Dossier - Juin-Juillet 2018
Autoconsommation : l’installation électrique au seuil d’une nouvelle ère
Edito
Autoconsommation : un impact fort et pas que symbolique !
Le point d’entrée en matière d’autoconsommation de l’énergie photovoltaïque est sans nul doute son aspect symbolique. Produire sa propre énergie est devenu un nouveau droit pour les consommateurs reliés au réseau de distribution. Cela met fin à la frustration de ne pas pouvoir consommer une énergie produite sur place. De fait, un vaste champ de possibilités s’ouvre à de nouveaux types de consommateurs. L’autoconsommation se développe plutôt bien, notamment au rythme de la baisse du coût des équipements, de l’évolution de leur efficacité et de la hausse du coût de l’énergie sur le réseau.
Le Syndicat des énergies renouvelables est également sollicité pour ce qui concerne l’autoconsommation collective, notamment par la sphère coopérative, sociale et les collectivités. Là encore, de nombreux projets se préparent.
Par ailleurs, l’autoconsommation dans les secteurs commercial et tertiaire fait l’objet d’un fort intérêt des entreprises, notamment pour son côté économique, car les profils de consommation sont souvent bien en phase avec la production d’électricité solaire.
Le concept d’autoconsommation induit un nouveau regard sur le paysage énergétique. Tout d’abord, la production peut être consommée de façon collective de par la mutualisation de différents profils de consommateurs, particuliers et entreprises, en mêlant les usages à l’échelle d’un même bâtiment.
En entreprise notamment, ce n’est plus la charge qui définit les besoins en énergie, mais la production d’énergie elle-même qui dicte les usages. Cela amène à repenser l’organisation et à recaler son activité sur le cycle du soleil. Il y a là un véritable projet d’entreprise à composer en profitant de la motivation des salariés, voire de la fierté à tendre vers une autonomie énergétique dans le contexte de transition que l’on connaît.
Il est utile de rappeler que l’énergie solaire, à l’échelle planétaire, est abondante pour tous. À titre d’exemple, entre le Danemark et le Chili, la différence de rendement est de facteur 3. En France, entre le nord et le sud, ce facteur est inférieur à 2. Cela peut sembler élevé, mais ne l’est aucunement lorsque l’on rapproche l’homogénéité du potentiel de production solaire de la disponibilité des ressources en hydrocarbure à l’échelle des grandes régions du monde.
Autre considération importante, en pleine évolution : une installation solaire est aujourd’hui capable d’équilibrer son bilan carbone en moins de deux ans ! En perpétuelle croissance, le ratio de l’énergie générée sur l’énergie nécessairement investie est de 25 pour le solaire photovoltaïque. À titre de comparaison, ce ratio appliqué à l’extraction du pétrole diminue régulièrement et se trouve aujourd’hui aux alentours de 10.
Rapportée au secteur du bâtiment, l’autoconsommation devrait intervenir tel un joker dans le cadre de la future réglementation énergétique, notamment pour ce qui concerne la rénovation des constructions existantes. Mais il reste à inventer le bâtiment de demain, qui marquera une réelle synergie avec les capacités de production locales et les charges électriques. Il nous faut l’inventer à l’image du véhicule électrique, initialement conçu sur la base d’un véhicule thermique, mais qui, aujourd’hui, fait l’objet d’une remise à plat totale.
Le solaire photovoltaïque et les capacités d’autoconsommation représentent une énergie porteuse d’avenir et un véritable défi quant à l’engagement de l’industrie française, dans le cadre d’une profonde évolution de la chaîne de valeur. L’industrie du solaire doit être considérée à l’échelle de notre industrie automobile. Rien de moins ! Inutile de sortir de l’emprise des producteurs de pétrole pour devenir dépendant de pays producteurs d’équipements solaires !
Xavier Daval, président du SER-Soler (1)
1 – Branche du Syndicat des énergies renouvelables, le SER-Soler constitue le groupement français des professionnels du solaire photovoltaïque.
