Les projets de nouvelle construction et de rénovation recourent de plus en plus fréquemment à des installations ou des systèmes photovoltaïques pour la production d’énergie renouvelable. Avec son Plan énergie 2020, le gouvernement flamand se propose d’augmenter d’ici 2020 la production d’énergie photovoltaïque de 31 %, ce qui équivaut à l’incorporation de 6,4 millions de panneaux solaires. Pour de plus amples informations, veuillez consulter la présentation sur le Plan énergie 2020.
Ces systèmes sont connectés par défaut au réseau électrique. Le réseau fonctionne comme une gigantesque batterie où de l’énergie peut être stockée et prélevée selon les besoins. En cas de perturbation ou d’irrégularité dans le réseau, le transformateur se déconnecte (afin de garantir la sécurité des personnes qui travaillent éventuellement sur le réseau).
En raison des menaces de black-out (fermeture temporaire des centrales nucléaires, etc.), la demande de stockage d’électricité a augmenté de manière significative et tant les producteurs que les instituts de recherche explorent actuellement les moyens et les techniques permettant de répondre à cette demande.
Nous examinons ici les innovations les plus prometteuses.
Quand un consommateur d’électricité est connecté au réseau d’électricité et produit lui-même de l’électricité (avec des panneaux photovoltaïques, une installation de cogénération ou des éoliennes), il devient un prosommateur. Lorsque l’on injecte la surproduction de courant dans le réseau d’électricité moyennant un compteur dégressif (et une installation d’une puissance inférieure à 10 kW), depuis le 1er juillet 2015, une indemnité est automatiquement due au gestionnaire de la distribution. C’est ce que l’on appelle la taxe des prosommateurs.
Exemple :
Le tarif pour les prosommateurs varie selon les régions entre 89,87 euros par kW et 128,15 euros par kW (tarif annuel dans tous les cas). On tient compte de la puissance du transformateur :
Par exemple : une installation avec un transformateur de 3,2 kW => 3,2 x 89,87 euros = 287,58 euros/an (max. 410,08 euros/an dans cet exemple).
Pour éviter une taxe de prosommateur élevée, il est préférable de choisir un transformateur qui ne soit pas trop grand. En moyenne, le transformateur est dimensionné à une taille inférieure d’environ 20 % aux panneaux photovoltaïques. Cela signifie donc que l’on connecte une installation photovoltaïque de 5 000 Wp à un transformateur de 0,8 x 5 000 = 4 00 W ou 4 kW.
Pour obtenir des informations complémentaires, veuillez consulter : www.vlaanderen.be
Dans le cas des petites installations ou d’installations qui ne sont pas configurées de manière optimale, la taxe des prosommateurs représente rapidement un coût supérieur au rendement. Cela n’est pas favorable au délai de récupération et cela influence de manière significative la rentabilité de l’installation. Le tarif pour les prosommateurs ne doit pas être payé uniquement en cas d’indépendance ou d’autonomie totale par rapport au réseau, étant donné que l’installation n’utilise pas le réseau à des fins de « stockage ». Dans le cas des systèmes hybrides (voir ci-dessous), une taxe prosommateur est donc bel et bien due.
Petite question : de quelle puissance a-t-on besoin ? Un panneau solaire avec une puissance de 250 Wp, produit environ 800 à 900 kWh par an. Dans le cas d’un ménage composé de 4 personnes, la consommation totale d’énergie peut être compensée par 16 panneaux photovoltaïques environ ayant une puissance de 4 kWp ou un rendement de 3 600 kWh.
Un système de stockage permet d’utiliser le courant produit aussi pendant les périodes de pic (7 h à 9 h et 16 h à 20 h). Le soleil brille pendant la journée et atteint son apogée vers midi : une période durant laquelle la consommation n’est pas très importante à la maison ou sur le réseau. Tout ce courant est par conséquent une charge pour le réseau.
