Comment gérer les limites de « déséquilibre triphasé » dans les installations industrielles conformes à la norme allemande VDE-AR-N 4105 ?

Norme allemande pour les réseaux basse tension : VDE-AR-N 4105

L'Allemagne abrite l'un des réseaux électriques les plus sophistiqués et fortement réglementés au monde. À mesure que le pays accélère sa transition énergétique (Energiewende), l’intégration de la production solaire décentralisée dans le réseau basse tension doit être soigneusement gérée afin de garantir la sécurité et la fiabilité du système. Le code technique fondamental régissant cette connexion est la norme VDE-AR-N 4105, intitulée « Générateurs raccordés au réseau de distribution basse tension ». Cette norme établit des règles strictes en matière de qualité de l’énergie, de soutien au réseau et de comportement sécurisé, auxquelles tous les systèmes de production doivent se conformer. Pour les responsables d’installations industrielles, les ingénieurs électriques et les développeurs solaires B2B en Allemagne, la gestion du déséquilibre triphasé (appelé Schieflast) constitue l’une des exigences de conformité les plus critiques prévues par la norme VDE-AR-N 4105. Un défaut d’équilibrage du système peut entraîner un refus de raccordement de la part des gestionnaires locaux de réseau de distribution (DSO) ou une déconnexion immédiate du réseau.

Ce guide explique ce qu’est le déséquilibre triphasé, pourquoi la norme VDE-AR-N 4105 l’encadre, et comment gérer et configurer efficacement vos systèmes solaires industriels à l’aide des onduleurs avancés JYINS et des contrôleurs intelligents.

Analyse du déséquilibre triphasé (Schieflast)

Dans un réseau alternatif (CA) triphasé équilibré, les formes d’onde de tension et de courant des trois phases (L1, L2 et L3) présentent des amplitudes identiques et sont décalées les unes par rapport aux autres d’exactement 120 degrés électriques. Le déséquilibre triphasé survient lorsque les charges électriques ou les capacités de production ne sont pas réparties de façon égale entre les trois phases.

Pourquoi les gestionnaires de réseau limitent-ils le déséquilibre :

• Surchauffe des transformateurs : Des courants de phase inégaux génèrent un courant neutre qui revient vers le transformateur du fournisseur d’électricité. Ce courant provoque une surchauffe excessive des enroulements neutres du transformateur, réduisant sa durée de vie et pouvant entraîner une défaillance prématurée.
• Distorsions de tension : Un courant élevé sur une seule phase provoque une chute de tension localisée sur cette phase, tandis que les autres phases subissent une augmentation de tension. Cette répartition inégale de la tension peut endommager les moteurs industriels triphasés et les équipements électriques sensibles.
• Déclenchement des protections contre les défauts à la terre : Un déséquilibre sévère peut activer les relais de protection contre les défauts à la terre ou les relais de surintensité du neutre dans les sous-stations locales, entraînant des coupures de courant localisées.

Pour prévenir ces problèmes, la norme VDE-AR-N 4105 exige que le déséquilibre maximal admissible de puissance active entre deux phases quelconques ne dépasse pas 4,6 kVA. Cette limite s'applique au point de raccordement commun (PCC), c'est-à-dire l'endroit où l'installation industrielle est connectée au réseau public de distribution. Que ce déséquilibre soit causé par des charges consommatrices monophasées ou par une production photovoltaïque monophasée inégale, le déséquilibre net doit rester inférieur à ce seuil de 4,6 kVA.

Stratégies pour atténuer le déséquilibre de phase dans les installations industrielles

La gestion du déséquilibre de phase dans les grandes installations industrielles nécessite une combinaison de conception stratégique, de répartition équilibrée des charges et de sélection intelligente des onduleurs :

