L’optimisation énergétique du bâtiment est une de mes spécialités
Voici par exemple ci dessous un projet d’optimisation de l’auto-consommation de la production photovoltaïque et de la consommation du chauffage.
Le cadre
Une maison traditionnelle, et une famille de 4 personnes avec 2 voitures
L’objectif, minimiser les émissions de CO2 directes et optimiser les coûts.
Pour cela les étapes suivantes ont été réalisées:
- passage de 2 voitures essence à 2 voitures électriques
- pose de 49m2 de panneaux solaires
- remplacement chaudière mazout par chaudière à pellets de bois
- optimisation de l’autoconsommation avec un “home energy management system” (HEMS) réalisé avec Home Assistant
Le solaire
Une installation solaire fin 2015 de 49m2 soit 8.5kWc, produisant en moyenne 11MWh par an
Onduleur SolarEdge interconnecté sur le cloud du fabriquant
Chaudière
Chaudière KWB EasyFire au pellets. Puissance 22kW avec stockage de pellet de 4.2 tonnes
Interconnexion de la chaudière via interface Web (cloud du fabriquant) et Modbus pour la récupération des données dans le Home Assistant
Optimisation
Le concept de l’optimisation de l’auto-consommation réside dans le fait que la différence entre le coût d’achat et de vente du courant est de l’ordre de 6ct par kWh (jour/nuit). Il est donc plus intéressant de chercher à “stocker” soi même son énergie, plutôt que de revendre le courant produit en trop à certaines heures et de devoir le racheter plus tard, ou consommer une autre forme d’énergie plus chère.
Dans cet exemple nous constatons que l’eau chaude sanitaire et le chauffage du bâtiment sont réalisé par du pellet de bois qui est environ à 22ct le kWh. Il est donc plus intéressant d’utiliser le courant électrique en trop à certaines heures pour chauffer l’eau chaude sanitaire et/ou le ballon tampon du chauffage plutôt que de revendre le courant.
La première opération consistera à enclencher le chauffage électrique de ces 2 ballons si l’excédent de production solaire dépasse la puissance consommée par ces résistances électriques.
Home Assistant a été retenu pour effectuer l’optimisation de l’auto-consommation et la réalisation de ce “solar manager” ou HEMS.
il est installé sur un Raspberry Pi 4 – 8GB RAM
Un connecteur avec la chaudière a été réalisé afin de récupérer les informations de température des ballons d’eau chaude sanitaire, du tampon de chauffage, de la temperature extérieur.
Toute la programmation est en yaml
Nous utilisons des capteurs et actionneurs Shelly pour mesurer le courant injecté vers le réseau juste avant le compteur
Nous avons également intégré l’onduleur SolarEdge dans le Home Assistant (pas forcement nécessaire)
Les données de production et de consommation sont affichées dans Home Assistant
Les corps de chauffe électrique de l’eau chaude sanitaire et du ballon tampon pour le chauffage, sont enclenchés lorsque l’injection électrique sur le réseau dépasse la puissance de ces résistances avec une première priorité sur celle de l’eau chaude.
Home assistant donne l’ordre au Shelly switch d’enclencher les relais 400V des 2 résistances. On vois en vert sur l’image précédente la plage horaire d’enclenchement du chauffe eau sanitaire lors d’un pic de production.
Optimiser en fonction des puissance requises: Dans notre exemple la résistance d’origine du chauffe eau sanitaire est de 6kW et celle du ballon tampon de 4kW.
Afin d’étaler au mieux sur la plage horaire solaire, la puissance du chauffe eau à été abaissée de 6kW à 2,16 kW en passant du mode 400V à étoile de 240V.
L’optimisation consiste à enclencher d’abord la chauffe de l’eau chaude sanitaire dès que l’excédent dépasse les 2,5kW et ensuite si l’eau chaude sanitaire a atteint sa température maximale, ou que le surplus de production total et supérieur à 6,5kW, d’enclencher la chauffe du ballon tampon .