Autoconsommation : l’installation électrique au seuil d’une nouvelle ère
Tandis que le coût de l’électricité augmente, celui des installations photovoltaïques diminue. Ainsi, il devient financièrement intéressant d’opter pour l’autoconsommation de l’électricité photovoltaïque. Les installations commerciales situées dans les zones les mieux exposées au rayonnement solaire sont en premier lieu concernées, mais le seuil d’intérêt se déplace progressivement vers les installations domestiques et vers le nord.
Les capacités de gestion et d’intelligence embarquée des équipements et services (onduleurs, batteries, maison connectée, intelligence dans le cloud…), ainsi que la performance des capteurs comme des batteries poussent l’installation électrique à entrer dans une nouvelle ère. À cela s’ajoute un contexte de smart grid progressivement opérationnel, au rythme de déploiement du compteur Linky, et l’arrivée de nouveaux usages tels que le véhicule électrique. L’équation s’avère complexe mais passionnante et source de performance à l’heure de la transition énergétique.
Enphase Energy : solution avec batteries parallélisables
L’entreprise nord-américaine Enphase Energy propose un système d’énergie photovoltaïque résidentiel qui inclut la production, le stockage, la gestion et le contrôle de l’électricité. Soit quatre parties distinctes : le portail Envoy, cerveau de la maison, la batterie AC, intelligente, dotée d’un cycle de vie optimisé, les micro-onduleurs et le logiciel Enlighten, un outil facile d’utilisation pour surveiller et contrôler l’énergie.
Vincent Combaret, directeur technique et support Emea : « Nos clients bénéficient aujourd’hui de l’effet ciseaux entre la baisse de coût des capteurs et l’augmentation du prix de l’énergie. À présent, la parité réseau est atteinte dans le Sud de la France pour le secteur tertiaire. Cela ne doit pas occulter une attention toute particulière et préalable quant à l’efficacité énergétique des charges et à leur maintenance. »
Depuis septembre 2016, les batteries de stockage d’Enphase Energy sont parallélisables sans limites. Les batteries sont reliées au réseau alternatif dont le courant est délivré par les micro-onduleurs reliés au dos des capteurs photovoltaïques. De fait, elles embarquent chacune une micro-centrale de conversion assurant l’interface. Enphase est pour sa part en permanence au contact des batteries via une passerelle Internet, afin de vérifier le nombre de cycles ou encore de remonter les erreurs pouvant survenir.
Et en matière de pilotage des charges ? « À la fin de 2018, nous proposerons un onduleur doté d’une sortie contact sec permettant de commander une charge de chauffage. Mais à terme, il faut viser l’arrivée d’équipements communicants. Pour les applications dans le tertiaire, nos onduleurs sont en voie d’intégration dans la structure numérique du bâtiment, voire au niveau du smart grid. »
Hybrid Energy : le stockage intelligent
Conçu et réalisé en France par Hybrid Energy, HPod Autoconso concerne les installations domestiques et le petit tertiaire. Il est doté d’une électronique de puissance de 3 ou 5 kVa, d’une capacité de stockage lithium fer phosphate pouvant gérer jusqu’à 9 kWc de puissance photovoltaïque. Dans sa version de base, l’équipement contient deux batteries lithium fer phosphate de 5 kWh, l’électronique de puissance, l’automate intelligent et se présente dans une baie de 1,50 m de hauteur. Il est également possible de vendre sur le réseau à EDF le surplus de production. L’ensemble se raccorde à l’installation électrique de façon plug & play et bénéficie d’une garantie de sept ans, batterie incluse.
