Les impacts de la communication sans fil sur la révolution de l'industrie solaire

Radiocrafts a accumulé des dizaines d'années d'expérience dans l'industrie solaire en aidant des clients du monde entier dans le suivi solaire, la surveillance des onduleurs, les projets de stockage d'énergie, et plus encore. Même si nous proposons des solutions radio sans fil dans divers secteurs de l'IoT, une tendance visible a émergé il y a quelques années. Un nombre croissant de clients se sont tournés vers nous pour des solutions liées aux applications solaires. Nous avons saisi l'importance de cette tendance et avons décidé d'approfondir notre compréhension de l'industrie solaire.

Par la suite, nous avons décidé de commencer à prendre part activement à la révolution de l'industrie solaire en participant aux salons Intersolar Europe et US, RE+ et à d'autres événements liés à l'industrie solaire. Ces événements nous ont donné de précieuses occasions d'interagir avec des clients existants et de nouveaux prospects au sein du secteur solaire. Grâce à notre engagement à comprendre l'industrie solaire, la plupart des informations que nous présenterons ici ont été acquises par le biais des efforts que nous avons déployés pour nous plonger davantage dans ce segment spécifique.

(Source de l'image : Radiocrafts)

Dans ce blog, nous allons donc nous intéresser de près à l'industrie solaire. Nous commencerons par définir ce qu'englobe l'industrie solaire, en étudiant les tendances du secteur, en examinant la vaste gamme de dispositifs essentiels pour alimenter des installations solaires et en abordant le rôle de chaque dispositif au sein du système. Nous comparerons également les solutions câblées aux alternatives sans fil, parlerons des solutions sans fil adaptées au secteur solaire, et terminerons en présentant la solution maillée RIIM de Radiocrafts qui prend en charge plusieurs fonctionnalités de pointe optimisées pour répondre aux demandes de l'industrie solaire.

Présentation de l'industrie solaire

L'industrie solaire englobe trois segments distincts, mais tout aussi importants :

(Source de l'image : Radiocrafts)

Le premier segment concerne les vastes installations prévues pour les fournisseurs d'énergie électrique. Ces installations se composent de séries étendues de panneaux solaires, qui se comptent souvent en milliers. Ces panneaux solaires sont accompagnés de trackers solaires pour garantir un suivi précis et des angles optimaux tout au long de la journée. Typiquement, ces installations se situent dans des champs ouverts ou des paysages désertiques.

Le deuxième segment se compose d'installations de taille moyenne qui restent importantes, mais qui ne sont pas aussi étendues que celles que l'on trouve dans les régions désertiques. Ces systèmes se trouvent généralement sur les toits et sont classés dans le segment des toits et des installations industrielles.

Enfin, on trouve le segment résidentiel, qui se compose typiquement de maisons individuelles ou d'ensembles de maisons dont les toitures sont équipées de panneaux solaires. Certaines installations peuvent également inclure des systèmes de stockage de l'énergie et des systèmes de charge pour véhicule électrique.

Il est intéressant de noter que les différences au sein de ces systèmes sont influencées par les codes du réseau électrique, qui dictent leur interaction avec le réseau électrique public. Les installations plus importantes respectent des exigences plus strictes qui définissent la manière dont elles doivent alimenter le réseau électrique et réguler la production afin d'empêcher la surcharge du réseau. Il est essentiel de bien comprendre ces distinctions lors de la comparaison de ces divers systèmes.

(Source de l'image : Radiocrafts)

Il convient également de mentionner que certaines réglementations européennes imposent désormais l'intégration d'installations solaires dans certains projets de construction de nouveaux bâtiments. Cette exigence devrait entraîner une augmentation significative du nombre d'installations, en particulier dans les secteurs des toits et résidentiels.

Quelle est la tendance actuelle dans l'industrie solaire ?

Existe-t-il une tendance visible au sein de l'industrie solaire ? Assistons-nous à une transition vers des installations résidentielles plus petites, ou la croissance concerne-t-elle tous les segments mentionnés ?

Nous observons assurément une croissance dans l'ensemble des segments.

Même s'il existe de légères variations quant aux exigences et aux configurations des systèmes pour répondre aux spécifications radio, nous observons dans l'ensemble une progression stable dans chacun de ces segments.

Quels sont les types de dispositifs présents dans une installation solaire et quel est leur rôle dans le système ?

De nombreux dispositifs sont fréquemment utilisés dans les installations solaires, avec des variations quant à la présence de certains composants en fonction des segments.

