Quand l’énergie devient gratuite

Avec une pompe à chaleur, un ballon thermodynamique et une voiture électrique, une maison peut devenir une véritable petite centrale énergétique. Exemple concret avec trois occupants et 6 kWc de panneaux photovoltaïques.

Et si la voiture électrique devenait l’une des meilleures alliées des panneaux solaires ? 

Dans une maison de trois personnes, équipée d’une pompe à chaleur, d’un ballon d’eau chaude thermodynamique et d’une voiture électrique, l’électricité occupe désormais une place centrale dans les usages quotidiens. Chauffage, eau chaude, mobilité, électroménager, une part croissante des besoins du foyer repose sur le réseau et sa fiabilité.

Dans ce contexte, produire une partie de cette énergie directement sur son toit prend tout son sens. Mais installer des panneaux photovoltaïques ne consiste pas simplement à produire des kilowattheures. Le véritable enjeu est de réussir à consommer cette énergie au moment où elle est produite. C’est précisément ce que permet une installation bien pensée.

Prenons le cas d’un foyer de trois personnes vivant dans une maison chauffée par une pompe à chaleur de 6 kW, équipée d’un ballon thermodynamique et utilisant une voiture électrique dotée d’une batterie de 57 kWh. La voiture parcourt environ 30 kilomètres par jour et reste stationnée à domicile pendant la journée. Sur le toit, 6 kWc de panneaux photovoltaïques produisent l’électricité. À première vue, la configuration paraît simple. Dans les faits, elle ouvre la porte à une véritable stratégie de gestion de l’énergie.

Une maison qui consomme de plus en plus d’électricité

Il y a encore quelques années, l’électricité d’un logement servait principalement à l’éclairage, à la cuisson et aux appareils électroménagers. Aujourd’hui, les choses ont changé. La pompe à chaleur remplace progressivement certaines chaudières fossiles. Le chauffe-eau thermodynamique utilise l’électricité pour produire l’eau chaude. Et la voiture électrique transfère une partie de la consommation d’énergie liée aux déplacements vers le réseau électrique. Notre maison fictive, avec ses trois occupants, illustre parfaitement cette évolution.

En dehors du chauffage et de l’eau chaude, on peut estimer la consommation courante du logement autour de 2 000 à 2 500 kWh par an. Réfrigérateur, congélateur, lave-linge, lave-vaisselle, cuisson, éclairage, télévision, informatique et différents appareils domestiques constituent le socle permanent de la consommation.

À cela s’ajoute l’eau chaude. Pour trois personnes, un ballon thermodynamique peut représenter environ 700 à 1 200 kWh d’électricité par an, selon le modèle, la température de consigne et les habitudes de consommation. Ce chiffre reste inférieur à celui d’un ballon électrique classique, grâce au principe de fonctionnement de la pompe à chaleur intégrée au système.

Vient ensuite le chauffage. Une pompe à chaleur affichant une puissance de 6 kW ne consomme évidemment pas 6 kWh d’électricité chaque heure pendant toute l’année. Cette puissance correspond à sa capacité à fournir de la chaleur. Sa consommation électrique réelle dépend de la température extérieure, de l’isolation du logement, du système de chauffage et de son rendement.

Pour une maison correctement isolée, une consommation annuelle de l’ordre de 2 000 à 2 500 kWh peut constituer un ordre de grandeur raisonnable, mais seule la consommation réelle de la maison permettrait de connaître précisément le besoin. Enfin, il faut ajouter la voiture.

30 kilomètres par jour, une consommation automobile finalement modérée

La voiture de notre foyer dispose d’une batterie de 57 kWh. Cette capacité impressionnante pourrait laisser penser qu’elle représente une consommation électrique considérable. Mais la capacité de la batterie ne doit pas être confondue avec la consommation quotidienne. Avec une consommation moyenne comprise entre 17 et 20 kWh pour 100 kilomètres, parcourir 30 kilomètres demande environ 5 à 6 kWh d’énergie, soit 0.16 KWh par kilomètre. Sur une année complète, cela représente environ 1 800 à 2 200 kWh. En ajoutant les pertes liées à la recharge, la consommation électrique réellement prélevée pour la voiture peut être estimée autour de 2 000 à 2 300 kWh par an.

