend sa production au réseau.

Examinons différents scénarios.

Pour comprendre l’économie des achats directs, examinons la famille moyenne de Californie qui consomme environ 880 kWh d’électricité par mois. La famille paierait environ 220 $ par mois aux services publics pour le coût de l’électricité. Dans ce scénario, la famille peut compenser cette utilisation et gagner en indépendance énergétique et en résilience avec un retour de six ans. Cela nécessiterait un nanogreg connectant un système solaire de 6 kW à un système de stockage d’énergie de 20 kWh situé à l’intérieur ou à l’extérieur, associé à un convertisseur approprié, une carte principale intelligente et un appareillage de commutation, contrôlé par un contrôleur à micro-slot avec un logiciel intelligent. Un système complet coûterait moins de 45 000 dollars. Avec un financement de 3,99% sur une période de 20 ans, ce ménage coûterait environ 270 $ par mois. Ainsi, pour 50 $ de plus par mois que leur prix mensuel actuel, les propriétaires auraient des prix fixes pour leurs besoins en électricité – plus la tranquillité d’esprit en sachant qu’ils seraient en mesure de compter les pannes d’électricité qui pourraient leur arriver. En supposant que les coûts d’électricité augmentent de 3% par an, il faudra six ans pour que l’escalade dépasse le nouveau paiement. À partir de ce moment, le paiement financé restera inférieur au prix de l’électricité tant que le système fonctionnera.

Nanogrid abordable

Bien que le coût des nanogrades ait baissé, le prix peut sembler inaccessible pour de nombreux ménages. Cependant, il existe des mécanismes de financement qui rendent les nanogrids abordables.

Deux structures financières – LPP et Clean Energy Assets (PACE) – peut aider à alléger le fardeau financier des propriétaires.

Les parties contractantes nécessitent peu ou pas de capital de démarrage. Le tiers possède et gère l’équipement. Les propriétaires paient simplement pour l’énergie qu’ils consomment, comme ils ont l’habitude de le faire lorsqu’ils achètent de l’électricité à des sociétés de services publics.

Parallèlement, le financement du PACE réduit les problèmes de solvabilité liés aux actifs. L’approche hybride, le PPA sécurisé par un PPA, combine les deux et constitue une stratégie pour stimuler l’énergie solaire dans les ménages à faible revenu.

nanogrid et solaire

Bien que le coût des nanogrades ait baissé, le prix peut sembler inaccessible pour de nombreux ménages. Cependant, il existe des mécanismes de financement qui rendent les nanogrids abordables. Photo: Photographie Roschetzky / Shutterstock.com

Une autre option est l’énergie en tant que service, qui est similaire à PPA, sans besoin de capital de démarrage. L’hôte passe un contrat avec un fournisseur indépendant qui possède et exploite l’installation. L’hôte effectue des paiements sous forme de dépenses d’exploitation périodiques à court terme. Les paiements se poursuivent tant que le propriétaire fournit les services électriques. La durée du contrat varie et est indiquée dans les contrats.

Ces modèles ouvrent la possibilité aux services publics ou à des tiers d’agréger le réseau de systèmes de stockage d’énergie résidentiels. Les batteries peuvent fonctionner comme une centrale électrique virtuelle (VPP) ou fournir d’autres services de réseau, générant des revenus pour les propriétaires de batteries.

Un exemple est un projet pilote en Nouvelle-Zélande impliquant 22 000 foyers équipés de nanogrids. En allouant 20% de la batterie de chaque maison et en vendant cette énergie sur le marché en réponse à la demande des entreprises de services publics, la société financière a obtenu un retour sur les coûts du système en moins d’un an. En d’autres termes, en combinant la puissance de batterie disponible d’un certain nombre de nanogrids et en la vendant sur le marché pour créer une source de revenus supplémentaire, les nanogrids ont été payés en huit mois.

Fournir une énergie propre et à moindre coût aux ménages à faible revenu

Les nanogrids sont particulièrement précieux pour les familles à faible revenu, qui sont souvent les premières victimes du changement climatique. Le rapport fédéral note que les familles à faible revenu ont tendance à avoir des taux plus élevés de problèmes de santé, sont plus susceptibles d’être exposées aux risques environnementaux et sont plus susceptibles de repousser les catastrophes naturelles.

Les familles à faible revenu sont souvent logées dans des bâtiments moins efficaces en raison de la pauvreté et de la discrimination. Cela signifie qu’ils doivent faire face à des coûts énergétiques plus élevés, car les propriétaires n’installent souvent pas de mesures d’économie d’énergie.

En outre, les citoyens à faible revenu ne peuvent pas se permettre des économies d’énergie et des technologies propres telles que les systèmes solaires, les appareils efficaces et les voitures électriques.

Les ménages à revenu moyen et élevé dépensent 2% ou moins de leur revenu énergétique, tandis que les ménages à faible revenu en dépensent 10% ou plus. Les très pauvres sont susceptibles de dépenser jusqu’à 20% de leurs revenus en achats d’énergie. Ils sont également aux prises avec les fluctuations des prix de l’électricité.

