Quel est le système ATS couramment utilisé dans les systèmes de stockage d'énergie photovoltaïque ?

Un ATS (Automatic Transfer Switch, ou commutateur de transfert automatique à double alimentation) est l'élément central du système de commutation des systèmes d'alimentation de secours par stockage d'énergie. Sa fonction principale est claire : assurer une commutation entièrement automatique et sécurisée entre deux sources d'alimentation : le réseau électrique et le système d'onduleur de stockage. En fonctionnement normal, le réseau alimente la charge ; en cas de coupure de courant, le système bascule automatiquement sur l'alimentation par stockage d'énergie ; une fois l'alimentation du réseau rétablie, il revient automatiquement au réseau électrique, sans aucune intervention manuelle.

Nombreux sont ceux qui confondent les inverseurs de source automatiques (ATS) avec les disjoncteurs ou les sectionneurs classiques, alors qu'il existe des différences fondamentales. Les interrupteurs classiques permettent uniquement une ouverture et une fermeture manuelles ; ils ne peuvent pas réagir automatiquement aux coupures de courant et ne facilitent donc pas la commutation de secours. À l'inverse, un inverseur de source automatique est équipé d'un contrôleur d'échantillonnage indépendant et d'un mécanisme d'actionnement. Il surveille en temps réel (24 h/24 et 7 j/7) les paramètres critiques, tels que la tension, la fréquence et la perte de phase, évalue avec précision l'état du réseau et effectue de manière autonome la commutation de la source d'alimentation. C'est précisément cette capacité qui fait de l'inverseur de source automatique un composant essentiel des systèmes de stockage d'énergie de secours.

En fonctionnement, le système de transfert automatique (ATS) suit un processus rigoureux adapté aux conditions sur site. En mode de fonctionnement standard raccordé au réseau, l'ATS se connecte par défaut au circuit de distribution, alimentant ainsi toutes les charges – qu'il s'agisse d'une usine ou d'une habitation – via le réseau municipal. Lorsque le système de stockage d'énergie est en veille, en charge ou en mode d'écrêtement des pointes de consommation, l'ATS surveille en permanence le réseau et reste constamment prêt à l'emploi.

En cas de défauts tels que des coupures de courant, des creux de tension, des pertes de phase ou des anomalies de fréquence, le système de transfert automatique (ATS) ne commute pas instantanément. Il applique un délai prédéfini afin de filtrer les perturbations transitoires du réseau. Il déconnecte ensuite le circuit du réseau et ferme le circuit de stockage d'énergie, permettant ainsi à l'onduleur de stockage de prendre le relais pour les charges critiques. Ceci garantit le fonctionnement continu des équipements et l'alimentation ininterrompue des charges essentielles.

Une fois le réseau électrique stabilisé, le système de transfert automatique (ATS) utilise à nouveau un mécanisme de vérification par temporisation. Ce n'est qu'après avoir confirmé la stabilité du réseau et l'absence de fluctuations répétées qu'il coupe la sortie du stockage d'énergie et rétablit l'alimentation par le réseau, permettant ainsi au système de stockage de retrouver son mode de fonctionnement normal. Cette logique de temporisation est un aspect essentiel de la conception ; elle empêche efficacement les commutations intempestives dues aux fluctuations de tension du réseau (scintillement), éliminant ainsi les oscillations du système et les dommages matériels.

Dans la conception électrique des systèmes de stockage d'énergie, le mécanisme de double verrouillage du commutateur de transfert automatique (CTA) constitue une exigence de sécurité impérative. Un CTA conforme, conçu pour le stockage d'énergie, doit comporter des verrouillages mécaniques et électriques, garantissant au niveau matériel que l'alimentation du réseau et celle du système de stockage d'énergie ne peuvent être connectées simultanément.

Si les deux sources d'alimentation étaient accidentellement mises en parallèle, un important courant de retour et des courts-circuits entre phases se produiraient, générant instantanément des surintensités considérables. Ceci pourrait détruire directement les onduleurs et les batteries, ou, dans le pire des cas, provoquer des incendies ou des explosions. De fait, la fiabilité du mécanisme de verrouillage du système de transfert automatique (ATS) est essentielle à la sécurité électrique de l'ensemble du système ; aucune erreur n'est tolérée.

L'intérêt spécifique d'un système de transfert automatique (ATS) varie selon l'application de stockage d'énergie. Dans les habitations, l'ATS protège principalement les charges essentielles (éclairage, réfrigérateurs, systèmes de sécurité, etc.), garantissant ainsi la tranquillité d'esprit lors des coupures de courant. Dans les applications commerciales et industrielles, il protège les charges critiques (machines de production, serveurs, équipements de sécurité incendie, etc.), évitant les interruptions de service, les pertes de données et les pertes financières dues aux coupures. Pour les environnements d'alimentation de précision (stations de base, salles serveurs, etc.), la vitesse et la stabilité de commutation sont primordiales : elles empêchent les arrêts d'équipement causés par des microcoupures.

En génie logiciel, la grande majorité des défaillances des systèmes de commutation automatique (ATS) sont dues à un choix de modèle inapproprié. Nombre d'ingénieurs se concentrent uniquement sur le courant nominal, négligeant des facteurs tels que le temps de commutation, la compatibilité de la charge et la robustesse environnementale, ce qui engendre des risques cachés. Face à des charges inductives à surtension, comme des moteurs ou des compresseurs d'air, des marges de capacité insuffisantes de l'ATS peuvent facilement provoquer des arcs électriques et une ablation des contacts lors de la commutation, aboutissant à une défaillance. De plus, les ATS économiques et non standard présentent souvent des problèmes tels qu'une détection imprécise et des systèmes de verrouillage fragiles, augmentant considérablement le risque de commutation erronée ou de mise en parallèle accidentelle de sources d'alimentation.