Autrement dit, cette voiture ne nécessite absolument pas de recharger chaque jour sa batterie de 57 kWh. Pour 30 kilomètres quotidiens, quelques heures de recharge suffisent largement. Et c’est là que le profil de notre foyer devient particulièrement intéressant, la voiture est présente à la maison pendant la journée. Cette caractéristique permet d'utiliser directement une partie de l'électricité produite par les panneaux.

Le toit devient une centrale électrique

Avec 6 kWc de panneaux photovoltaïques, la maison dispose d’une capacité de production significative. La production annuelle dépend de nombreux facteurs, orientation et inclinaison du toit, région, ombrage, température et qualité de l'installation. Dans de bonnes conditions, une installation de cette puissance peut produire plusieurs milliers de kilowattheures par an. Dans la région du Aura, une hypothèse autour de 6 000 à 7 000 kWh annuels peut servir d'ordre de grandeur pour une installation correctement orientée.

Prenons 6 500 kWh pour notre scénario.

Cette production est à comparer avec les besoins de la maison et de la voiture. En additionnant la consommation courante du logement, l’eau chaude, le chauffage et la voiture, notre foyer peut atteindre environ 7 000 à 8 000 kWh d’électricité consommée chaque année. Les chiffres sont donc du même ordre de grandeur. Mais attention, cela ne signifie pas que la maison peut fonctionner sans réseau électrique, car le soleil ne produit pas de l'électricité au moment où nous en avons forcément besoin.

Le paradoxe du solaire, beaucoup d'énergie quand on en consomme parfois peu

C'est probablement l'une des notions les plus importantes à comprendre lorsqu'on parle de photovoltaïque. À midi, un jour d'été, les panneaux peuvent produire plusieurs kilowattheures en une seule heure. Pourtant, les occupants de la maison peuvent être absents, le lave-linge peut être arrêté, la voiture peut être déjà chargée et le ballon d'eau chaude peut avoir atteint sa température. À l'inverse, le soir, lorsque toute la famille rentre, que les appareils sont allumés, que la cuisine fonctionne et que la voiture doit éventuellement être rechargée, les panneaux produisent peu ou plus du tout. La question n'est donc pas uniquement, « Combien mes panneaux produisent-ils ? » Elle devient, « Combien de cette production puis-je utiliser directement ? » C'est ce que l'on appelle l'autoconsommation. Et notre maison dispose justement de plusieurs équipements capables d'absorber cette production.

Le ballon d'eau chaude, première batterie de la maison

Le ballon thermodynamique peut jouer un rôle beaucoup plus important qu'il n'y paraît. L'eau chaude peut être produite à différents moments de la journée. Il est donc possible de programmer le fonctionnement du ballon afin de privilégier les heures de production solaire. Lorsque les panneaux produisent un surplus, celui-ci peut être utilisé pour chauffer l'eau. L'énergie solaire est alors stockée sous forme de chaleur. Ce principe est particulièrement intéressant parce qu'il permet de stocker de l'énergie sans installer de batterie électrique. Le ballon devient ainsi une sorte de « batterie thermique ». L'eau chaude produite pendant les heures de soleil peut être utilisée plusieurs heures plus tard, lorsque la production photovoltaïque a diminué. Cette stratégie paraît simple, mais elle permet d'augmenter sensiblement la part de l'électricité solaire consommée directement sur place.

Et si la voiture devenait la deuxième batterie ?

C'est ici que la voiture électrique change véritablement la logique du système. Avec ses 57 kWh de capacité, la batterie de la voiture représente un stockage d'énergie beaucoup plus important qu'une petite batterie domestique. Bien entendu, son rôle premier reste de faire rouler la voiture. Il ne s'agit pas de vider sa batterie chaque soir pour alimenter la maison. Mais elle constitue un formidable réservoir pour l'électricité solaire lorsqu'elle est stationnée.