(Source de l'image : Radiocrafts)

Au cœur des installations solaires se trouvent les panneaux solaires, souvent reliés les uns aux autres en série, dirigeant leur tension CC via un dispositif appelé un combinateur CC. Le combinateur CC accumule la tension CC provenant des panneaux solaires interconnectés et l'élève à un niveau supérieur avant de l'injecter dans l'onduleur. Dans les installations à grande échelle dédiées aux fournisseurs d'énergie électrique, les combinateurs CC jouent un rôle crucial dans la surveillance des panneaux solaires en détectant leur éventuelle dégradation physique au fil du temps.

Dans certaines configurations, les panneaux solaires peuvent fournir directement la tension CC à l'onduleur, pour une plus grande flexibilité architecturale.

Ensuite, l'onduleur convertit la tension CC en tension secteur CA, qui est alors transmise au réseau électrique par le biais d'un compteur d'électricité.

Autre composant vital présent dans les installations solaires : le contrôleur de centrale ou l'enregistreur de données. Dans les installations à grande échelle avec de nombreux onduleurs et combinateurs CC, ce dispositif est souvent appelé un contrôleur de centrale. Sa fonction principale consiste à transmettre des commandes aux onduleurs, ce qui leur permet d'ajuster leur sortie en fonction des exigences du réseau électrique.

Dans les installations plus petites, ce dispositif est dans la plupart des cas appelé un enregistreur de données. Sa fonction principale consiste à enregistrer les données énergétiques produites par l'onduleur et à détecter tout dysfonctionnement de ce dernier.

Dans les installations à grande échelle, il y a typiquement une connexion ou une API qui relie l'opérateur réseau au contrôleur de la centrale. Cela permet à l'opérateur du réseau électrique public de transmettre des commandes au contrôleur de la centrale, pour effectuer des ajustements au niveau de la sortie des onduleurs selon les exigences du réseau électrique. Par exemple, si un excès d'électricité est généré, l'opérateur réseau peut dire au contrôleur de la centrale de réduire la sortie des onduleurs. Cette communication implique typiquement des exigences de latence ultrafaible afin de garantir une adaptation en temps réel des onduleurs et d'empêcher d'éventuelles surcharges du réseau dues à un courant électrique excessif.

Divers autres dispositifs sont fréquemment utilisés dans les installations à grande échelle, notamment des stations météorologiques, des trackers solaires pour optimiser l'angle des panneaux par rapport au soleil, des dispositifs de contrôle des angles des trackers pour s'assurer que les trackers se déplacent effectivement en conséquence, ainsi que des irromètres pour mesurer l'intensité de la lumière du soleil entrante.

Le stockage d'énergie joue également un rôle majeur dans les installations solaires, avec des batteries intégrées dans les installations de toutes tailles.

(Source de l'image : Radiocrafts)

Dans les configurations résidentielles et de toits, l'adoption des bornes de charge de véhicules électriques (VE) permet la prise en charge de cette application. Le système de gestion de l'énergie fait partie intégrante des configurations résidentielles. Il surveille la consommation en fonction de la production d'énergie locale et du prix de l'énergie sur le réseau électrique. Cela permet d'optimiser le fonctionnement des charges locales en fonction des périodes où le coût de l'énergie est le plus bas, comme lors du pic de production d'énergie solaire au cours de la journée.

En résumé, une installation solaire constitue un système IoT sophistiqué avec des fonctionnalités de communication étendues.

Solution câblée ou solution sans fil ?

Dans les installations à grande échelle actuelles, les solutions câblées constituent la norme, ce qui implique des réseaux complexes de boucles fibre optique et des kilomètres de câbles, y compris des câbles électriques, RS485 et fibre optique enterrés. Cependant, la technologie sans fil prend de l'ampleur, car elle offre de nombreux avantages pour ces configurations.

(Source de l'image : Radiocrafts)

Les connexions câblées entraînent des défis comme la sensibilité aux impacts de foudre et aux boucles de masse, qui peuvent perturber la communication si un câble reliant plusieurs dispositifs est endommagé. Par ailleurs, le processus de réparation et de remplacement d'un câble prend du temps et entraîne des coûts conséquents.

Face à ces défis, l'intérêt pour les solutions sans fil grandit en raison des économies considérables qu'elles permettent et de la flexibilité d'installation qu'elles offrent. Tandis que l'approche câblée traditionnelle prend typiquement plusieurs jours et nécessite une main-d'œuvre importante, les alternatives sans fil offrent une installation rapide et facile, ainsi qu'une certaine adaptabilité. Ces avantages entraînent une adoption croissante des solutions sans fil, en particulier avec l'augmentation de la demande liée à des déploiements de systèmes fluides et rentables.

Quelles sont les technologies sans fil adaptées aux installations solaires ?

Il existe de nombreuses technologies sans fil disponibles. Chacune est adaptée aux besoins spécifiques des trois segments solaires distincts abordés plus tôt, ainsi qu'aux différents dispositifs nécessaires pour faire fonctionner une installation rentable dans chaque segment. Cela entraîne des exigences diverses.

