Demandez à Hackaday : Comment pouvez-vous stocker de l’énergie à la maison ?

Au milieu des discussions sur les solutions de stockage d’énergie au niveau du réseau, il est souvent facile d’oublier que le stockage d’énergie peut également être effectué au niveau d’une maison ou d’un bâtiment. Les avantages ici sont qu’aucune gestion de réseau n’est nécessaire, le stockage (électrique, thermique, etc.) absorbant l’énergie au fur et à mesure qu’elle devient disponible et la déchargeant à la demande. Cela simplifie considérablement l’ampleur du problème et donc les coûts associés.

Les exemples les plus courants de tels systèmes sont peut-être les capteurs solaires thermiques avec un réservoir de stockage d’eau chaude associé, et bien sûr les batteries. Plus récemment, l’idée d’utiliser un véhicule électrique à batterie (BEV, «voiture électrique») dans le cadre d’une solution de stockage à domicile gagne également du terrain, en particulier pour les urgences où la connexion au réseau a échoué en raison d’une tempête ou d’urgences similaires. Mais dans l’ensemble, nous ne voyons pas beaucoup d’options pour le stockage de l’énergie au niveau de la maison.

Le problème du stockage en grille

Station de pompage-turbinage du comté de Bath (Crédit : CHA)
Station de pompage-turbinage du comté de Bath (Crédit : CHA)

Il y a quelque temps, nous avons examiné les motivations derrière le stockage au niveau de la grille, y compris les technologies actuelles et futures. L’attention croissante portée au stockage de longue durée est motivée par la quantité croissante de sources d’énergie intermittentes et non acheminables sur le réseau, y compris les éoliennes et le solaire photovoltaïque. Comme ceux-ci produisent des niveaux d’énergie très fluctuants, stocker l’énergie excédentaire pour une utilisation ultérieure est utile et sans doute essentiel.

Malheureusement, la conclusion est que le stockage au niveau du réseau à une échelle suffisante pour stocker et décaler dans le temps de telles quantités d’énergie au niveau d’une nation entière n’est pas réalisable. Il convient de noter ici que la quasi-totalité de la capacité de batterie nouvellement produite aujourd’hui et pour l’avenir ira dans les BEV, c’est là que l’idée de Vehicle2Grid (V2G) a été présentée comme un stockage potentiel au niveau du réseau. il voulant d’un point de vue économique et pratique.

Une grande partie du problème se résume aux quantités d’énergie très fluctuantes fournies et à l’inadéquation croissante entre l’offre et la demande à mesure que des sources plus intermittentes sont ajoutées au réseau. Avoir, par exemple, des panneaux solaires sur le toit qui alimentent le réseau contribue à ce problème, provoquant une augmentation des surtensions locales chaque fois qu’il y a beaucoup de soleil dans une zone, même si les tarifs de rachat sont réduits et même abolis dans plus de zones. Cela conduit les fournisseurs de services publics et les propriétaires de maisons à faire face à des coûts accrus et à une diminution des avantages (financiers).

Tout cela ne concerne que l’électricité, bien sûr. Les maisons, les bureaux et l’industrie ont également besoin de chauffage, d’eau chaude et, par exemple, de vapeur pour les processus industriels. Ici, les options locales semblent avoir un sens significatif là où, par exemple, le chauffage urbain n’est pas une option. Avec l’utilisation de solutions existantes telles que les pompes à chaleur et les ballons de stockage d’eau chaude, il semblerait qu’il existe ici au moins des solutions simples.

Sources d’énergie

Bien qu’il soit également possible de charger une batterie et de chauffer de l’eau dans un réservoir de stockage d’eau chaude à partir du réseau local pour une consommation ultérieure (par exemple avec des tarifs hors pointe), une autre source d’énergie facilement disponible est le soleil. L’ajout de capteurs solaires thermiques sur le toit dans le cadre d’une solution de chauffage solaire de l’eau peut être rentable, en fonction des niveaux d’irradiance solaire (puissance par unité de surface). L’efficacité est ici principalement déterminée par la période de récupération, qui peut aller de l’ordre de 4 ans à près de 20 ans.

Une considération importante ici est également de savoir si des dispositifs antigel sont nécessaires. Alors qu’un système purement passif et donc plutôt bon marché conviendrait dans un climat chaud, si les températures descendent en dessous de 0°C pendant les hivers, il est essentiel que des mesures soient prises. Cela peut inclure l’ajout d’antigel à l’eau du système, auquel cas un système en boucle fermée plus coûteux est également nécessaire.

En plus de la chaleur provenant du rayonnement solaire, l’énergie du soleil peut également être convertie en électricité à l’aide de panneaux solaires photovoltaïques (PV). Actuellement, la plupart des installations solaires photovoltaïques sur les toits ne disposent pas de stockage local et l’autoconsommation n’est pas prise en compte, le modèle économique dominant étant celui de la vente de l’électricité produite au service public local.