« Dans le secteur du petit tertiaire, notre solution est notamment adaptée aux consommations communes au sein d’un même immeuble, telles que serveur informatique, accueil téléphonique… Là, un stockage de faible capacité suffit, car les consommations sont surtout effectuées en journée. Dans le secteur domestique, le besoin de stockage est supérieur, précise Hervé Bougnoux, responsable développement des marchés hybrides. Compatible avec le compteur Linky, notre solution est capable de s’adapter à la souplesse du smart grid et à sept tarifs d’achat d’électricité différents au cours d’une journée. »
Monabee : bien dimensionner et gérer
En partenariat avec Hybrid Energy, la société lyonnaise Monabee propose une interface client paramétrable pour gérer les charges les plus importantes. La solution Optimee’z pour le particulier consiste en un coffret qui inclut la protection AC (disjoncteur différentiel 30 mA et parafoudre type 2), le pilotage intelligent et des interfaces Web et mobile. Le coffret Optimee’z comprend un automate de pilotage. Ce dernier permet d’utiliser l’énergie disponible en temps réel pour déclencher deux équipements énergivores, comme un ballon d’eau chaude, le chauffage, la pompe de la piscine ou la climatisation. De quoi utiliser au maximum l’électricité produite.
L’interface Web et l’application mobile Monabee permettent de visualiser la production et la consommation en temps réel. Elles sont incluses avec le coffret et accessibles depuis un PC, une tablette ou un smartphone (Android et IOS).
Côté installateur, le coffret Optimee’z est livré pré-câblé et prêt à poser. La configuration est automatique. Optimee’z est compatible avec le compteur Linky, les onduleurs centralisés, les micro-onduleurs et les systèmes de stockage.
Monabee propose aussi un outil d’aide au dimensionnement de l’autoconsommation. DIA (dimensionnement intelligent de l’autoconsommation) est un algorithme qui utilise l’historique détaillé des consommations pour dimensionner les installations photovoltaïques. « Il s’agit de ne plus se baser sur des estimations, mais bien sûr la réalité des consommations, explique Clara Trevisiol, cofondatrice et directrice générale de Monabee. Les calculs sont ainsi fondés sur les données réelles de consommation et de production. Une simulation définit les possibilités d’autoconsommation en fonction des équipements afin de valoriser les économies réalisables et en simulant un pilotage intelligent pour un taux d’autoconsommation optimisé. »
Full Home Energy : la gestion intégrée de l’énergie
Spécialiste français de la gestion des énergies du foyer situé à Perpignan, Full Home Energy est une solution intégrée pour piloter l’ensemble des vecteurs énergétiques du bâtiment pour le domestique et le petit tertiaire.
La solution FHE Center comprend une unité centrale de gestion de l’énergie. Cerveau de l’installation, celle-ci mesure la production des panneaux photovoltaïques en temps réel, centralise les données, pilote les points de consommation et se contrôle à distance grâce aux réseaux Wifi, ZWave, ZWave +, IR et ethernet. Le système de gestion Sensor Pilot proposé par FHE se place dans le tableau électrique ou à côté. Il mesure les consommations réseau, pilote et régule le chauffage, puis collecte les mesures de température, d’où son éligibilité au Cite. « Cet automate gère six relais à contact sec intégrés, mais aussi jusqu’à 500 prises commandées par radio. Nous avons mis au point des préprogrammes par type d’équipement et une capacité d’auto-apprentissage afin de respecter le cycle des charges, notamment pour les charges thermodynamiques, via notre module Heat & Cool », explique Jonathan Laloum, directeur commercial de FHE.
SMA : jusqu’à une gestion multi-énergies
« En 2017, moins de 10 % de la puissance photovoltaïque étaient installés en autoconsommation totale ou partielle. Ce chiffre devrait doubler en 2018. Les installations s’effectuent notamment sur les grandes toitures et sur des ombrières en grande distribution. Ce secteur souhaite sécuriser et pérenniser ses approvisionnements en électricité et honorer les obligations réglementaires qui lui sont propres. C’est aussi une occasion d’apporter des services additionnels à leurs clients, tels que la recharge de véhicules électriques, lance David Lawson, directeur marketing de SMA France.
