Comment fonctionne le stockage de l'énergie dans une maison individuelle ?

L'importance croissante de l'autoconsommation d'énergie et l'évolution des systèmes de facturation aux consommateurs font du stockage de l'énergie une extension naturelle des installations photovoltaïques dans le secteur résidentiel.

Dans la pratique, il ne s'agit toutefois pas d'une simple "batterie pour la maison", mais d'un système intégré de gestion de l'énergie qui influe sur le bilan énergétique de l'ensemble de la propriété.

Dans cet article, nous expliquons comment fonctionne le stockage d'énergie dans une maison individuelle et quels sont les processus qui se déroulent dans le système au cours de son fonctionnement quotidien.

Architecture du système de stockage d'énergie

Un système de stockage d'énergie typique se compose de plusieurs éléments de base :

• Générateur PV - la source d'énergie (modules photovoltaïques),
• onduleur hybride - l'élément central qui gère le flux d'énergie,
• stockage d'énergie - généralement lithium-ion (Li-ion / LiFePO₄),
• BMS (Battery Management System) - système qui surveille le fonctionnement des cellules,
• EMS (Energy Management System) - couche d'optimisation du système,
• protection électrique et de mesure - pour la sécurité et la surveillance.

Dans les solutions proposées par les distributeurs tels que G-Volt, ces systèmes sont configurés comme des solutions complètes prêtes à être intégrées dans l'installation du client final.

Le principe du stockage d'énergie

Priorité à l'autoconsommation

L'énergie produite par l'installation photovoltaïque couvre d'abord la demande actuelle du bâtiment. La consommation directe d'énergie réduit les pertes de conversion et de transmission.

2. charger le stock d'énergie

Lorsqu'il y a un surplus de production d'énergie - généralement entre 10 heures et 15 heures - l'énergie est dirigée vers l'installation de stockage. Le processus de charge implique la conversion de l'énergie électrique en énergie chimique dans les cellules de la batterie.

3 Gestion de l'état de charge (SoC)

Le BMS surveille le niveau de charge (état de charge) et les paramètres de fonctionnement de la batterie tels que la température, les tensions et les courants.

Sur cette base, le SGE décide de poursuivre la charge ou de mettre le système en mode veille.

4 Décharger le stockage

Lorsque la production d'énergie photovoltaïque diminue - le soir ou la nuit - le stockage d'énergie décharge l'énergie stockée dans le système domestique.

L'énergie repasse par l'onduleur (CC → CA) et alimente les consommateurs du bâtiment.

5 Interaction avec le réseau électrique

En cas de pénurie d'énergie, le système prélève automatiquement de l'énergie sur le réseau électrique.

Dans le modèle de facturation nette, l'exportation d'énergie vers le réseau n'a lieu que lorsque le stockage est entièrement chargé.

Modes de fonctionnement du système

Dans la pratique, le stockage d'énergie peut fonctionner selon plusieurs modes :

• autoconsommation - maximisation de l'utilisation de sa propre énergie,
• sauvegarde (EPS / UPS) - alimentation électrique d'urgence en cas de panne de courant,
• temps d'utilisation (TOU) - optimisation des coûts énergétiques en fonction des tarifs,
• l'écrêtement des pointes - réduction de la puissance de pointe prélevée sur le réseau.

Le choix du mode de fonctionnement dépend de la configuration du système et des besoins de l'utilisateur final.

Efficacité et paramètres techniques

Efficacité du système

Le rendement total du cycle (rendement aller-retour) est généralement de

• 85-92% pour les systèmes Li-ion.

Les pertes sont principalement dues à

• la conversion AC/DC et DC/AC,
• aux pertes thermiques,
• au fonctionnement de l'électronique de commande.

Durée de vie

• 3000-8000 cycles de fonctionnement,
• Dégradation de la capacité d'environ 1 à 3 % par an.

Capacité utilisable

La capacité nominale de la batterie n'est pas entièrement disponible. Les systèmes fonctionnent généralement entre 10 et 90 % de SoC pour prolonger la durée de vie des cellules.

À quoi cela ressemble-t-il dans la pratique ?

Pour une maison unifamiliale typique :

• Installation photovoltaïque : 5-10 kWp,
• stockage d'énergie : 5-15 kWh.

Scénario d'été

• Chargement complet du stockage pendant la journée,
• couverture de la consommation du soir et de la nuit,
• apport minimal d'énergie du réseau.

Scénario d'hiver

• Chargement limité du stockage,
• dépendance accrue vis-à-vis du réseau,
• efficacité moindre de l'ensemble du système.

L'importance du stockage de l'énergie pour le marché

Du point de vue du marché des SER, les installations de stockage d'énergie

• augmentent la valeur des installations photovoltaïques
• améliorent les taux d'autoconsommation,
• répondent à l'évolution des modèles de comptabilité énergétique,
• contribuent à la stabilisation du réseau électrique.

Pour les installateurs, cela signifie

• une sélection appropriée de la capacité et de la puissance du système,
• la connaissance des configurations d'onduleurs hybrides,
• l'intégration des systèmes EMS et BMS.

En bref

Le stockage d'énergie dans une maison individuelle est un système électrique avancé conçu pour optimiser l'utilisation de l'énergie produite localement.

Le système gère le flux d'énergie entre l'installation photovoltaïque, le stockage, les consommateurs et le réseau électrique.

Dans la pratique, cela signifie une plus grande indépendance énergétique, une meilleure utilisation de l'installation photovoltaïque et la possibilité de gérer activement les coûts énergétiques.

Bibliographie

1. Agence internationale de l'énergie, Energy Storage - Tracking Report, 2023.
2. IRENA, Electricity Storage and Renewables : Costs and Markets, 2017.
3. Fraunhofer ISE, Battery Storage Systems in Residential Applications, 2022.
4. National Renewable Energy Laboratory, Battery Storage Technology Overview, 2021.
5. Polskie Sieci Elektroenergetyczne, Rapports sur le fonctionnement du système électrique, 2023.
6. Office de régulation de l'énergie, Marché de l'électricité en Pologne - rapports annuels, 2023.
7. Hesse, H. et al, Lithium-Ion Battery Storage for the Grid, 2017.
8. Luo, X. et al, Overview of current development in electrical energy storage technologies, 2015.