Certains emplacements peuvent également disposer d’espace pour d’autres sources d’énergie, comme une (petite) éolienne, mais les capteurs solaires thermiques et les panneaux solaires photovoltaïques sont susceptibles d’être les principales sources d’énergie lorsque d’autres sources (comme l’hydroélectricité) ne sont pas disponibles.

Solutions de stockage

Installation de stockage d'eau chaude utilisant des capteurs solaires thermiques ainsi qu'un chauffage résistif utilisant de l'électricité (PV).
Installation de stockage d’eau chaude utilisant des capteurs solaires thermiques ainsi qu’un chauffage résistif utilisant de l’électricité (PV).

Comme mentionné, le chauffage de l’eau est un moyen très courant de capter et de stocker l’énergie solaire thermique. De nombreuses maisons ont un réservoir de stockage d’eau chaude dans lequel une réserve d’eau est maintenue à une température spécifique pour une utilisation immédiate. La principale différence réside dans la façon dont l’eau de ces réservoirs est chauffée. Souvent, des combustibles fossiles comme l’huile minérale ou le gaz naturel sont utilisés, tandis que dans d’autres domaines, le chauffage électrique (résistif) est plus courant. Lorsqu’elle est utilisée dans un contexte où des capteurs solaires thermiques et/ou des panneaux solaires photovoltaïques sont disponibles, l’eau peut également être chauffée uniquement par ces sources.

L’avantage de ce système est qu’il fournit une source d’eau chaude potentiellement rentable, qui tend à être l’une des utilisations les plus énergivores. Il permet également une utilisation efficace de l’électricité des panneaux solaires PV lorsqu’elle n’est pas utilisée pour charger les batteries.

Cela conduit à l’autre solution de stockage évidente sous la forme d’un stockage de grande batterie, comme le Powerwall de Tesla et des offres similaires de concurrents. Récemment, Broughton et al. (2021) ont détaillé les aspects économiques du stockage par batterie pour les clients solaires résidentiels du sud de la Californie.

En Californie, le tarif de rachat baisse depuis des années, le programme NEM 3.0 actuel réduisant l’incitation financière à produire de l’énergie photovoltaïque pour le réseau. Sans surprise, l’introduction du temps d’utilisation (TOU) avec le programme NEM 2.0 a déjà vu le nombre d’installations de stockage de batterie par les propriétaires augmenter de manière significative.

La conclusion de Broughton et al. était cependant qu’avec la période de récupération lors de l’installation d’un seul système Tesla Powerwall 2, avec une installation solaire PV, était trop longue pour que cela ait un sens financier. Là où l’installation d’un stockage de batterie comme celui-ci a du sens, c’est lorsque l’alimentation du réseau n’est pas fiable, comme c’est de plus en plus le cas en Californie.

Cela fait alors l’argument de charger à la place un BEV avec l’énergie d’une installation solaire PV (montée sur le toit) et d’avoir un chargeur capable d’inverser le flux d’énergie afin que le BEV puisse agir comme une batterie de secours pour alimenter la maison . Même ainsi, l’économie du stockage de batterie dans toute la maison ne semble pas encore être là quand on vit dans une zone où l’alimentation fournie par les services publics est une option.

Emballer

Le thème général ici, lorsque l’on examine les études récentes sur le stockage de l’énergie domestique et les domaines connexes, semble être que le stockage de l’énergie en grande quantité n’est susceptible d’être économique que lorsqu’il s’agit de chauffer l’eau dans un réservoir de stockage d’eau chaude. La période de récupération ici peut être plutôt minime lorsque les conditions sont réunies, et même l’ajout d’un panneau solaire PV pour le chauffage résistif de l’eau peut avoir un sens financier en fonction des facteurs locaux.

C’est également le cas des solutions de stockage sur batterie. Considérant que le coût principal d’un BEV est dû à la batterie, il n’est pas trop surprenant que quelque chose comme un Tesla Powerwall coûte à peu près le même prix qu’un BEV. Ici, on pourrait calculer les chiffres pour savoir si l’utilisation d’un large éventail de batteries au plomb (scellées) pourrait rapprocher les chiffres du sens financier.

Quoi qu’il en soit, le sujet du stockage de l’énergie domestique n’est pas susceptible de disparaître de si tôt. Même si l’on n’a pas l’intention de sortir du réseau, il existe de nombreuses autres incitations qui amèneraient à examiner les options. Qu’il s’agisse d’économiser des coûts ou d’avoir une option de sauvegarde en cas de panne de courant comme nous l’avons vu dans le monde ces dernières années, il existe de nombreuses raisons de jeter un coup d’œil aux options de stockage disponibles. Mais nous n’avons tout simplement pas trouvé grand-chose.

Quelles sont vos expériences et réflexions à cet égard ? Étant donné que la communauté Hackaday a tendance à avoir beaucoup de bricoleurs, certains d’entre vous ont sans aucun doute mis en œuvre l’un de ces systèmes de génération et de stockage, ou ont au moins examiné l’image des coûts. Si vous avez un système de batterie pour toute la maison et/ou un système d’eau chaude solaire, comment cela fonctionne-t-il pour vous ?