Le stockage de l'énergie électrique est crucial pour la transition vers un habitat durable

Explication de quatre méthodes de stockage thermique

L'introduction du compteur numérique avait pour but d'augmenter l'autoconsommation d'énergie produite de manière durable. Mais vous n'utilisez que la quantité d'énergie dont vous avez besoin et il se trouve que la plupart des gens travaillent pendant la journée. Une fois encore, il apparaît clairement que le stockage de l'énergie est le chaînon manquant de la transition actuelle. Heureusement, il existe déjà diverses solutions pour stocker l'énergie excédentaire et chacun de ces systèmes mérite son propre article. Par manque de place, nous souhaitons dans cet article vous présenter les différentes possibilités dans ce domaine afin que vous puissiez guider au mieux le client final dans son choix d'installation.

Introduction du compteur numérique

Le compteur numérique a été officiellement introduit le 1er juillet 2019. Il a d'emblée mis un terme au compteur tournant à l'envers. Ce dernier fonctionnait avec un tarif prosumer basé sur la puissance de l'onduleur au lieu de la consommation réelle. Il est important de noter que l'énergie entrante valait autant que l'énergie injectée dans le réseau. Ce n'est plus le cas avec le compteur numérique: le tarif d'injection est inférieur au tarif de consommation. C'est pourquoi cette introduction laisse un goût amer dans la bouche des propriétaires de panneaux solaires. Cependant, il y a une vision claire et nette derrière tout cela.

Pourquoi ce choix?

Le VREG qualifie l'électricité de vecteur énergétique de l'avenir. Mais cette évolution s'accompagne d'un certain nombre de défis. Outre les fluctuations actuelles des prix de l'énergie, dans nos nobles tentatives d'économie d'énergie, nous ne faisons que consommer de plus en plus d'énergie, par exemple avec les pompes à chaleur et les voitures électriques, ce qui entraîne une surcharge du réseau de distribution. Dans le même temps, la production décentralisée d'électricité par des éoliennes et des panneaux solaires entraîne une offre plus erratique, en décalage avec la consommation: alors que la consommation d'électricité connaît un pic le matin et le soir, les panneaux solaires sont plus rentables l'après-midi, ce qui entraîne un pic d'injection dans le réseau. Ce principe, selon lequel la production d'électricité suit la demande, oblige le réseau à agir comme une sorte de batterie ou de tampon et devient progressivement intenable. Il serait nettement préférable que les consommateurs puissent adapter leur consommation à la disponibilité de l'énergie et aux limites du réseau de distribution. Une révolution copernicienne, en quelque sorte, qui inclut beaucoup plus d'autoconsommation. C'est exactement ce que le compteur numérique devrait permettre de faire.

davantage d'autoconsommation

Toutes les technologies qui traitent du problème de l'énergie intermittente sont regroupées sous le nom de 'réseau intelligent'. Le compteur numérique s'inscrit dans cette logique. Un compteur numérique possède deux ports utilisateur: un pour capter les données (P1) et un qui permet la reconnaissance du dispositif (S1). Vous pouvez connecter des systèmes de gestion de l'énergie à ce port. Ils aident à utiliser l'énergie générée aussi directement que possible en contrôlant intelligemment les consommateurs tels que les lave-vaisselle et les lave-linge. Un contrôleur de réseau intelligent - un module de commande - peut être utilisé pour inclure ces types d'appareils ménagers ordinaires dans un système de réseau intelligent et les activer aux moments qui conviennent le mieux au réseau intelligent, tout en restant dans la zone de confort de l'utilisateur. Deux conditions doivent être remplies: les appareils doivent exécuter un programme limité dans le temps et le programme doit se poursuivre automatiquement si le courant est rétabli après une coupure. L'optimisation de l'autoconsommation fait une grande différence sur les factures d'électricité.

Cela devient encore plus intéressant lorsque les systèmes de chauffage qui consomment de l'électricité (chaudières électriques, pompes à chaleur, chaudières à pompe à chaleur et tampons de stockage multi-énergie) sont également inclus dans ce réseau intelligent et sont connectés aux panneaux PV. Car c'est là que l'on peut commencer à penser au stockage thermique de l'énergie excédentaire en la stockant sous forme de chaleur solaire pour une utilisation ultérieure. En cas de surproduction d'électricité, par exemple, la pompe à chaleur fait passer le réservoir d'eau chaude sanitaire à une température plus élevée.