La nécessité d'avoir une longue portée est une exigence critique. Par exemple, dans le segment résidentiel, le système peut inclure des micro-onduleurs reliés directement à un panneau solaire sur le toit de la maison. Le contrôleur se trouve très probablement à l'intérieur de la maison, ce qui entraîne des défis de communication en raison des interférences provoquées par les murs en béton. De la même manière, dans les installations sur les toits de bâtiments autres que résidentiels, la communication efficace avec les onduleurs sur les toits est sujette à un problème de portée étant donné que les contrôleurs se trouvent plusieurs étages plus bas. Dans les installations à grande échelle dédiées aux fournisseurs d'énergie électrique, la communication longue portée avec chaque tracker et chaque combinateur CC est essentielle.

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Pour résoudre ces problèmes de portée, la communication radio sub-GHz offre une solution supérieure par rapport aux technologies 2,4 GHz grâce aux meilleures propriétés de pénétration et à l'immunité aux interférences qu'offrent les technologies sub-GHz. En outre, dans les scénarios où les panneaux solaires ou les onduleurs sont répartis sur plusieurs toits dans un même réseau, une solution maillée multi-sauts est requise pour garantir l'évolutivité.

La combinaison des technologies sub-GHz et maillée s'avère hautement efficacement pour les trois types d'installations solaires.

L'illustration ci-dessous montre un autre avantage de la technologie maillée sub-GHz. Un contrôleur de centrale communique avec un onduleur installé sur un toit, qui fonctionne ensuite comme un routeur en étendant la communication avec d'autres onduleurs. Dans ce genre de configuration solaire, la longue portée est primordiale.

Toutefois, il est aussi important de noter que les exigences de latence présentent une certaine contradiction avec la portée. Avec des équipements sensibles à la latence, il est essentiel de choisir soigneusement les équipements de communication.

(Source de l'image : Radiocrafts)

Par exemple, en cas de surveillance d'une station météo, il n'est pas nécessaire de rassembler des données toutes les millisecondes, étant donné que les conditions météorologiques ne changent typiquement pas aussi vite. Cependant, les situations qui impliquent des ajustements rapides (comme la réduction de la tension entrant dans le réseau électrique) requièrent une communication en temps quasi réel, en particulier en cas de gestion simultanée de plusieurs onduleurs.

La technologie maillée RIIM de Radiocrafts pour les installations solaires

Radiocrafts propose une solution maillée sub-GHz à longue portée et faible latence, RIIM, qui est parfaitement adaptée aux trois segments d'installations solaires mentionnés ci-dessus.

(Source de l'image : Radiocrafts)

Avec RIIM, les utilisateurs bénéficient de la flexibilité nécessaire pour s'adapter à différents systèmes d'installation solaire. Par exemple, certains utilisateurs peuvent donner la priorité aux délais de raccordement réseau rapides, tandis que d'autres peuvent mettre l'accent sur une faible latence ou sur la possibilité d'avoir de nombreux dispositifs au sein d'un même réseau. Ces exigences peuvent être affinées et hiérarchisées dans les paramètres réseau. Par ailleurs, nous proposons une assistance étendue pour le développement spécifique au client, ce qui signifie que si un client souhaite avoir des fonctionnalités supplémentaires (en plus des offres de produits standard), nous pouvons répondre à ces demandes.

Outre les problèmes de portée et de latence mentionnés précédemment, la fiabilité est également un point crucial à prendre en compte. Même si les câbles sont typiquement fiables, ils peuvent s'user, ce qui peut entraîner des problèmes comme des ruptures de câbles ou une accumulation de connecteurs. À l'inverse, la communication sans fil entraîne la possibilité de perte de paquets de données. Pour relever ce défi, la solution RIIM utilise des technologies avancées comme le TSCH (Time-Slotted Channel Hopping). Le TSCH est un protocole qui permet de transmettre des paquets de données à différentes fréquences et dans différents créneaux horaires de manière synchronisée. Le TSCH est mondialement connu comme un système de saut de fréquence exceptionnellement performant, capable d'atteindre une fiabilité de transmission des données d'au moins 99,99 % au sein d'un système.

(Source de l'image : Radiocrafts)

Le débit de données est également un point crucial à prendre en compte dans la conception d'un système solaire. La quantité de données générées par chaque dispositif varie considérablement. Par exemple, une station météo produit relativement peu de données, tandis qu'un onduleur solaire peut en générer une quantité importante. Lors de la prise de décisions liées à la conception du système, il convient de prendre en compte les capacités de traitement local au niveau des onduleurs ou des panneaux solaires, le filtrage des données et la compression. En fin de compte, le but est de transférer efficacement une certaine quantité de données entre des dispositifs. Par exemple, si le réseau transmet principalement des alarmes, une faible latence est essentielle, mais le volume du trafic reste bas. Toutefois, si chaque dispositif génère des centaines de bits de données par seconde, le réseau peut être encombré en raison d'un volume de trafic élevé.