« L’autoconsommation conduit à optimiser le dimensionnement de l’installation. À ce titre, l’outil Sunny Design Web permet d’importer les profils de consommation pour aboutir à un meilleur dimensionnement et produire au plus juste. »
Sunny Design Web s’ouvre dans un navigateur (sur iPad ou tablette Android), afin de saisir les paramètres requis pour obtenir en quelques minutes une configuration optimale. Cette application Web est destinée aux installateurs et aux personnes chargées du dimensionnement. Le logiciel contrôle la compatibilité des composants, mais aussi la rentabilité de l’installation. « Le client final bénéficie ainsi d’une installation photovoltaïque sur mesure et l’installateur économise un temps précieux. L’enregistrement gratuit permet de profiter d’autres fonctionnalités utiles », ajoute David Lawson.
Sunny Home Manager 2.0 est un gestionnaire d’énergie intelligent pour applications domestiques : il veille à ce que le foyer utilise au maximum l’énergie solaire autoproduite. Plus l’autoconsommation est élevée, plus la facture d’électricité de l’exploitant de l’installation diminue. Pour ce faire, Sunny Home Manager 2.0 mesure toutes les données importantes relatives à la production d’électricité, à l’injection réseau et à l’énergie prélevée sur le réseau. En fonction des prévisions météorologiques locales et des profils de charge individuels du foyer, il active les appareils pilotables de manière à ce qu’ils soient alimentés autant que possible par l’électricité solaire.
Sunny Home Manager 2.0 s’installe au niveau du raccordement au réseau. Il convient de le raccorder au routeur Internet au moyen d’un câble ethernet et d’enregistrer l’installation photovoltaïque sur Sunny Portal ou Sunny Places. Le gestionnaire est ensuite opérationnel pour optimiser l’autoconsommation du foyer jusqu’à 12 charges (30 000 installations sont déjà enregistrées à travers le monde).
La solution Data Manager M est, quant à elle, destinée à la gestion élargie de l’énergie pour applications tertiaires (une version résidentielle est à l’étude). Enfin, pour les grandes toitures, EnnexOS constitue une plateforme prenant en compte les flux énergétiques au niveau consommateurs, applications et services. Il s’agit d’une plateforme intersectorielle dédiée à une gestion globale et intelligente de l’énergie. En regroupant différents vecteurs énergétiques tels que le chauffage, la climatisation, l’électricité et la mobilité, elle permet d’optimiser durablement les flux d’énergie et de réduire sensiblement les coûts qui y sont associés.
Définir l’autoconsommation
Vincent Combaret, directeur technique et support Emea Enphase Energy : « Le taux d’autoconsommation indique la part de la production solaire pouvant être consommée sur un site. Il est très variable suivant la taille et les caractéristiques de l’installation (avec ou sans batterie). Dans le résidentiel, un système de 500 Wc couvrira le “talon” de consommation de l’habitat (frigos, ventilation, veilles, etc.) et affichera un bon taux d’autoconsommation. En revanche, on considère généralement que, pour une installation de 3 à 5 kWc, seuls de 20 à 30 % de la production solaire peuvent être simultanément autoconsommés par le foyer. Ce taux peut monter jusqu’à 30 à 45 % grâce au pilotage des appareils et à plus de 70 % si l’électricité solaire peut être stockée sous forme de chaleur (ballon d’eau chaude électrique, chauffage piscine, etc.) ou dans des batteries. Dans le secteur tertiaire ou commercial, le taux d’autoconsommation peut par contre facilement atteindre 95 % et plus, et ce sans ajout de batteries. Ceci ne signifie pas qu’une installation photovoltaïque peut couvrir tous les besoins d’un foyer ou d’une entreprise. Autoconsommation ne signifie pas autarcie énergétique. Elle ne peut qu’effacer et ”figer” une partie de la facture électrique, plus ou moins importante, pour vingt-cinq ans minimum, soit la durée de vie d’un système photovoltaïque. »
Solarwatt : optimiser grâce au pilotage des charges
Fabricant de solutions photovoltaïques plutôt haut de gamme (capteurs bi-verre et systèmes de stockage), Solarwatt propose depuis cinq ans en Allemagne et deux ans en France sa batterie MyReserve de 2,4 kWh de capacité utile. « Destinée initialement au marché résidentiel, cette batterie devrait de plus en plus se voir sur les marchés tertiaire commercial et industriel », précise Ian Bard, directeur technique et commercial de Solarwatt.