Les batteries permettent aux occupants de la maison de profiter d’une plus grande partie de ce courant. Cela est d’autant plus intéressant si l’on sait qu’un tarif doit être payé à la fois pour la consommation et pour l’injection de courant sur le réseau. Un autre avantage est le réglage permettant, lorsque les occupants ne sont pas à la maison, de piloter des appareils intelligents (avec des options de commande via Wi-Fi, etc.) (p. ex., le lave-linge, le boiler, etc.). Nous parlons alors de gestion de la demande et cela peut contribuer à une plus longue durée de vie de la batterie.
La magnitude de la capacité de la batterie détermine dans une large mesure le coût du système.
Source : www.ode.be
Pour le chargement des voitures électriques, il existe déjà sur le marché différents systèmes qui peuvent emmagasiner le courant et le décharger au moyen d’une batterie ou d’une série de batteries (p. ex., TESLA-Powerwall, mais d’autres marques telles que BMW et Axitec ont aussi lancé des systèmes similaires sur le marché).
Un système hybride comprend, outre le transformateur (qui convertit la tension continue CC produite en tension alternative CA afin de pouvoir l’injecter dans le réseau), une batterie où l’électricité (CC) est stockée. Le système dispose d’un mécanisme de régulation intelligent qui veille à ce que la batterie puisse être chargée et déchargée de manière optimale et à ce que le courant soit envoyé vers les consommateurs ou le réseau si nécessaire.
Source : gd-energy.be
Quand le système hybride est utilisé comme réseau d’alimentation de secours, un transformateur supplémentaire est nécessaire afin que le courant puisse être envoyé de la batterie à l’habitation en cas de panne de courant. La durée dépend naturellement à la fois de la capacité et de la qualité de la batterie, et de la consommation d’électricité requise.
Nous avons parlé des batteries domestiques, mais la batterie d’une voiture électrique peut aussi servir de batterie mobile. Le problème se présente toutefois lors des heures de bureau habituelles : que se passe-t-il avec la production des panneaux pendant la journée quand le soleil brille et que la voiture n’est pas connectée au système ? À ce moment-là, on peut choisir d’utiliser les batteries supplémentaires dans l’habitation.
La plupart des batteries disponibles sur le marché sont des batteries au lithium qui sont connectées au système de gestion à l’aide d’un mécanisme de contrôle intelligent. Quand on recherche une autonomie totale (et donc pas de connexion au réseau), une capacité suffisante est une condition indispensable. La plupart du temps, la capacité est obtenue grâce à plusieurs batteries.
Par exemple : une batterie du modèle Powerwall possède une capacité utile approximative de 7 à 13,2 kWh et pèse 122 kg. Cela semble beaucoup, mais c’est nettement moins que les batteries de secours classiques pour serveurs (de type UPS ou système d’alimentation sans interruption).
Source : www.energymatters.com.au
L’indépendance totale est coûteuse et la durée de vie des batteries est encore difficile à estimer. La batterie Tesla-Powerwall a principalement été développée pour charger et décharger rapidement de l’énergie pour les voitures. Pour un coût allant de 3 000 à 8 000 euros (selon le fournisseur, le transformateur, les stabilisateurs de panneaux, etc.), elle permet d’atteindre une indépendance relative (jusqu’à 70 %, étant donné qu’une batterie peut être chargée et déchargée une fois par jour, mais qu’elle reçoit moins d’énergie à emmagasiner en hiver et pendant l’entre-saison). Si vous souhaitez une indépendance totale du réseau, vous aurez besoin de plusieurs batteries et d’un bon système de contrôle (p. ex., une des batteries se décharge-t-elle toujours en premier lieu ? Dans ce cas, cette batterie s’usera le plus vite). En chargeant les batteries du système de manière alternative, le système aura une plus longue durée de vie. Les fabricants offrent généralement une garantie de 10 ans sur le marché européen, ce qui, dans la pratique, équivaut approximativement au délai d’amortissement de la batterie.
