Thèse Année : 2024

Development of a direct current nanogrid (DC) for energy self-sufficient buildings

Développement d'un nanoréseau à courant continu (DC) pour l'autonomie énergétique des bâtiments

Résumé

Nano and microgrids have been extensively studied by both the scientific community and the industrial sector for their ability to facilitate the integration and storage of renewable energies within buildings. Direct current (DC) microgrids offer the advantage of reducing current conversion steps compared to alternating current (AC) microgrids. Thus, they represent a viable solution for achieving energy savings in building design, particularly for isolated sites such as La Réunion island. As studies are predominantly based on numerical simulations, experiential feedback from experimental sites can contribute to the evolution of current electrical standards. In this context, an experimental DC nanogrid was deployed within a tertiary sector enterprise in La Réunion. The nanogrid consists of a photovoltaic array, a lithium-iron-phosphate battery, and terminal equipment powered and controlled via Power Over Ethernet (PoE) technology. The advantages and limitations of 48 VDC distribution were characterized from both hardware (energy gains, communication distances, line losses) and software (interfaces, communication protocols) perspectives. The energy efficiency of the nanogrid was evaluated using a multi-parameter model with experimental validation. Regarding energy management, an Energy Management System (EMS) based on an energy optimization model was developed, with air conditioning systems serving as the applied case study.
Les nano et micro réseaux sont fortement étudiés par la communauté scientifique et le secteur industriel pour leur capacité à faciliter l'insertion et le stockage des énergies renouvelables dans les bâtiments. Les micro réseaux en courant continu (DC) présentent l'avantage de réduire les étapes de conversion du courant par rapport aux micro réseaux en courant alternatif (AC). Ceux-ci représentent donc une des solutions possibles pour réaliser des économies d'énergie au niveau de la conception des bâtiments, en particulier pour les sites isolés tels que l'île de La Réunion. Les études étant majoritairement basées sur des simulations numériques, des retours d'expérience sur des sites expérimentaux peuvent contribuer à l'évolution des normes électriques actuelles. Dans le cadre de ces travaux, un nanoréseau DC expérimental a été déployé au sein d'une entreprise du secteur tertiaire à La Réunion. Le nanoréseau est constitué d'une centrale photovoltaïque, une batterie lithium-fer-phosphate et les équipements terminaux sont alimentés et pilotés par la technologie Power Over Ethernet (PoE). Les avantages et les limites de la distribution en 48 VDC ont été caractérisés d'un point de vue matériel (gains énergétiques, distances de communication, pertes en ligne) et logiciel (interfaces, protocoles de communication). L'efficacité énergétique du nanoréseau a été évaluée selon un modèle multi-paramètres avec validation expérimentale. Concernant la gestion de l'énergie, un Energy Management System (EMS) basé sur un modèle d'optimisation énergétique a été développé avec comme cas applicatif les systèmes de climatisation.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04905150 , version 1 (22-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04905150 , version 1

Citer

Olivia Graillet Bory Devisme. Développement d'un nanoréseau à courant continu (DC) pour l'autonomie énergétique des bâtiments. Energie électrique. Université de la Réunion, 2024. Français. ⟨NNT : 2024LARE0017⟩. ⟨tel-04905150⟩
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