Dans notre exemple, la voiture ne parcourt que 30 kilomètres par jour. Elle a donc besoin d'environ 5 à 6 kWh quotidiennement. Si elle est branchée pendant la journée, une borne intelligente peut adapter la puissance de recharge à la production solaire. Imaginons une matinée ensoleillée. Les panneaux commencent à produire. La maison consomme une partie de l'énergie. Le surplus peut alors être envoyé vers la voiture. Lorsque la production augmente à la mi-journée, la puissance de recharge peut augmenter. Si un nuage passe et que la production chute, la borne peut réduire automatiquement la recharge. L'objectif est simple, faire correspondre la recharge de la voiture à la production solaire. Avec seulement 30 kilomètres à parcourir chaque jour, quelques kilowattheures solaires peuvent suffire à couvrir les besoins quotidiens.

La pompe à chaleur peut elle aussi être pilotée

Le chauffage est plus complexe. En hiver, précisément au moment où la pompe à chaleur peut fonctionner plusieurs heures par jour, la production photovoltaïque est plus faible. Il serait donc illusoire de penser que 6 kWc de panneaux permettront de chauffer intégralement la maison pendant toutes les journées hivernales. Le réseau restera nécessaire. En revanche, lorsque les conditions sont favorables, la production solaire peut contribuer au fonctionnement de la pompe à chaleur. La maison elle-même possède une certaine inertie thermique. Il peut donc être intéressant, dans certaines limites, de faire fonctionner davantage la pompe à chaleur pendant les heures de production solaire plutôt que de concentrer toute la consommation en soirée. Il ne s'agit pas de chauffer inutilement la maison, mais de déplacer une partie de la consommation vers les heures où l'électricité est produite sur place.

Une journée d'été presque autonome ?

Imaginons maintenant une belle journée de juillet. Le soleil se lève et les panneaux commencent à produire. La maison consomme quelques centaines de watts. Puis la production augmente. Le ballon thermodynamique se met en fonctionnement. Plus tard, la voiture est branchée. La borne intelligente détecte le surplus disponible et commence à la charger. À midi, les panneaux produisent fortement. La maison, le ballon et la voiture absorbent une grande partie de cette énergie. Si la production dépasse les besoins, le surplus est envoyé vers le réseau ou éventuellement stocké dans une batterie domestique si le logement en possède une. Le soir, la production solaire diminue. La voiture a déjà récupéré une grande partie des 5 à 6 kWh nécessaires à ses déplacements. Le ballon possède son stock d'eau chaude. La maison recommence à utiliser davantage le réseau.

Cette journée illustre un principe essentiel, la meilleure énergie solaire est souvent celle que l'on consomme directement au moment où elle est produite.

La batterie domestique, utile, mais pas forcément indispensable

Face à ce type d'installation, une question revient rapidement, faut-il ajouter une batterie domestique ? La réponse dépend du profil de consommation. Une batterie de 5, 10 ou 15 kWh permet de stocker une partie du surplus produit pendant la journée et de le restituer le soir. Mais dans notre maison, plusieurs équipements remplissent déjà partiellement cette fonction. Le ballon stocke de la chaleur. La maison peut stocker de l'énergie sous forme d'inertie thermique. La voiture stocke de l'électricité dans sa batterie. La pompe à chaleur peut être pilotée.

Avant d'investir plusieurs milliers d'euros dans une batterie domestique, il peut donc être pertinent d'optimiser ces usages. Une batterie peut ensuite compléter le dispositif lorsque le surplus reste important. Elle devient particulièrement intéressante lorsque la maison produit régulièrement beaucoup plus d'électricité que ce qu'elle peut consommer directement pendant la journée.