La résolution de ce problème de latence est un aspect clé de la conception d'un réseau RIIM, en particulier pour les réseaux haut débit. Au sein de l'UE, les limites de rapport cyclique constituent un défi. Pour vous donner un peu plus de contexte, conformément à la directive RED, il n'est possible de transmettre des données que pendant 1 % du temps. Cette limite a un impact considérable sur les systèmes haut débit. Par exemple, sur un réseau LoRaWAN, les transmissions de paquets de données longue portée doivent attendre 10 minutes entre chaque paquet pour respecter cette règle du rapport cyclique. La technologie RIIM relève ce défi en tirant parti du saut de fréquence, ce qui permet d'utiliser plusieurs canaux radio pour envoyer des données. Par ailleurs, la solution RIIM prend en charge la fonctionnalité Adaptive Frequency Agility (agilité de fréquence adaptative) pour identifier et exclure les canaux bruyants de la liste de sauts de fréquence afin de garantir que le système utilise uniquement les canaux radio les plus optimaux pour envoyer des données. En outre, RIIM utilise le protocole LBT (Listen-Before-Talk) lors de l'envoi de paquets de données. La combinaison de ces fonctionnalités est connue sous le nom de Polite Spectrum Access. Conformément à la directive RED et aux normes de l'UE, elle permet des transmissions de données jusqu'à 37 % du temps. Cette combinaison permet d'avoir des réseaux haut débit avec un minimum d'encombrement et de pertes de paquets.

(Source de l'image : Radiocrafts)

De plus, la robustesse de RIIM gère efficacement les interférences de bruit issues d'autres protocoles comme les stations de base Sigfox ou LoRa, qui fonctionnent sur un seul canal radio. En cas de détection de bruit significatif sur un canal en particulier, RIIM offre la flexibilité de pouvoir arrêter d'utiliser ce canal.

L'architecture RIIM est également bien adaptée aux scénarios évolutifs qui impliquent plusieurs réseaux parallèles dans les installations dédiées aux fournisseurs d'énergie électrique. Par exemple, dans une installation à grande échelle comportant potentiellement jusqu'à 10 000 panneaux solaires, il n'est pas possible de tous les connecter à un seul réseau. Il faut plutôt une solution où plusieurs réseaux fonctionnent en parallèle, souvent à proximité les uns des autres. Si tous ces réseaux fonctionnaient sur le même canal radio, ils connaîtraient des interférences majeures provoquées par les uns et les autres. Nous avons déjà connu des situations où des clients qui utilisaient des systèmes à un seul canal faisaient face à d'importantes interférences lors de l'extension de leurs réseaux. Cependant, la prise en charge du saut de fréquence et de méthodes de synchronisation uniques par la solution RIIM garantit que les réseaux évitent automatiquement les interférences. Cette capacité inhérente réduit les problèmes d'évolutivité sans avoir besoin de la moindre intervention du client.

Que faut-il retenir ?

La demande liée aux énergies renouvelables bondit tandis que nous essayons de lutter contre les conséquences du réchauffement climatique. L'industrie solaire est en première ligne de cette quête de production d'énergie et d'habitudes plus durables. Des déploiements à grande échelle composés de centaines de milliers de panneaux solaires et d'onduleurs dans des régions désertiques aux foyers individuels au sein de nos quartiers, chaque secteur de la société joue un rôle crucial dans l'avancée du mouvement solaire.

Chaque segment de l'industrie solaire dépend de divers équipements et dispositifs pour créer des installations solaires rentables. Ces dispositifs incluent des contrôleurs de centrale, des onduleurs, des compteurs électriques, des bornes de charge de VE, des systèmes de stockage de l'énergie, et plus encore. En outre, à mesure que l'industrie solaire évolue, les solutions câblées sont progressivement remplacées par des solutions sans fil rentables. Les solutions câblées engendrent souvent des coûts importants liés à la maintenance, à l'installation et à la main-d'œuvre.

RIIM, la technologie maillée sub-GHz de Radiocrafts, est une solution sans fil de pointe adaptée au segment solaire. RIIM offre divers avantages, notamment une communication longue portée grâce à son architecture maillée à sauts multiples, une faible latence, ainsi qu'une ultra-haute fiabilité grâce à des fonctionnalités de saut de canal. Par ailleurs, RIIM prend en charge des débits de données élevés grâce aux fonctionnalités Adaptive Frequency Agility et Listen-Before-Talk, ce qui en fait une solution adaptée aux environnements bruyants.