02 décembre 2019
Les systèmes de sauvegarde par batterie couplés au solaire sont salués comme la meilleure solution aux coupures de courant de la sécurité publique en Californie – sans parler de notre réseau électrique archaïque.
Non seulement ces systèmes sont idéaux pour alimenter une maison en cas de coupure de courant, mais ils permettent également de réduire les coûts d’électricité et de fournir des services de soutien au réseau lorsque le service public local en a besoin. Pour des raisons d’émissions et de coûts, les générateurs conventionnels au gaz ou au diesel ne sont pas une option.
Il n’est donc pas surprenant que la demande pour ces systèmes dépasse l’offre d’équipement ainsi que la disponibilité de la main-d’œuvre qualifiée pour l’installation.
Limites de la sauvegarde par batterie pour toute la maison
Mais il y a un piège à cela. Nous aimons croire au mythe de la sauvegarde de l’ensemble du foyer ou à la notion selon laquelle notre mode de vie du 21e siècle se poursuivra sans relâche malgré l’enfer du feu ou les grandes eaux. La réalité est différente : les systèmes de sauvegarde par batterie typiques fonctionnent mieux lorsqu’ils sont conçus pour rationner la capacité de la batterie et minimiser l’utilisation des principaux appareils.
Les mythes trouvent souvent leur origine dans les faits : les systèmes de batterie de maison entière fonctionnent effectivement pour les applications hors réseau. On estime qu’il y a 180 000 maisons de ce type aux États-Unis.
Mais ces maisons ont été conçues pour une vie hors réseau : elles sont généralement plus petites et bien isolées ; elles utilisent un chauffage à combustion avec un appoint au propane ; elles intègrent des systèmes solaires thermiques actifs et passifs ; et elles n’ont pas de systèmes de climatisation gourmands en énergie, de chargeurs de VE de niveau 2 ou de piscines.
Il existe deux limites techniques fondamentales qui rendent peu pratique le fonctionnement d’une maison entière sur batterie seule. Premièrement, la capacité énergétique des systèmes de batteries lithium-ion typiques est insuffisante pour alimenter une maison entière pendant une panne de courant nocturne. Deuxièmement, les onduleurs de secours à batterie ne sont pas assez puissants pour démarrer et faire fonctionner de nombreux gros appareils.
Bien sûr, plusieurs batteries et onduleurs peuvent remédier à ces limitations d’énergie et de puissance. Mais le coût de plus de 20 kilowatts d’onduleurs et de plus de 40 kilowattheures de batteries est prohibitif pour le propriétaire typique.
Une approche plus pratique consiste à concevoir un système de sauvegarde par batterie pour alimenter uniquement les charges critiques : pas de gros appareils comme la climatisation, les chargeurs de VE de 240 volts ou les cuisinières électriques. Au lieu de cela, seulement quatre à huit circuits plus petits dans la maison pour la réfrigération, l’éclairage, le divertissement, les communications et les prises de commodité.
Notre parc immobilier actuel consomme beaucoup d’électricité, et en raison d’une pléthore d’appareils branchés, les maisons plus récentes en consomment souvent encore plus.
Les appareils à forte consommation d’énergie sont les plus difficiles pour les systèmes de sauvegarde pour toute la maison. La consommation d’énergie d’un gros climatiseur central est de 5 000 watts, celle d’un chargeur de VE est de 7 000 watts, celle d’une cuisinière électrique est de 10 000 watts et celle des pompes de piscine est de 2 200 watts.
Les limites d’énergie des batteries
Alors, combien de temps un système solaire et de batteries typique fonctionne-t-il la nuit tout en faisant fonctionner ces gros appareils ? Réponse : pas très longtemps du tout.
Le calcul est simple. Si la batterie n’a plus qu’une capacité énergétique de 2,5 kilowattheures la nuit (typique si la batterie est utilisée pendant la soirée pour maximiser les économies d’autoconsommation), il y a seulement assez d’énergie de la batterie pour faire fonctionner les pompes de piscine pendant 60 minutes, un AC central pendant 30 minutes, un chargeur EV pendant 20 minutes ou une cuisinière électrique pendant 15 minutes.
Avec l’un de ces appareils en marche – après seulement un intervalle relativement bref de sauvegarde automatique de toute la maison – la batterie sera bientôt morte et incapable d’alimenter les charges critiques. En termes lyriques : Pas de lumière. Pas de téléphone. Pas de voiture électrique. Pas un seul luxe. Comme Robinson Crusoé, aussi primitif que possible.