Un petit calcul : un ménage moyen a une consommation de 10 à 11 kWh par jour. Une batterie Powerwall de 7 à 10 kWh (en fonction de son état de vieillissement) est insuffisante pour assurer un fonctionnement autonome. N’oublions pas que, en cas d’ensoleillement moindre, la batterie peut charger moins d’énergie.
En outre, le fournisseur n’offre aucune garantie en ce qui concerne le nombre de cycles de chargement et déchargement. En règle générale, les études suggèrent que ces types de batteries ont une durée de vie maximale de 20 ans.
En bref : consultez l’installateur spécialisé pour connaître le système qui présente le meilleur rapport qualité-prix. Vérifiez soigneusement la consommation domestique et comparez-la au coût et à la durée de vie de la batterie. Pour un fonctionnement en « îlotage » ou une indépendance totale, il faut généralement plusieurs batteries et des systèmes de contrôle supplémentaires. Une étude approfondie peut être utile pour se faire préalablement une bonne idée de l’installation, de la puissance produite, de la consommation et de la durée de vie.
La pompe à chaleur est désormais connue et communément utilisée dans la pratique pour le chauffage et la production d’eau chaude dans les habitations et les entreprises.
Elle consomme de l’électricité et peut donc parfaitement être combinée à des installations photovoltaïques, de façon à ce que le courant produit puisse être consommé immédiatement sans avoir à être injecté dans le réseau.
En combinaison avec les batteries, cela forme un système intéressent, étant donné que les émissions de CO2 sont fortement réduites.
Quand on souhaite avoir une production autonome ou décentralisée d’eau chaude, on peut envisager un système novateur utilisant de l’hydrogène et une cellule à combustible.
Le système Solenco Powerbox est un système de ce type : une chaudière à hydrogène produit de la chaleur à partir d’hydrogène et fonctionne comme chauffage d’appoint. Un tel système ne produit pas de gaz à effet de serre. Le système est actionné par une cellule à combustible réversible : d’un côté, un système d’électrolyse et de l’autre, la cellule à combustible. La cellule à combustible est entraînée par de l’énergie solaire pour décomposer l’eau en hydrogène et oxygène. L’hydrogène est alors stocké dans un réservoir, de préférence souterrain. Quand une demande de chaleur se présente, la cellule à combustible transforme l’hydrogène en chaleur et en électricité (avec un rendement approximatif de 95 % dans le cas du système Solenco Powerbox).
Ce système possède une capacité de stockage nettement supérieure à celle d’un accumulateur ou d’une batterie. L’hydrogène stocké peut être conservé sans problème pendant des jours ou des mois avant d’être utilisé.
Toutefois, les batteries contiennent des produits chimiques nocifs. Compte tenu de la puissance supérieure du système fonctionnant à l’hydrogène, il peut être utilisé comme système de quartier.
Cependant, l’hydrogène est un gaz explosif et requiert un grand volume de stockage. Pour l’instant, la technologie n’est pas encore totalement dépourvue de dangers et elle est assez coûteuse.
Le système est néanmoins totalement autonome pour couvrir tous les besoins en termes d’eau chaude, de chauffage et d’électricité pour une ou plusieurs habitations, et ce sans émissions de CO2.
Source : revue De Onderneming, édition 2017, mars-avril.
Avec du CO2 et de l’électricité, il est possible de produire un gaz de synthèse. Celui-ci est produit par le biais d’un processus d’électrolyse de l’eau avec de l’électricité (provenant, par exemple, d’installations photovoltaïques). L’eau est ainsi décomposée en oxygène et en hydrogène. L’hydrogène est ensuite combiné à du dioxyde de carbone (CO2) pour former du méthane (processus durant lequel de l’eau est obtenue comme sous-produit). Le résultat est un gaz de synthèse qui ressemble beaucoup au gaz naturel. Les constructeurs automobiles recherchent activement le moyen d’appliquer ce processus pour propulser les véhicules avec du gaz naturel. Certains pays (Allemagne, États-Unis et Pays-Bas) envisagent de mettre en œuvre des projets pour utiliser la surproduction d’énergie renouvelable (électricité) afin de produire du gaz de synthèse et de l’injecter dans le réseau de gaz.
