Analyse des données électriques et du stockage batterie pour une maison avec photovoltaïque

Introduction

Dans un contexte où les prix de l'énergie fluctuent fortement, le stockage par batterie devient une question importante pour optimiser l'utilisation de l'énergie solaire. Mais quelle est la capacité optimale de batterie à installer dans une maison pour être efficace ? Cet article présente une analyse basée sur des données réelles pour éclairer cette question bien que cela doive se limiter au cas particulier présenté.

Tout commence avec l'analyse des données électriques collectées sur l'année 2024, grâce au datalog de l'onduleur next3 de Studer Innotec (note : un datalog qui est fabuleux avec les moyennes, les min-max de toutes les minutes de toutes les grandeurs électriques du système ! C’est sans équivalent chez la concurrence !). Les questions suivantes se sont posées et seront explorées dans cette analyse :

• Quel sera l'impact des tarifs 2025 sur le système actuel ?
• Combien de batteries supplémentaires seraient nécessaires pour améliorer significativement l'autonomie ?
• Avec la baisse inéluctable de la reprise solaire, le stockage devient-il plus intéressant ?

Analyse des données 2024

Production et consommation électrique

L'installation solaire de 9,5 kWc avec 10kWh de batterie a produit les données suivantes en 2024 :

• Production horaire, quotidienne et mensuelle : Diverses représentation pour observer la saisonnalité et les variations des conditions météorologiques.

• Consommation horaire et quotidienne : Marquée par un pic en hiver, lié à l'utilisation du chauffage et de l'eau chaude sanitaire (ECS).

Malgré une surproduction solaire annuelle, 64 % des besoins énergétiques de la maison ont été couverts par le solaire grâce à l'autoconsommation et au stockage. La maison à énergie positive (ici deux fois plus de production que de consommation), n’est pas la maison autonome : excédent en été et manque en hiver.

Le diagramme de flux ci-dessous donne l’image de ce qui se passe globalement:

Les indicateurs clés trouvés sont:

• Taux d'autarcie/d’autonomie (autonomie énergétique) : 64 % sur l'année.
• Taux d'autoconsommation (utilisation directe de la production solaire) : 35 %.
• Apport de la batterie : 33% de la consommation solaire provient de l'énergie solaire stockée. À noter : En hiver, la batterie est souvent vide faute de production suffisante, tandis qu'en été, elle atteint rapidement sa pleine charge.
• Indice énergétique de la maison : ~12 kWh/m²/an pour le chauffage et l’ECS  (eau chaude sanitaire), grâce notamment à une pompe à chaleur (PAC)  connectée à la sortie AC-Flex de l'onduleur. Note : AC-Flex une sortie de l’onduleur next3 sur laquelle une part des charges peuvent être branchées (ici la PAC) et ainsi il est possible de monitorer de manière séparée la consommation pour le chauffage et l’ECS.

Le cycle annuel des indicateurs taux d’autoconsommation et taux d’autarcie est représenté sur des diagrammes polaires côte à côte:

Ceux-ci permettent de déjà tirer des conclusions sur le stockage nécessaire en sus comme cela sera vu plus bas.

Impact des tarifs 2025 et scénarios futurs

Évolution des prix

Le scénario tarifaire envisagé est une baisse progressive du prix de reprise solaire (jusqu’au 4.6ct/kWh de plancher fixé dans le Mantelerlass) tandis que les coûts d'achat énergétique restent à 25 ct/kWh. Même si les prix du marché ont rebaissé depuis 22, l’achat d’énergie est simplement laissé à 25ct pour ne pas trop tirer des plans sur la comète: un peu simpliste mais c’était juste pour voir ce que ça donnerait avec l’écart entre les deux prix qui s’accentue.

L’abonnement est passé de 10.87CHF/mois en 2022 à 10.84CHF/mois les années suivante. Ce deuxième chiffre est gardé pour les années à venir.

