L'inverseur SP5KL alimente l'agriculture durable à Johannesburg, en Afrique du Sud

1. Contexte du client

M. Smith possède une ferme familiale de 5 hectares à la périphérie de Johannesburg, en Afrique du Sud. La ferme se concentre sur la culture de légumes biologiques et la transformation laitière à petite échelle (avec un stockage réfrigéré pour 500 litres de lait par jour). Pendant des années, la ferme a été confrontée à des défis :

• Forte dépendance aux générateurs diesel (coûtant environ 500 $/mois en carburant, avec des pannes fréquentes).
• Un système solaire vieillissant raccordé au réseau (installé il y a 8 ans, avec des onduleurs inefficaces et des batteries au plomb-acide dégradées).
• Réseau local peu fiable, avec 3 à 5 pannes par semaine (chacune durant 2 à 4 heures), risquant de gâcher les produits laitiers et d'endommager les cultures en raison de l'interruption de l'irrigation.

2. Principaux points sensibles et exigences

• Réduction des coûts: Les coûts élevés du diesel et la hausse des tarifs d'électricité ont fait de l'énergie la deuxième dépense de la ferme.
• Alimentation de secours fiable: Les charges critiques (réfrigération de 5 kW, pompe d'irrigation de 3 kW) nécessitaient une protection « sans interruption » pendant les pannes de courant.
• Compatibilité du système:
  • Réutiliser les batteries au plomb-acide 48 V existantes(pour éviter le coût du remplacement complet du système).
  • Intégrer de nouveaux modules photovoltaïques à haut rendement (panneaux monocristallins de 2 × 450 W) avec d'anciens panneaux polycristallins (2 × 300 W, installés en 2018).
• Résilience environnementale: Johannesburg a des températures estivales allant jusqu'à 42 °C, des conditions sèches et poussiéreuses et une altitude de 1 700 m (avec des orages occasionnels pendant la saison des pluies).
• Sécurité et conformité: Respecter les normes électriques sud-africaines (SABS) et se protéger contre les surtensions de foudre (courantes lors des orages d'été).

3. Sélection de l'onduleur : SP5KL

Après une évaluation technique, le modèle SP5KL a été sélectionné car il correspondait parfaitement aux besoins de la ferme. Voici comment il a répondu à chaque défi :

4. Adéquation technique : Comment le SP5KL a résolu les points sensibles

(1) Efficacité énergétique et économies de coûts

• Efficacité PV-CA: Avec une efficacité maximale de 97,3 % et une efficacité européenne de 96,8 %, le SP5KL a minimisé les pertes d'énergie lors de la conversion de l'énergie solaire. L'onduleur de l'ancien système (avec une efficacité de 85 %) gaspillait 15 % de l'énergie solaire ; le SP5KL a réduit cette perte de 12 %, augmentant le rendement solaire quotidien de 18 %.
• Efficacité batterie-CA: Une efficacité maximale de 94,3 % a réduit les pertes de décharge des batteries au plomb-acide vieillissantes. Combiné à une meilleure récolte solaire, le temps de fonctionnement du groupe électrogène diesel est passé de 10 heures/jour à seulement 2 heures (uniquement les jours extrêmement nuageux), réduisant les coûts de carburant de 80 % (économies de 400 $/mois).

(2) Compatibilité du système PV

• Conception à deux MPPT: Équipé de 2 canaux MPPT et d'une plage de tension MPPT de 70 V à 540 V, le SP5KL a suivi efficacement la puissance du réseau PV mixte :
  • Anciens panneaux polycristallins (300 W, Vmp = 30 V) fonctionnant sur MPPT 1.
  • Nouveaux panneaux monocristallins (450 W, Vmp = 40 V) fonctionnant sur MPPT 2.
  • Même pendant l'hiver à Johannesburg (avec des matinées à faible luminosité), le MPPT s'est ajusté dynamiquement pour extraire un maximum de puissance, augmentant l'autoconsommation solaire de 25 %.
• Capacité d'entrée PV élevée: La puissance d'entrée PV maximale de 10 000 W a permis à la ferme d'étendre son réseau (de 4 kW à 8 kW) sans mettre à niveau l'onduleur, assurant ainsi l'avenir du système.

