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Le solaire photovoltaïque et le problème du stockage électrique individuel

Le solaire photovoltaïque et le problème du stockage électrique individuel

Aujourd’hui, on parle beaucoup d’énergie solaire. L’énergie solaire est une énergie d’avenir, puissante, infinie. L’énergie éolienne, elle-même dérivée du solaire, est une énergie puissante également. Les énergies renouvelables sont aujourd’hui les seules énergies vers lesquelles se diriger pour répondre à l’urgence climatique et/ou vivre en relation avec son environnement. Les énergies fossiles, le nucléaire, si elles constituent des solutions viables à court terme ne peuvent être envisagées à long terme !

L’hydroélectricité ou la biomasse sont des solutions vertes à développer mais ces techniques ne constituent pas des solutions individuelles. Il est bien évidemment possible d’avoir une pico-centrale hydroélectrique ou station de conversion de la biomasse mais ces solutions sont tout de même peu développées et potentiellement très onéreuses.

Pour le cas individuel (en autoconsommation), les technologies solaires ou éoliennes sont plus à même de répondre aux besoins d’une famille. Mais le solaire, comme l’éolien, pose un problème : ce sont des énergies dites intermittentes qui ne peuvent fonctionner tout le temps (nuit, nuages, pas de vent…). Le stockage de ces énergies devient alors le nerf de la guerre ! Pour pouvoir utiliser le soir, l’énergie potentiellement accumulée la journée, des solutions de stockage sont obligatoires !

Les solutions de stockage actuelles

Le stockage « solide »

Il est important de savoir que la première source de stockage, c’est le stockage d’énergie sous forme solide : le fioul (pétrole), le gaz, le charbon sont des formes d’énergie « prêtes à l’emploi ». Il « suffit » de les brûler… Mais ces énergies fossiles, même si elles sont un avantages pour ce qui est du stockage d’énergie, cumulent tellement d’inconvénients qu’il serait illusoire de croire que c’est une bonne chose. En revanche, le bois fonctionne de la même manière. Appartenant à la biomasse, le bois est une énergie polyvalente, permettant la création de chaleur comme d’électricité lorsqu’elle est brûlée, et complètement renouvelable (à l’échelle de la vie d’un homme, contrairement aux énergies fossiles). Lorsque l’on stocke chez soi, dans son jardin, 1 stère de bois, on stocke autant d’énergie parallèle ! Mais cette manière de stocker de l’énergie n’est pas utilisable pour stocker de l’électricité, pas directement du moins…

reserve_bois

Le bois constitue une réserve d’énergie…

Le stockage calorique

A noter également le stockage calorique auquel on a souvent recours lorsque l’on chauffe l’eau d’un cumulus par exemple (via un CESI, CETI ou « simple » cumulus électrique). L’eau froide convertie en eau chaude est une manière de stocker l’énergie !

Le ballon solaire dans son intégralité

Une réserve d’eau chaude…

Le volant d’inertie

Le principe du volant d’inertie est simple. Il s’agit tout simplement du plus vieux système de stockage électrique utilisé. Déjà, la machine à vapeur l’utilisait. Une masse plus ou moins importante est entraînée par un moteur électrique ; plus elle prend de vitesse, plus elle acquiert d’énergie cinétique. Un voiture lancée rapidement acquiert un certaine vitesse, convertible également en énergie.

Une machine à vapeur

Une machine à vapeur

Il s’agit du stockage d’énergie sous forme inertielle. Même si cette technologie (équipant 99% des moyens de stockage électrique de masse du monde) appartient au stockage électrique de masse, cette méthode pourrait être développée à titre individuel et l’est dans de rares cas de maisons isolées du réseau électrique. Par exemple, on peut imaginer une application individuelle (existante dans quelques cas particuliers) pour le cas suivant : l’eau, en chutant et dévalant une pente prend de la vitesse (énergie cinétique) et peut alors alimenter un alternateur… Une pico-centrale hydroélectrique ! L’énergie cinétique peut permettre de stocker une faible quantité d’énergie et palier à des faiblesses du réseau ou de courts dysfonctionnements.

Le stockage électrochimique par hydrogène (H2)

C’est le principe de la pile à combustible à hydrogène. Dans un premier temps, on extrait de l’hydrogène (non présent directement sur Terre) de l’eau (H2O) par exemple. Celui-ci est alors stocké. Ensuite, lorsque le besoin d’électricité se fait sentir, on met l’hydrogène en présence d’une anode, de l’oxygène (air) en présence de la cathode et de l’électricité est alors créée (plus de l’eau et de la chaleur potentiellement réutilisables d’ailleurs, ce qui permet d’améliorer la rentabilité du système).