Stockage thermique

Bien sûr, il y a des limites à la quantité d'énergie que vous pouvez utiliser vous-même. D'où l'importance du stockage. On pense immédiatement à une batterie domestique. Mais cette dernière a un long temps de récupération. Selon la capacité, l'investissement initial peut atteindre 10.000 euros. En revanche, les dispositifs déjà installés peuvent entrer en ligne de compte pour le stockage thermique.  Et si la maison est équipée d'une pompe à chaleur, l'efficacité ou le COP de l'appareil joue également un rôle. Dans une batterie, vous pouvez stocker maximum 100% de l'énergie produite. Avec une pompe à chaleur, ce chiffre est beaucoup plus élevé. Dans ce qui suit, nous examinons un certain nombre de possibilités pour convertir l'énergie solaire en chaleur solaire. Nous n'aborderons pas la géothermie car le stockage de l'énergie sur le côté primaire de la pompe à chaleur géothermique en combinaison avec des panneaux photovoltaïques se fait principalement dans des applications industrielles, or nous nous concentrons sur les bâtiments résidentiels.

Résistance électrique

L'un des moyens les plus simples pour le stockage thermique consiste à installer un module de résistance électrique modulable. Il communique avec les panneaux photovoltaïques et se compose par ailleurs d'un gestionnaire d'énergie (monophasé/triphasé) et d'une résistance électrique, à connecter au ballon d'eau chaude sanitaire. La tâche du gestionnaire de l'énergie est de mesurer en permanence l'énergie produite et consommée. L'élément chauffant ne doit consommer que le courant excédentaire.

chauffe-eau thermodynamique

Les chauffe-eau thermodynamique, avec pompe à chaleur, sont utilisées exclusivement pour chauffer l'eau domestique. En termes d'économies, les possibilités sont nombreuses: plus de 40% de l'eau consommée est chauffée pour la douche, la vaisselle ... ce qui signifie que jusqu'à 15% de la facture énergétique sert à chauffer cette eau. Le tableau ci-dessous compare les consommations sanitaires en euros. Nous supposons une consommation moyenne de 50 litres par personne et par jour à 50 °C et de l'eau froide (10 °C).

Fonctionnement normal

Les chauffe-eau thermodynamiques ont généralement une température maximale d'environ 60 °C. Pour une température de stockage plus élevée, on utilise une résistance auxiliaire interne. Ils utilisent un module de pompe à chaleur (généralement intégré à l'appareil) et fonctionnent donc comme une pompe à chaleur air-eau. Cette opération est désormais bien connue. En bref, l'énergie thermique de l'air va chauffer le réfrigérant liquide dans la chaudière de la pompe à chaleur. Le compresseur de l'installation augmente la pression du réfrigérant, de sorte que celui-ci devient encore plus chaud et passe à l'état gazeux. La chaleur de ce gaz est transférée à l'eau dans le réservoir de stockage. Une fois que le gaz est refroidi, le cycle peut recommencer.

Fonctionnement intelligent

Comme une pompe à chaleur, le chauffe-eau thermodynamique tire jusqu'à ¾ de son énergie pour le chauffage de l'eau sanitaire de l'air ambiant. Le reste provient de l'électricité. Mais aujourd'hui, la plupart des chaudières à pompe à chaleur peuvent être raccordées à une prise 'Smart Grid Ready'. C'est hautement recommandé. Ce raccordement à des panneaux photovoltaïques et à un système de gestion de l'énergie fournit de l'eau chaude gratuite jusqu'à 70% de l'année. En cas de débordement, le système de gestion de l'énergie recourt au chauffe-eau thermodynamique, si bien que le chauffe-eau est porté à une plus haute température. En fonction des raccordements et de la présence éventuelle d'un échangeur de chaleur, il existe cinq possibilités de configuration:

• pompe à chaleur avec résistance électrique (= fonctionnement normal)
• pompe à chaleur couplée à des panneaux photovoltaïques
• pompe à chaleur couplée à des panneaux photovoltaïques et chauffage d'appoint via la chaudière
• pompe à chaleur et chauffage d'appoint via des capteurs solaires
• pompe à chaleur et chauffage d'appoint via la chaudière.