Sur le graphe précédent par une belle journée de mars nous voyons en vert la partie de la production solaire qui a été dirigée vers l’eau chaude sanitaire et le ballon tampon du chauffage. L’excédent solaire est donc utilisé localement au lieu d’être revendu à l’opérateur réseau qui le reprendrait à 9.5ct le kWh (tarif de reprise de la Romande Energie 2022 – VD suisse).
Pour simplifier le calcul cela représente environ 5kW pendant 3 heures soit 15kWh et donc (1kg de pellet = 4,8kWh) 3kg de pellets économisés.
Notez qu’au prix du kg de pellet 2022, cette économie est nulle financièrement. Elle permet uniquement de consommer localement l’énergie produite et d’espacer un peu la périodicité du remplissage des pellets. En terme d’analyse de bilan, il est clair que l’excédent solaire utilisé de cette manière est neutre CO2 (l’installation solaire ayant déjà remboursé son propre bilan de fabrication), ce qui n’est pas le cas des pellets de bois qui ont engendré des émissions de CO2 pour l’exploitation du bois, son transport et sa transformation. Les émissions de gaz à effets de serre d’une chaudière à pellet sont les meilleurs de toutes les formes de chauffages, mais ne sont pas nuls, de l’ordre de 40 gCO2-eq par kWh de chaleur utile produite [1]
Voitures électriques
Les 2 voitures électriques sont rechargées principalement le samedi et dimanche pendant les heures 1/2 tarif et quand la production solaire est maximale.
Il est aussi possible de connecter certaines bornes de recharge directement dans le Home Assistant pour limiter la puissance de charge à celle disponible par sa production. Exemple avec les bornes easee
Autres potentiels
Il existe encore d’autres potentiels simple de stockage comme par exemple enclencher le congélateur lorsque la production solaire est excédentaire et le faire descendre à -25 degrés. Ensuite le couper totalement du réseau électrique la nuit. Selon la qualité du congélateur, il ne remontera pas au dessus de -18 avant le lendemain (prévoir les sécurités nécessaire pour un enclenchement en tarif de nuit si la durée d’alimentation du jour précédent n’a pas été suffisante)
Il est aussi possible de piloter simplement de la même manière des machines à laver, sèche-linge, pompe de piscine…
Bilan
Le bilan d’une telle optimisation peut être important. Dans cet exemple la facture d’essence est passée de 4800.- CHF par an à 0. La facture d’électricité réduite de 60%. Les frais de chauffage réduits de 40% (par rapport au mazout),…
Il faut donc analyser le bilan écologique mais aussi financier, une optimisation énergétique peu s’avérer très rentable selon les cas. Il convient pour chaque optimisation de vérifier si l’opération est rentable sur le plan économique et/ou environnemental.
Dans le cas de l’autoconsommation solaire, la conversion en chaleur (eau chaude sanitaire ou chauffage) est peu rentable financièrement, mais fait du sens sur le plan des émissions de CO2. Notez que des panneaux thermiques auraient une meilleure rentabilité financière directe sur ce point, mais avec l’inconvénient de ne pas pouvoir revendre l’excédent.
Mais ne pas oublier que toutes les autres optimisations qui déplacent des consommations électriques pendant les heures de surproduction sont forcement rentables économiquement.
Le système d’optimisation proposé permet de gérer l’ensemble de ces problématique et de rester totalement ouvert et évolutif
Solution proposée
Nous vous proposons la solution suivante:
- Audit initial de votre situation (4h environ)
- Pack Raspberry + home assistant préinstallé + kit Shelly 3EM + Shelly1 + 1x contacteur Hager
- Installation de base et formation 2h (hors électricien)
- Mise en place de l’optimisation 1 action (4h environ)
( prix sur demande )
Références
TAG: home energy management system, HEMS, solar manager, économie d’énergie,