On en reparle plus loin…

hydrogene

L’hydrogène, une solution d’avenir ?

Les batteries électrochimiques

Le stockage électrochimique de l’électricité par condensateurs est aujourd’hui ce qui est le plus courant. Le principal avantage de cette technologie est sa flexibilité de dimensionnement et sa réactivité. C’est pourquoi ces piles, au sens large, peuvent être utilisées assez couramment et simplement.

Il existe différent type de piles et batteries. Il s’agit d’empiler des disques aux composants chimiques variés (plomb-acide, nickel-cadmium, lithium-ion…) qui ont des propriétés de charge et de décharge électriques. Les prix, durées de vie ou puissances sont différents selon le dimensionnement et selon la technologie utilisée.

batterie

Emmagasiner l’électricité produite ? L’idéal mais potentiellement complexe et cher !

Quelles solutions pour les particuliers ?

Le stockage de l’électricité est une pierre angulaire pour notre fonctionnement énergétique à l’avenir. L’époque où nous dépendions tous d’un même réseau et d’un même fournisseur est révolu. Petit à petit, les EnR prennent le dessus et la possibilité de baisser sa facture d’électricité voire de la supprimer complètement est venue. Mais les EnR (sauf hydroélectricité et biomasse) ont un problème majeur : leur intermittence, pour le solaire photovoltaïque comme pour l’éolien. C’est pourquoi les solutions de stockage individuel sont si importantes que cela !

Actuellement, 2 solutions semblent envisageables, en matière d’autoproduction et d’autoconsommation électrique :

  • Produire uniquement pendant une journée sans nuages (ou peu), lorsqu’il y a du vent et consommer en grande partie ce que l’on produit et faire appel pour sans autres besoins au réseau classique : pour réduire sa facture d’électricité sans investissement lourd (pas besoin de solution de stockage), cette solution est idéale tant elle est souple. Le surplus peut être donné au réseau ou vendu (un compteur supplémentaire sera nécessaire), selon les cas. Cette solution demande, pour plus d’économies et de rentabilité du système, de s’y adapter et d’utiliser un maximum ses appareils électroménagers pendant la journée…
  • Produire plus et stocker ce qui n’est pas consommé : cette solution d’autonomie complète et d’indépendance énergétique est certes excitante mais plus onéreuse et plus risquée dans le sens où il est nécessaire d’apprendre à gérer ses besoins. Dans ce cas, plus de facture ! Les solutions individuelles comme la chaudière à micro-cogénération, le solaire photovoltaïque ou l’éolien sont à prendre à considération. Mieux vaut ne pas mettre tous ses œufs dans le même panier et habiter une région ensoleillée comme le sud de la France !
  • La solution de produire au maximum pour revendre (autoproduction sans autoconsommation) existe toujours et est toujours actuellement financièrement intéressante mais pour longtemps ? L’ère de l’autoconsommation arrive, le prix de l’électricité augmente et celui des technologies d’autoproduction baisse ; bientôt la tendance s’inversera, il sera moins cher d’autoproduire et EDF ne pourra tenir ses prix de rachat très longtemps…

L’hydrogène, solution d’avenir ?

Comme pour l’automobile verte, la solution de la pile à combustible à hydrogène semble être la plus écologique et théoriquement la plus efficace et intéressante, à titre individuel. 2 étapes sont nécessaires :

  • L’hydrogène n’existe pas sur terre directement mais est massivement présent dans l’eau par exemple. Pour isoler de l’hydrogène, il « suffit » d’électrolyser de l’eau afin de dissocier les molécules d’oxygène et d’hydrogène.
  • Ensuite, le principe de la pile à combustible à hydrogène se met en place. Et, à partir de cet hydrogène créé, on crée de l’électricité, de l’eau et de la chaleur, une boucle finalement !
pile_a_combustible

Le fonctionnement de la pile à combustible

Le système n’est pas si simple à mettre en place mais (si l’électricité dont on a besoin pour créer l’hydrogène est verte) le procédé est 100% vert. Bien évidemment, on ne parle pas d’une énergie pour demain mais qu’il est pour autant intéressant de développer. En tout cas, l’ADEME et de nombreux autres participants s’y intéressent de près…

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