MyReserve est disposée sur le réseau de courant continu et demeure compatible avec la plupart des capteurs et onduleurs du marché. La batterie est donc vue comme un capteur PV par l’onduleur. Son intelligence lui assure l’auto-apprentissage du fonctionnement de l’onduleur et du champ PV. Objectif : être toujours chargé au moment opportun.
Cette gestion en temps réel est possible grâce au gestionnaire d’énergie EnergyManager. Il mesure, contrôle, permet de visualiser et d’optimiser l’utilisation de l’énergie solaire en fonction des besoins des appareils électroménagers. Cet équipement gère deux entrées/sorties et en option, 100 entrées/sorties. Vendu inclus à la batterie MyReserve, il sert autant à l’approche pédagogique qu’au diagnostic. Les installateurs peuvent aussi l’utiliser pour simuler la présence de batteries et de capteurs supplémentaires afin d’estimer les gains d’une extension d’installation.
Mobasolar : installer des capteurs sur tous supports
Inventeur de Terragrif (lame métallique ressort assurant l’équipotentialité de l’installation photovoltaïque) en 2011, Mobasolar propose des solutions photovoltaïques résidentielles hors toiture afin de bénéficier de réglementations plus souples : brise-soleil, support abris de vélos, table PV, suiveur deux axes au sol… « Cela nous permet d’écarter les risques d’infiltration d’eau en toiture, pour lesquels les assureurs sont très méfiants », souligne Christian Brendle, cofondateur de la PME.
Mobasolar fournit aux installateurs l’ensemble du système : supports, capteurs bi-verre, micro-onduleurs, coffrets électriques, boîtiers de communication, batteries lithium ion… « Nous avons un réseau d’une cinquantaine d’installateurs électriciens partenaires, dont certains abordent le photovoltaïque uniquement au travers de l’autoconsommation. Nous leur assurons l’étude des projets et la formation. »
Mobasolar propose également des solutions sur toiture : « Récemment, nous avons livré des équipements pour une installation de 155 kW en autoconsommation pour la toiture d’un industriel. Dans ce contexte, nous pouvons être gestionnaires de projets et maître d’œuvre avec des partenaires. Deux autres chantiers de ce type sont planifiés en 2018, en consommation directe, sans batterie. Cette intégration sur la toiture de bâtiments industriels existants pose souvent le problème de la résistance au poids de l’installation. »
Imeon Energy : l’onduleur multifonctions
Cette PME présidée par Christophe Goasguen réalise actuellement 90 % de son chiffre d’affaires hors de France, dans 70 pays : « Depuis 2013 nous proposons des onduleurs hybrides qui incluent à la fois l’architecture électronique des onduleurs on-grid dotée d’un rendement élevé et un onduleur chargeur. Cela permet une gestion plus directe et limite les pertes. En mesurant l’énergie consommée sur le réseau public, grâce à un capteur au point de livraison, l’énergie est stockée dans la batterie uniquement en cas d’excédent. Il est possible aussi de stocker dans la batterie l’énergie issue du réseau lorsqu’elle est très abordable. Cette fonction est déjà utilisée par nos clients en Grande-Bretagne. En d’autres termes, l’onduleur est prêt pour le smart grid. »
L’onduleur smart grid dispose d’un véritable ordinateur embarqué jouant le rôle de serveur Web et permettant aux différents acteurs (utilisateur, installateur…) d’accéder à distance aux informations de la machine.