Avantages et inconvénients

Par rapport à une chaudière électrique, le rendement d'une chaudière à pompe à chaleur est jusqu'à 3,5 fois supérieur. Cela est compensé par un prix d'achat plus élevé, mais l'investissement est récupéré en cinq ans. Pour une chaudière électrique, cela prend beaucoup plus de temps. Un avantage supplémentaire, notamment dans le cadre du nouveau tarif capacitaire qui sera introduit, est que les pics de puissance restent limités, car la puissance du compresseur électrique est assez faible. En outre, le chauffe-eau thermodynamique peut être combiné à de nombreux autres appareils (voir les options de configuration) et émet deux fois moins de CO₂ qu'un chauffe-eau raccordé à une chaudière à gaz ou à mazout. Il faut savoir qu'un chauffe-eau thermodynamique prend plus de place qu'un chauffe-eau électrique et que les pièces de moins de 20 m³ doivent être équipées de conduits d'air. Pour vous, en tant qu'installateur, il s'agit principalement d'installer correctement les appareils et de réaliser une analyse coûts-avantages correcte.

Pompe à chaleur

Une grande partie de ce qui a été dit à propos de la chaudière à pompe à chaleur s'applique également à la pompe à chaleur. La principale différence entre les deux est que la chaleur produite par une pompe à chaleur peut également être utilisée pour le chauffage, et pas seulement pour l'eau chaude sanitaire. Le principe de fonctionnement est par ailleurs le même, et tout comme le chauffe-eau thermodynamique, la pompe à chaleur peut également être équipée d'un contact 'Smart Grid Ready', avec toutes les possibilités associées pour mieux répondre à la production des panneaux solaires. Dès qu'il reçoit le signal que les panneaux solaires produisent de l'énergie, le système de gestion de l'énergie va essayer d'utiliser lui-même cette énergie autant que possible. Là encore, le trop-plein peut être utilisé pour augmenter la température tampon de l'eau, cette fois pour le chauffage par le sol par exemple. Cela permet à la pompe à chaleur de s'éteindre ensuite pendant une période plus longue, de sorte que la période pendant laquelle les panneaux solaires ne fournissent pas d'énergie peut facilement être comblée.

Phase Change Materials (PCM)

Certains dispositifs fonctionnent différemment, notamment sur la base de matériaux à changement de phase. Il s'agit de matériaux dans lesquels la transition de phase du solide au liquide (et vice versa) est utilisée pour absorber et libérer de la chaleur ou du froid. Ce genre de changement de phase est infini, ne présente aucune perte de rendement au fil des ans et assure une densité énergétique extrêmement élevée. Cela se traduit par une réduction de l'espace nécessaire.

fonctionnement

C'est souvent du sel inorganique qui fait office de PCM. En chauffant ce sel, il devient liquide à une certaine température (par exemple 58 °C). Lorsque cette chaleur stockée est libérée, par exemple lorsque l'on tire l'eau (chaude) du robinet, le sel cristallise à nouveau (refroidit). L'énergie thermique libérée dans ce processus est transférée aux échangeurs de chaleur remplis d'eau. Ces dispositifs constituent donc une excellente alternative aux chauffe-eau classiques et font office de stations de recharge thermique: ils convertissent directement l'électricité en chaleur et la stockent pour la fourniture d'eau chaude. En outre, ils peuvent être combinés à d'autres systèmes, comme une pompe à chaleur, afin de renforcer la production d'eau chaude pour un réseau à basse température. La pompe à chaleur fournit alors la température primaire basse.

raccordement

Comme vous êtes peut-être moins familier avec ce type de dispositif, nous allons examiner de plus près le raccordement. Pour le raccordement de l'eau: vous raccordez l'appareil au raccordement d'eau froide du robinet. Comme il s'agit de chauffe-eau instantanés, ils transfèrent leur chaleur à l'eau froide par le biais de la tuyauterie/échangeur interne. Sur le plan électrique, cela peut se faire via un raccordement électrique standard (1 phase, max. 2,8 kW et 230 V). En combinaison avec les panneaux PV, il est conseillé d'installer un déviateur de puissance. Cela permet de rediriger la surintensité vers la station de charge thermique qui, dans ce cas, peut être chargée avec une puissance inférieure (min. 200 W), notamment les jours où le rendement des panneaux PV est suffisant pour faire fonctionner d'autres appareils consommateurs d'énergie.

Avec la collaboration de Vaillant et Flamco