Une solution possible consiste à éteindre manuellement les charges des gros appareils pendant une panne. Malheureusement, de nombreuses coupures de courant se produisent pendant la journée, lorsque personne n’est à la maison, ou la nuit, lorsque les gens dorment. Les clients qui ont essayé de se délester manuellement des charges finissent généralement par être déçus de leur système de sauvegarde.
Une autre solution (si le budget et l’espace mural d’un propriétaire le permettent) consiste à ajouter une deuxième batterie de stockage – doublant ainsi efficacement la durée de stockage de l’énergie.
Au cours des derniers mois, nous avons travaillé avec des clients qui ont eu toute une gamme de bonnes et de mauvaises expériences de sauvegarde par batterie. Lors de la première panne dans notre région, qui s’est produite vers 22 h 30, un client qui utilise un appareil de pression positive continue (CPAP) a épuisé sa batterie de stockage vers 2 heures du matin (il a commencé à ronfler et sa femme lui a dit de dormir sur le canapé). Un autre client a utilisé le système de secours pour alimenter l’un des sous-panneaux de sa maison, et il n’a pas réalisé qu’il y avait une panne de courant jusqu’à ce que la batterie soit épuisée.
La solution pour les deux clients a été de retirer quelques circuits discrétionnaires de leurs sous-panneaux de secours afin que la batterie dure toute la nuit.
Les limites de puissance de l’onduleur
La puissance maximale de l’onduleur à batterie (en kilowatts) est la deuxième raison du mythe de la sauvegarde de toute la maison.
La plupart des onduleurs de sauvegarde à batterie ont été conçus pour des services électriques domestiques de 200 ampères, ce qui implique une sortie CA maximale de 7 600 watts lorsqu’ils sont connectés au réseau. Lorsqu’ils sont alimentés par la batterie (dont le taux de décharge de pointe est limité), ces onduleurs peuvent généralement fournir 5 000 watts de puissance en régime permanent ou 6 000 watts de puissance de pointe (environ 25 ampères).
Cependant, les besoins momentanés en courant de pointe au démarrage d’un moteur CA ou d’un moteur de pompe sont souvent deux ou trois fois supérieurs à l’appel de courant normal – ce qui signifie que l’onduleur ne pourra tout simplement pas passer en mode de sauvegarde. Même si la batterie est entièrement chargée lors d’une journée ensoleillée, le CA et la pompe de la piscine ne démarreront pas, et aucune des charges critiques ne sera alimentée.
Conception de systèmes de sauvegarde par batterie couplés à l’énergie solaire
Sans tenir compte de ces limites énergétiques, de puissance et financières, un système solaire et de sauvegarde bien conçu peut fournir de l’énergie presque indéfiniment. Trois éléments de conception sont essentiels.
Premièrement, la capacité énergétique de la batterie (kilowattheures) et la sortie de l’onduleur (kilowatts) doivent correspondre aux besoins de la maison la nuit, lorsque la batterie est partiellement déchargée. Deuxièmement, le nombre de circuits de secours doit être strictement limité pour éviter d’alimenter trop de petits appareils ou de gros appareils. Troisièmement, la taille du système solaire devrait être suffisante pour recharger partiellement la batterie, même lors d’une journée d’hiver nuageuse.
Les prochaines technologies de systèmes électriques domestiques intelligents remédieront à ces limites pratiques en délestant automatiquement les charges pendant une panne. Lors du salon Solar Power International 2019, des entreprises ont exposé des commandes d’appareils intelligents et des disjoncteurs qui pourraient désactiver automatiquement les gros appareils. Une technologie de panneau électrique intelligent était également exposée, qui pourrait gérer automatiquement tous les circuits d’une maison.
D’ici la fin de 2019, il y aura plus de 10 000 foyers et entreprises en Californie équipés de systèmes solaires et de batteries de secours combinés. Au fur et à mesure que ces systèmes deviendront moins chers (à la fois grâce à la réduction du coût des équipements et aux incitations), ils deviendront le moyen le plus rapide et le plus efficace pour les gens de s’adapter à la nouvelle normalité des coupures de courant de la sécurité publique.
Sans parler du moyen le plus propre, le plus sûr et le plus économique de reconstruire notre réseau électrique archaïque.
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Barry Cinnamon est le PDG de la société californienne Cinnamon Energy Systems.