• Utilisation d’onduleurs string triphasés : La méthode la plus simple et la plus efficace pour éviter un déséquilibre généré par la production consiste à utiliser des onduleurs string triphasés dédiés, tels que la série commerciale JYINS. Un onduleur triphasé équilibre intrinsèquement sa puissance de sortie, injectant des quantités égales de puissance active dans les phases L1, L2 et L3. Comme la puissance est symétrique, l’onduleur lui-même ne contribue pas au déséquilibre de phase de l’installation.
• Répartition symétrique des onduleurs monophasés : Dans les petits systèmes où l’utilisation d’onduleurs monophasés est obligatoire, ceux-ci doivent être installés par groupes de trois. En raccordant des onduleurs monophasés de puissance identique aux phases L1, L2 et L3, la production globale reste équilibrée. Toutefois, si un onduleur s’arrête en raison d’un défaut, le système subit immédiatement un déséquilibre. Pour se conformer à la norme VDE-AR-N 4105, ces onduleurs doivent être reliés par une liaison de communication afin que, si l’un d’eux déclenche, les deux autres réduisent automatiquement leur puissance pour maintenir le déséquilibre en dessous de 4,6 kVA.
• Équilibrage des phases des charges industrielles : Les installations industrielles regorgent d’équipements de bureau monophasés, d’éclairage et de machines spécialisées. Les ingénieurs électriques doivent auditer l’installation et répartir ces charges aussi uniformément que possible sur les trois phases. Un chargement symétrique dès la phase de conception minimise le déséquilibre de base avec lequel le système solaire doit interagir.

Le rôle des onduleurs JYINS et des compteurs intelligents externes

Bien que les onduleurs triphasés résolvent le déséquilibre de production, le déséquilibre réel au point de raccordement au réseau est le résultat net à la fois de la production et de la consommation. Si une installation industrielle présente des charges déséquilibrées, même un onduleur solaire triphasé symétrique ne peut pas corriger ce déséquilibre sans commande intelligente.

Pour résoudre ce problème, les onduleurs hybrides triphasés modernes JYINS prennent en charge la compensation dynamique de phase et s’intègrent à des compteurs intelligents externes :

• Surveillance en temps réel : un compteur intelligent haute précision (tel qu’un compteur Janitza ou JYINS conforme à la norme VDE) est installé au point de raccordement principal au réseau. Ce compteur surveille en continu le courant et la puissance active sur L1, L2 et L3, avec plusieurs échantillonnages par seconde.
• Répartition dynamique de la puissance (contrôle indépendant par phase) : Les onduleurs triphasés standard doivent délivrer une puissance identique sur toutes les phases. Toutefois, les onduleurs hybrides avancés JYINS disposent d’un contrôle indépendant de la puissance par phase. Si le compteur intelligent détecte qu’une puissance de 5 kW est importée sur L1, tandis que L2 et L3 sont équilibrées, l’onduleur JYINS peut ajuster sa commutation interne afin d’injecter davantage de puissance sur L1 tout en réduisant la sortie sur L2 et L3. Cette compensation active par phase équilibre dynamiquement le flux de puissance net au niveau du compteur fournisseur.
• Intégration du stockage par batteries : En cas de déséquilibre de charge extrême, l’onduleur hybride JYINS peut puiser de l’énergie dans le parc de batteries pour alimenter spécifiquement les phases fortement sollicitées, maintenant ainsi le déséquilibre net sur le réseau bien en dessous de la limite VDE-AR-N 4105 de 4,6 kVA.

Mise en service et documentation destinées aux fournisseurs d’électricité allemands

Avant qu'une installation solaire commerciale puisse être autorisée à fonctionner en Allemagne, le gestionnaire local du réseau de distribution (DSO), tel que Westnetz, Netze BW ou Bayernwerk, effectue un examen approfondi de la compatibilité avec le réseau.

• Certificat de conformité (Einheitenzertifikat) : Ce document atteste que l'onduleur JYINS a été testé et certifié par un organisme européen accrédité pour répondre à toutes les exigences de la norme VDE-AR-N 4105.
• Schéma électrique : Un schéma détaillé indiquant les connexions triphasées, les relais de sécurité et l'emplacement du compteur intelligent externe.
• Journaux de configuration : Journaux imprimés issus du logiciel de mise en service de l'onduleur, montrant que le profil réseau allemand a été sélectionné, que la compensation active des phases est activée et que les paramètres de communication de secours sont entièrement opérationnels.

En collaborant avec JYINS et en choisissant nos onduleurs triphasés haute performance, entièrement certifiés, ainsi que nos systèmes hybrides de stockage d’énergie, les distributeurs solaires B2B et les entreprises de conception-construction (EPC) peuvent simplifier leurs procédures d’approbation par les gestionnaires de réseau et fournir, en Allemagne, des solutions énergétiques industrielles hautement efficaces, conformes et durables.