Le véritable enjeu, piloter plutôt que simplement produire

Cette maison montre l'évolution du modèle énergétique résidentiel. Pendant longtemps, on installait des panneaux photovoltaïques avec une logique relativement simple, produire de l'électricité et vendre le surplus. Aujourd'hui, avec la multiplication des équipements électriques, une autre approche devient possible. Le logement peut devenir un système énergétique piloté. Lorsque le soleil brille, l'énergie peut être répartie automatiquement entre les différents consommateurs. Priorité à la maison. Puis au ballon d'eau chaude. Puis à la voiture. Puis éventuellement à une batterie. Le système peut également tenir compte des besoins prévus pour les prochaines heures.

Une borne de recharge intelligente peut par exemple décider de charger lentement la voiture pendant plusieurs heures plutôt que de la recharger immédiatement à pleine puissance. Cette différence est fondamentale. Une borne classique répond à une demande, « recharge la voiture ». Une borne intelligente répond à une stratégie, « recharge la voiture lorsque l'énergie solaire est disponible ».

Une consommation annuelle qui approche la production solaire

Revenons aux chiffres. Dans notre exemple, la consommation annuelle pourrait se situer autour de 2 000 à 2 500 kWh pour les usages domestiques, 700 à 1 200 kWh pour le ballon thermodynamique, environ 2 200 kWh pour le chauffage, et 2 000 à 2 300 kWh pour la voiture.

Le total se situe donc autour de 7 000 à 8 200 kWh par an. Face à cela, les 6 kWc de panneaux peuvent produire de l'ordre de 6 000 à 7 000 kWh par an, selon les conditions d'installation. La production photovoltaïque ne couvre donc pas nécessairement la totalité des besoins annuels.

Mais cette comparaison annuelle masque une réalité plus intéressante, une grande partie des consommations peut être déplacée vers les heures de production. C'est précisément ce qui augmente la valeur de chaque kilowattheure solaire produit.

Une maison qui devient progressivement son propre fournisseur d'énergie

Dans cette configuration, le photovoltaïque ne doit pas être considéré comme un simple équipement installé sur le toit. Il devient le cœur d'un système plus vaste. Les panneaux produisent. Le ballon thermodynamique stocke de la chaleur. La pompe à chaleur transforme l'électricité en chauffage. La voiture stocke plusieurs dizaines de kilowattheures pour les déplacements. La maison consomme une partie de l'électricité immédiatement. Le réseau complète lorsque la production est insuffisante. Et une éventuelle batterie domestique peut absorber le surplus restant. Cette organisation permet de rapprocher les moments de production et les moments de consommation. C'est là que réside probablement l'un des principaux intérêts du photovoltaïque résidentiel moderne.

Le soleil, la maison et la voiture dans un même système

Dans notre exemple, le foyer de trois personnes n'a pas besoin d'une installation photovoltaïque gigantesque.

Avec 6 kWc de panneaux, une pompe à chaleur de 6 kW, un ballon thermodynamique et une voiture électrique de 57 kWh parcourant 30 kilomètres par jour, le potentiel d'autoconsommation est déjà important. La présence de la voiture pendant la journée constitue un avantage majeur. Elle permet de transformer une partie de l'électricité solaire en kilomètres parcourus plutôt qu'en électricité injectée sur le réseau. Le ballon thermodynamique apporte une deuxième possibilité de stockage, cette fois sous forme de chaleur. La pompe à chaleur et les équipements domestiques peuvent également être pilotés pour déplacer une partie de leur consommation. Dans ce contexte, la batterie domestique n'est pas forcément la première réponse.

Avant de stocker l'électricité, il est souvent pertinent de chercher à la consommer directement. La véritable révolution se situe donc moins dans la multiplication des batteries que dans la capacité à coordonner les différents usages. Demain, une maison ne sera peut-être plus simplement un lieu où l'on consomme de l'énergie. Elle pourra produire son électricité, chauffer son eau, chauffer ses pièces, recharger sa voiture et gérer automatiquement ses consommations en fonction de la production solaire. Et dans cette maison, le toit, le ballon d'eau chaude, la pompe à chaleur et la voiture ne seront plus quatre équipements indépendants.