(3) Flexibilité de la batterie et fiabilité de la sauvegarde

• Prise en charge de deux batteries: Le SP5KL est compatible avec les batteries lithium-ion et au plomb-acide. La ferme a réutilisé sa banque de batteries au plomb-acide 48 V existante (économisant 2 000 $ sur le remplacement des batteries) tout en conservant la possibilité d'ajouter des batteries lithium-ion à l'avenir.
• Alimentation de secours et vitesse de transfert:
  • L'puissance de sortie de secours nominale de 5 000 W correspondait à la charge critique de la ferme (réfrigération de 5 kW + pompe de 3 kW, fonctionnant par équipes).
  • Avec un temps de transfert de < 10 ms (typique), il a assuré une commutation « sans perception » lors des pannes de courant. Au cours des 6 premiers mois, 12 pannes se sont produites et aucune n'a causé de détérioration du lait ou de retards d'irrigation.

(4) Conformité environnementale et de sécurité

• Résistance aux climats difficiles:
  • La protection IP65 a empêché la poussière et l'eau de pénétrer (crucial pour les étés secs et poussiéreux de Johannesburg).
  • L'conception à refroidissement naturel a éliminé le besoin de ventilateurs sujets à la maintenance, réduisant ainsi les risques d'arrêt.
  • L'plage de température de fonctionnement de -25 °C à 60 °C (avec déclassement au-dessus de 45 °C): En été (avec une température maximale de 42 °C), l'onduleur a fonctionné à 95 % de sa capacité sans surchauffe, maintenant une pleine puissance pendant 95 % des heures de fonctionnement.
  • L'altitude de fonctionnement maximale de 4 000 m (avec déclassement au-dessus de 2 000 m): À une altitude de 1 700 m, aucun déclassement n'était requis, assurant une pleine puissance.
• Protections contre les surtensions et la sécurité:
  • Les parafoudres DC de type III et AC de type III ont protégé contre la foudre (3 orages ont frappé la ferme en 6 mois et aucun dommage au système n'a été constaté).
  • La protection de classe I, la protection anti-îlotage et la protection contre les courants de fuite ont satisfait aux normes de sécurité SABS, assurant la sécurité des opérateurs et des équipements.

(5) Gestion et installation intelligentes

• Support mural: A permis de gagner de la place dans l'abri d'équipement compact de la ferme.
• Communication et surveillance:
  • RS485 (pour BMS et compteurs) intégré au système de gestion de batterie existant, fournissant des données en temps réel sur l'état de charge de la batterie.
  • L'écran LED/LCD + Wi-Fi en option (via USB) a permis à M. Smith de surveiller la production d'énergie, les niveaux de batterie et l'état du réseau depuis son smartphone (même en s'occupant des cultures).

5. Résultats : Impact sur 6 mois

• Coûts: Les dépenses en diesel ont diminué de $500to$100 $/mois. Les coûts énergétiques totaux (solaire + réseau + diesel) ont chuté de 65 %.
• Fiabilité: Il y a eu 100 % de disponibilité pour les charges critiques lors des pannes de courant. Aucune détérioration du lait (évaluée à 2 000 $/mois) et aucune perte de récolte due à l'interruption de l'irrigation ne se sont produites.
• Durabilité: Les émissions de CO₂ ont été réduites de 70 % (de 12 tonnes/an à 3,6 tonnes/an), ce qui correspond aux objectifs de certification biologique de la ferme.
• Évolutivité: La capacité d'entrée PV de 10 000 W de l'onduleur permet à la ferme d'ajouter 2 panneaux de 450 W supplémentaires l'année prochaine, doublant ainsi la production solaire sans modification matérielle.

6. Pourquoi ce cas est important pour l'Afrique

Les défis de Johannesburg : réseau peu fiable, coûts élevés du diesel, systèmes PV d'âges mixtes et climat difficile, reflètent ceux de toute l'Afrique subsaharienne. Le SP5KL :

• Efficacité: Convertit les ressources solaires abondantes en énergie utilisable, même avec des équipements plus anciens.
• Flexibilité: Fonctionne avec le plomb-acide (courant dans les systèmes hérités d'Afrique) et le lithium-ion (l'avenir du stockage de l'énergie).
• Durabilité: Résiste à la poussière, à la chaleur et à l'altitude, ce qui est essentiel pour les marchés africains ruraux et semi-urbains.
• Sécurité: Protège contre l'instabilité du réseau et la foudre, des risques courants dans la région.

Ce cas démontre que le SP5KL n'est pas seulement un produit, mais une solution sur mesure pour le paysage énergétique unique de l'Afrique, générant des économies de coûts, de la fiabilité et de la durabilité pour les entreprises et les familles.