L’onduleur utilise donc simultanément plusieurs sources d’énergie (photovoltaïque, batteries, réseau public) pour pallier la fluctuation de la production solaire et assurer une alimentation constante en énergie du site équipé. L’onduleur intelligent Imeon, grâce à sa fonction back-up, sécurise le fonctionnement de certains appareils lors de défaillances du réseau public. L’intelligence embarquée est capable également de gérer le cycle des batteries afin d’assurer une durée de vie bien plus longue. L’onduleur smart grid est compatible avec les batteries au plomb, lithium ion… Il suffit de choisir le type de batterie à l’installation. « Nous avons déjà validé la compatibilité avec de nombreux fabricants de batteries tels que Leclanché, Forsee Power, GS Yuasa, Pylontech, Samsung ou encore Byd. D’autres sont en test actuellement. »
L’onduleur gère aussi le pilotage des charges grâce à un contact sec à relais dans l’onduleur, mais aussi via le Wifi avec des prises commandées. Par ailleurs, il est compatible avec le protocole OCCP (Open Charge Point Protocol) pour la charge de véhicules électriques.
Eaton : un formidable gisement de batteries
« En matière de transition énergétique et pour répondre à la problématique d’intermittence des énergies renouvelables, nous apportons une série d’outils et de solutions autour du stockage d’énergie, à partir de batteries reconditionnées issues des véhicules électriques de notre partenaire Nissan », explique Jérôme Chaffard, directeur d’Eaton France.
Depuis quelques années, Eaton offre une seconde vie aux batteries embarquées sur les véhicules électriques Nissan. En effet, lorsque les batteries perdent 25 % de leur capacité, elles ne sont plus assez performantes pour la traction d’un véhicule, mais restent tout à fait à la hauteur pour un stockage sédentaire. Les blocs de cellules sont alors récupérés et testés par Nissan, puis intégrés par Eaton, avec un nouveau BMS (l’intelligence de la batterie) correspondant au nouvel usage. L’ensemble serait garanti cinq ans et devient batterie de stockage domestique à partir de 3,5 kWh de capacité. Eaton propose également de mettre en rack cette même batterie pour les besoins de bâtiments tertiaires, de data centers, de l’industrie, voire pour en faire des infrastructures de stockage à l’échelle du réseau… jusqu’à plus de 15 000 kWh de capacité. Depuis 2016, à Saint-Romain de Colbosc (Seine-Maritime) un data center green, en partie autonome en énergie, dispose de capteurs photovoltaïques et de racks incluant ces batteries. Conçu dans le cadre du projet GreenDataNet financé par la Commission européenne, ce projet est considéré comme une première européenne.
Socomec : plus de souplesse pour les micro-réseaux
L’industriel spécialiste de la protection électrique, de la gestion d’énergie et des solutions de mesure, propose cette année un système de stockage d’énergie pour micro-réseaux. Il s’agit d’une solution basée sur l’utilisation d’un convertisseur Sunsys PCS² IM, de batteries et d’armoires de contrôle-commande et de protection mettant à disposition une gamme de puissance et d’énergie dédiée aux applications micro-réseau. Ce système permet de fournir de l’électricité à une zone isolée évitant ainsi le coût de construction d’un nouveau réseau électrique. Le système diminuera également la consommation des groupes électrogènes, tout en allongeant leur durée de vie et en améliorant leur efficacité. La résilience du micro-réseau déjà existant est aussi améliorée en cas de panne.
Le système est destiné aux micro-réseaux hybrides, pour de l’électrification rurale ou en situation insulaire.
Michel Laurent
En savoir plus (liens Internet) :
ENPHASE ENERGY
HYBRID ENERGY
MONABEE
FULL HOME ENERGY
SMA
SOLARWATT
MOBASOLAR
IMEON ENERGY
EATON
SOCOMEC
LECLANCHÉ
FORSEE POWER
GS YUASA
PYLONTECH
SAMSUNG
BYD
