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Production & Auto-consommation de l’énergie solaire photovoltaïque avec stockage sur batterie, dans une maison raccordée au réseau

CONTEXTE

Joëlle et Bruno habitent une maison au sud de Lyon et consomment beaucoup d’électricité en été à cause d’une climatisation nécessaire à leur petite activité viticole, et la filtration de leur piscine.

De manière générale, la maison est très dépendante de l’électricité (eau chaude, cuisine, volets, portail…). Une coupure même courte est très pénalisante. Leur consommation d’électricité, plus importante en été, est idéale pour un système solaire photovoltaïque. En revanche, la présence de gros consommateurs (comme le chauffe-eau électrique) rendent la recherche d’une autonomie à l’année peu pertinente d’un point de vue économique et environnemental.

Ils ont travaillé avec Info-Solaire pour réaliser un système d’auto-consommation avec stockage sur batteries idéalement dimensionné.

Besoins énergétiques

La maison étant toujours raccordée au réseau, il n’est pas nécessaire de couvrir l’ensemble des besoins énergétiques annuels (kWh), ni de couvrir les besoins de puissance instantanée (compteur 9kVA). Les enjeux du dimensionnement sont donc différents de ceux d’un système autonome et les contraintes à l’utilisation sont inexistantes. Nous avons retenu ces critères pour concevoir ce système :

  • Couverture de la plus grande partie des besoins sans sur-dimensionner le système
  • Pas de surplus importants et donc pas de revente des surplus à gérer
  • Permettre le fonctionnement de la climatisation de la cave même en cas de coupure (en été)
  • Secourir en cas de coupure l’ensemble de l’installation électrique de la maison même si l’expérience est « dégradée ». Par dégradée, nous voulons dire que deux gros appareils ne peuvent pas être utilisés en même temps lors d’une coupure : si le compresseur de la clim tourne déjà, il n’est pas possible de cuisiner sur un feu électrique en même temps, il convient donc de s’organiser en conséquence.
  • Une batterie suffisante pour tenir toute la nuit
  • Un budget maîtrisé et zéro contrainte à l’utilisation grâce à l’utilisation du réseau en complément

Contraintes

  • Installation des modules photovoltaïques sur le toit impossible / non souhaité
  • Pas de désir de changer certains appareils ni de se contraindre trop drastiquement à la disponibilité de l’énergie solaire donc maintien d’un raccordement EDF et pas d’autonomie totale.

A noter : Info-solaire ne réalise pas d’installations solaires dont l’objectif est la revente d’électricité au réseau EDF. Ainsi, l’installation du couple n’a pas pour but de produire plus que leurs besoins énergétiques. L’électricité produite est intégralement consommée / utilisée pour recharger les batteries.

Caractéristiques générales de la prestation et du système conçu par Info-Solaire

Production

Le système conçu compte 9 modules de 300Wc soit 2,7kwC de panneaux (10m²). Au vue de la situation géographique, le potentiel de production annuelle de ces 9 modules représente un peu plus de 3000kWh, soit un peu plus des deux tiers de la consommation actuelle annuelle du couple. La production journalière moyenne de ces 9 modules entre Avril et Septembre oscille entre 10 et 15kWh ce qui correspond à la consommation journalière moyenne du couple sur cette même période. Pour augmenter la production à l’inter-saison, les modules ont été fixés sur des supports inclinables réalisés sur mesure afin de permettre un ajustement saisonnier de l’orientation des panneaux.

Stockage

La batterie a été assemblée sur mesure par Info-Solaire : elle peut stocker 5kWh d’électricité.

Les cellules lors du processus d’équilibrage et avant d’assembler la batterie

Cette batterie est composée de 16 cellules lithium fer-phosphate de 100Ah supervisées par un « Battery Management System »(BMS) de l’entreprise REC. Le BMS assure la supervision des cellules et s’interface avec le reste du système par l’intermédiaire d’une liaison CAN reliée au Victron Color Control GX.

Les cellules assemblées et les équipements de supervision et de protection dans le coffret électrique.

L’intérêt de construire une batterie sur mesure est de pouvoir choisir la capacité (stockage) et un format (encombrement) sur mesure. De plus, la batterie assemblée n’est pas une boite noire que seul le constructeur peut réparer selon les termes de sa garantie. Enfin, cette batterie sur mesure accepte des courants de charge et de décharge plus importants que la majorité des solutions commerciales. Cela permet de recharger la batterie en 2 heures et de brancher un onduleur plus puissant que sur une batterie du commerce à stockage équivalent. NB: La limitation qu’impose les batteries commerciales ne reposent pas sur des contraintes techniques liées aux cellules mais plutôt à des logiques de coûts (dispositifs de sectionnement et protections pour des courants plus faibles), de prudence quant aux garanties qu’ils donnent de 10ans ou 6000 cycles en général (ils prennent de la marge si on en faisait un usage très intensif) et simplement commercial (autant vendre plus de cellules, capacité stocké, pour un même besoin, puissance).