Il est possible pour les ménages de tous niveaux de revenus d’acquérir des nanogrides sans frais initiaux grâce à des mécanismes de financement alternatifs tels que PPA et PACE. La capacité d’agréger et de monétiser l’énergie stockée excédentaire et l’efficacité du portefeuille de nanogrilles ouvrent également la possibilité aux sociétés financières d’introduire l’énergie en tant que service et d’autres formes de financement créatif. Cela est dû à la possibilité d’optimiser la consommation d’énergie, de stocker la production d’énergie excédentaire et d’encaisser le soutien du réseau.

Comment les nanogrides gagnent en valeur
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Écrit par Slavoljub Pantelić / Shutterstock.com

Comme nous l’avons noté, les nano Grids ont la capacité de créer de la valeur qui aide à compenser les coûts du système. Voyons plus en détail comment ils y parviennent.

L’association du stockage d’énergie, des énergies renouvelables et des commandes avancées crée des opportunités pour une meilleure gestion de l’énergie domestique, des économies d’argent et des revenus grâce au support réseau. Avec des commandes avancées qui permettent la création de nanogrilles, les possibilités sont encore plus grandes.

Considérez comment un nanogrid se compare à un système solaire domestique conventionnel. Les systèmes à l’ancienne peuvent avoir un équipement de suivi qui suit facilement l’énergie solaire produite, exportée et consommée. Mais le nanogrid permet aux propriétaires de systèmes solaires d’agir sur cette information. Avec des commandes avancées, ils peuvent allumer ou éteindre l’électricité sur les appareils, décider quand il est préférable d’utiliser l’énergie solaire, allumer une pompe de piscine à la maison par une journée ensoleillée, déplacer une charge comme un sèche-linge ou recharger leurs systèmes de stockage d’énergie. Les utilisateurs peuvent voir l’énergie qu’ils utilisent et produisent en temps réel, les aidant à naviguer dans la consommation d’énergie pour générer des économies et des revenus, créant ainsi un système axé sur le client.

Les ménages dotés de nanogrilles peuvent également utiliser leur système contre les prix de réseau. Le réseau a beaucoup d’énergie solaire, plus que ce dont il aurait besoin, au milieu de la journée. Cela signifie qu’une partie échouera. Mais avec le stockage d’énergie dans le mix, une maison peut stocker une partie de l’énergie solaire bon marché et l’utiliser à tout moment, peut-être la remplacer par le réseau à un autre moment lorsque les prix de l’électricité augmentent. C’est ce qu’on appelle souvent l’arbitrage énergétique.

L’utilisateur nanogreg peut également choisir d’envoyer une batterie nanogreg au moment où l’utilitaire appelle l’événement de réponse à la demande. Cela se produit lorsque le réseau est sous tension et que le service public propose de payer ses clients pour réduire la consommation d’énergie. La maison semble avoir réduit sa consommation d’énergie car elle consomme moins d’énergie du réseau. En réalité, la maison utilise toujours de l’énergie, mais elle provient de sa batterie solaire, pas du réseau.

Les propriétaires peuvent non seulement bénéficier de la participation à des événements de réponse à la demande, mais peuvent également réaliser des économies en hiérarchisant et en contrôlant comment et quand ils utilisent l’énergie à la maison.

En combinant un système de contrôle intelligent avec des systèmes d’énergie solaire ou d’autres systèmes d’énergie et des batteries, les propriétaires peuvent utiliser la consommation d’énergie des ménages avec la courbe de production solaire de leurs panneaux solaires tout au long de la journée. Cela signifie qu’ils peuvent utiliser l’énergie solaire sur place et réduire la dépendance au réseau.

Ils peuvent également économiser de l’argent en utilisant leurs systèmes solaires et de stockage aux heures d’utilisation, qui sont plus élevées lorsque la demande est élevée. Le solaire peut être stocké et libéré lorsque ces taux sont élevés. Les entreprises de services publics californiennes font partie des entreprises offrant des tarifs selon l’heure d’utilisation.

Bien que ces projets soient au sommet, ils deviennent de plus en plus courants. Les installateurs solaires peuvent aider leurs clients à participer à ce nouveau monde de l’énergie et à résoudre les problèmes de réseau.

Avec les nanogrids, les ménages et les entreprises peuvent être les principaux acteurs, décidant comment gérer leur énergie et quand participer aux événements de réponse à la demande. Dans le prochain chapitre, nous examinerons plus en détail comment les nanogrids servent un plus grand bien, agissant comme un avantage du réseau électrique.

Dans les semaines à venir, cette série spéciale d’articles explorera les sujets suivants explorant les nanogrides et l’énergie solaire:

  • Comment les nanogrids solaires aident à gérer la variabilité du réseau
  • Comment les nanogrides contribuent à la sécurité publique – incendies de forêt, pannes de courant et autres défis
  • Des changements bénéfiques et réglementaires qui profiteraient aux nanogrids
  • Transition solaire vers les nanogrids – et pourquoi c’est bon pour les installateurs solaires

Téléchargez le rapport complet « Nanogrids: une nouvelle opportunité pour l’industrie solaire », gracieuseté d’Instant ON, pour en savoir plus.

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