Voir aussi : www.yera.be
Le volant d’inertie a été utilisé de tout temps et peut stocker de l’énergie cinétique quand la production est supérieure à la consommation. Par la suite, l’énergie stockée peut être à nouveau libérée. Ce système concerne principalement le stockage d’énergie à court terme.
Plusieurs start-up explorent les moyens de rendre le volant d’inertie abordable pour les habitations, mais actuellement, le système est surtout utilisé pour le stockage d’énergie à plus grande échelle (déchargement du réseau d’électricité).
Le système qui comporte un volant d’inertie peut absorber de l’énergie cinétique grâce à sa grande masse : une fois lancé, il est difficile de l’arrêter. Quand le volant d’inertie doit ralentir, l’énergie cinétique est à nouveau libérée. Le volant d’inertie fonctionne donc en quelque sorte comme une batterie. Le plus gros problème réside dans les pertes dues à la friction, qui sont assez difficiles à résoudre dans un système à petite échelle.
Voir aussi : www.wattisduurzaam.nl
Les grandes installations telles que les installations de pompage, de stockage cryogénique et de stockage magnétique sont surtout intéressantes pour décharger le réseau électrique durant les périodes de charge de pointe (par exemple, l’heure de midi pour le courant solaire).
Jusqu’à présent, on n’a enregistré aucun incident lié à un incendie ou à une explosion de systèmes de stockage (hydrogène ou batteries). Les batteries se sont déjà fortement améliorées en termes d’explosibilité. Par conséquent, aucune prime supplémentaire n’est ajoutée dans le cadre de l’application de systèmes de stockage d’énergie hybrides ou autonomes. Dans l’éventualité d’un incident, l’assuré pourra compter à coup sûr sur l’intervention de la compagnie d’assurance. S’il devait être démontré qu’un problème s’est produit au niveau du système de stockage qui a causé l’incendie ou l’explosion, la compagnie d’assurance adressera ses réclamations au fabricant du système, mais en aucun cas à la partie assurée.
Les systèmes décrits seront également utiles à l’avenir pour soutenir des systèmes alternatifs de production (WKK, éoliennes, turbines à eau). Pour les éoliennes, de nouvelles idées sont également développées par les chercheurs, comme le stockage d’énergie dans des ballons sous-marins situés sous les éoliennes afin de pouvoir distribuer l’énergie à la demande.
Voir aussi : www.wattisduurzaam.nl
De nombreux développements totalement novateurs font leur apparition sur le marché. Les systèmes disponibles se sont grandement améliorés et leur capacité a augmenté. Les possibilités et les applications qui sont intégrées sont multiples et axées sur un contrôle intelligent. Ainsi, les systèmes hybrides pourront bientôt être mis en œuvre dans un « smart grid » ou réseau intelligent. De même, le soutien du réseau électrique sera possible grâce aux « virtual power plants » (centrales électriques virtuelles) et aux compteurs électriques intelligents.
Compte tenu du coût élevé, il peut être intéressant d’intégrer les systèmes à plus grande échelle. De cette façon, le coût peut être réparti entre plusieurs participants. Dans certains cas, cela pourrait contribuer à minimiser les pertes enregistrées dans le système.
Le stockage dans des batteries est résolument possible à plus grande échelle ou au niveau des quartiers. À cet égard, un projet pilote est déjà en cours de réalisation aux Pays-Bas : www.ode.be.
Le réseau électrique n’est pas illimité en termes de capacité de récupération de la surproduction d’énergie solaire. À un moment donné, il faudra opter pour le stockage afin de rendre les habitations encore plus efficaces en termes d’énergie et de produire et d’utiliser l’énergie de manière décentralisée.
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