Conversion

Nous avons choisi un onduleur-chargeur de 3kVA Victron MultiGrid qui intègre la protection réglementaire de découplage conforme à la DIN VDE 0126-1-1.

Cet onduleur se raccorde entre le compteur et le tableau de distribution électrique. Ainsi, tous les éléments de la maison peuvent être alimentés par cet appareil jusqu’à une puissance 3000VA. Au delà, le réseau EDF est sollicité pour compléter. Ce mode de fonctionnement est très avantageux. En cas de coupure d’électricité, il faudra cependant bien veiller à ne pas démarrer plusieurs gros appareils en même temps (1 plaque et le four par exemple) sinon l’onduleur coupera l’alimentation pour se protéger.

Le comportement général du système peut être résumé comme cela :

  • L’énergie des panneaux se répartit entre la consommation instantanée dans la maison et la recharge de la batterie.
  • Si la batterie est pleine, la puissance des panneaux est réduite pour alimenter directement les appareils en fonctionnement dans la maison.
  • Si la consommation instantanée dépasse ce que peuvent fournir les panneaux, le complément est pris dans la batterie.
  • Si la consommation instantanée dépasse ce que peut fournir l’onduleur, le réseau est sollicité pour compléter.

Pour augmenter la part d’énergie solaire consommée, le démarrage automatique d’appareils comme le chauffe-eau ou la pompe de la piscine peut être programmé. Joëlle et Bruno surveillent régulièrement l’état de la batterie et démarrent déjà manuellement certains appareils en priorité quand l’énergie solaire est abondante (lave-linge, lave-vaisselle, aspirateur ..) : ce sont leurs nouvelles heures creuses.

Le comportement du système est visualisable à tout moment sur l’écran de la supervision (Victron Color Control GX) et sur le portail internet Victron VRM.

La logique du dimensionnement

Info-solaire a privilégié un système sur batterie relativement petit pour abaisser significativement l’investissement et optimiser sa pertinence environnementale. Ce système permet tout de même de couvrir une partie importante des besoins du couple avec une quasi autonomie 8 mois par an :

  • entre Avril et Septembre (6 mois) : la production photovoltaïque très importante couvre la quasi totalité des besoins électriques, incluant la climatisation de la cave et la pompe de la piscine (l’intégralité de l’électricité est consommée).
  • Les mois de l’inter-saison Mars et Octobre : bien que la production photovoltaïque soit plus faible, celle-ci peut couvrir la quasi-totalité des besoins qui sont moins importants (pas de besoins pour la piscine ni la climatisation).
  • Les mois d’hiver (Novembre à Février), la production solaire est faible et intégralement consommée. Certaines journées ensoleillées offrent une production importante mais pas suffisante pour couvrir tous les besoins.

Pistes pour augmenter l’autonomie

Le dimensionnement retenu peut couvrir jusqu’aux deux tiers de la consommation électrique actuelle de la maison. En complément de l’installation, Info-Solaire a identifié plusieurs pistes d’économies très importantes, qui pourront être mises en œuvre par la suite pour rapprocher la maison d’une autonomie à l’année:

  • Remplacement de 2 transformateurs 12V(alternatif) alimentant des spots halogènes pour l’éclairage consommant à vide près de 40W. L’appareil qui les remplacera convertira directement le courant continu de la batterie 48V en 12V (continu), il consomme à vide près de 4W. De plus, les spots seront changés par des spots led. Économies estimées : 0,8kWh par jour de conversion et près de 8 fois moins d’énergie pour l’éclairage Led par rapport à l’halogène.
  • Le frigo de la maison (consommation mesurée : 1kWh/jour) sera remplacé à la fin de sa vie par un modèle efficace consommant entre 300 et 400Wh/jour.
  • Le frigo d’été très vétuste (consommation mesurée : 2kWh/jour) sera lui aussi remplacé en fin de vie.
  • Remplacement de la chaudière au fioul par une chaudière au bois produisant également l’eau chaude sanitaire (économie 2kWh correspondant aux pertes du ballon + toute la consommation d’eau chaude)
  • Remplacement des néons au garage et des dernières lampes halogènes et incandescentes par des modèles LED, idéalement en courant continu.
  • Bruno va interfacer un automate déjà présent avec la supervision du solaire (Victron Color Control GX) pour piloter d’autres éléments dans la maison en fonction de la disponibilité du soleil.

Une piste simple a déjà été mise en place :

  • Le chauffe eau électrique de 200L a été isolé par l’extérieur pour une économie journalière estimée à 1kWh par jour (entre 5 à 10 % de la consommation journalière économisée).
L’impacte semble avoir été très fort car la consommation de la maison à fortement diminué à fin janvier avec l’isolation du chauffe eau et l’extinction du second frigo. De plus, l’aspiration centralisée est tombé en panne au même moment.

Budget

Conception du système et la totalité du matériel (hors supports de fixations inclinables) dans le respect des normes : 11 000€ TTC

Accompagnement complet, suivi, dossiers, accompagnement à l’installation sur place, du dépôt du dossier en mairie à la validation de l’installation par le Consuel : 3 000€ TTC (environ deux semaines à temps plein)

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