Cela permet de calculer les factures en considérant les mêmes bilans qu’en 2024  :

Factures annuelles:

• 2024 : Facture négative de - 600 CHF.
• 2025 : Gain réduit de 400CHF avec une facture négative à - 200 CHF.
• 2027 : Retour à des factures positives.

Voici le gain chaque année comparé au cas sans installation solaire où toute l’énergie serait achetée au réseau.

L'intégrale de cette courbe donne le montant qui rembourse l'installation solaire+stockage.

La simulation

Les données de production et consommation ci-dessus sont exportées et réutilisées avec une modélisation du système batterie. Ainsi il est possible de jouer des scénarios avec des tailles différentes de batteries allant du cas sans batterie (0kWh) à 6 batteries de 5kWh soit 30kWh.

L’autonomie et l’autoconsommation commencent à plafonner dès 10kWh.

Les quantités d’énergies achetées et vendues étant connues, cela permet de simuler maintenant les factures pour les différents cas. En commençant simplement avec les tarifs 2025 :

Aujourd’hui,10kWh sont installé dans le système, donc ajouter une batterie de plus ferait gagner 40CHF supplémentaire dans l’année.

Chaque batterie supplémentaire apporte un gain décroissant.

Avec l’écart de prix entre achat et revente grandissant, les batteries ont plus d’effet et deviennent plus intéressantes.

En effet, l’autarcie atteignant déjà 100% tout l’été, dans cette période une batterie supplémentaire ne sert à rien puisque qu’il n’y a déjà pas assez de conso la nuit pour vider celles déjà installées. Cela se voit bien sur l’état de charge de batterie qui ne descend pas au seuil bas en été. A l’inverse durant l’hiver les batteries sont vides et il n’y a pas assez d’énergie solaire la journée pour remplir celles déjà présente.

Cela aurait pu se déduire des deux figures donnée plus haut du taux d’autarcie et du taux d’autoconsommation

Il n’y a donc qu’aux entre-saisons, quand il y a une consommation importante (chauffage) et encore du solaire en quantité, que les batteries supplémentaires sont utiles. Mais ces périodes sont courtes dans cette exemple.

Conclusion

L’analyse des données électriques d’une année d’une maison et les réponses aux trois questions posée en introduction sont:

• le même profil de consommation avec les tarifs 2025 -->+400CHF
• plus de batterie? --> 1 batterie de 5kWh pour passer de 64% à 70% d’autonomie, deux pour monter à 72%
• effet de la baisse inéluctable de la reprise solaire -->l’intérêt de la batterie augmente mais l’effet est limité car dans ce cas précis l’autonomie approche déjà dans la phase de plafonnement.

Une capacité de batterie de 10 kWh couvre donc déjà bien les besoins de base. Un prochain investissement pour augmenter la production hivernale serait mieux ciblé. Par exemple un système plug&play (600W autorisé) sur le balcon au sud aura plus d’effet pour l’autarcie en hiver qu’un module de batterie supplémentaire.

L'énergie solaire et le stockage par batterie offrent des avantages indéniables pour réduire les factures énergétiques et accélérer la transition écologique. Cependant, ces technologies doivent être utilisées à bon escient, avec intelligence et sobriété. Plus de batterie n'est pas une réponse universelle, les surdimensionnements sont mauvais pour le porte-monnaie et pour l’environnement. Le chiffre donnée de 10kWh est un bon compromis pour la maison étudiée qui a tout un pan de toit solaire au sud, qui est située à 1000m d'altitude (=neige) et qui a une consommation électrique assez raisonnable. Il ne faudrait pas généraliser trop hâtivement.

Pour la suite

Les scénarios tarifaires vont complètement évoluer et ce petit pointage sera à mon avis rapidement insuffisant.Il a néanmoins l’avantage de chiffrer le business case dans les conditions d’aujourd’hui.

D'autres aspects vont entrer en compte : tarification dynamique, participation à la réserve des réseaux, etc... Une gestion adaptée aux nouvelles règles du marché sera cruciale pour optimiser l'utilisation des systèmes solaires avec stockage dans les années à venir.