Le mythe du tout

Les systèmes de batterie de secours couplés à l'énergie solaire sont salués comme la meilleure solution aux coupures de courant pour la sécurité publique en Californie - sans parler de notre réseau électrique archaïque.

Non seulement ces systèmes sont idéaux pour alimenter une maison en cas de panne de courant, mais ils aident également à réduire les coûts d'électricité et à fournir des services de soutien au réseau lorsque le service public local en a besoin. Pour des raisons d'émissions et de coûts, les générateurs conventionnels à gaz ou diesel ne sont pas une option.

Il n'est donc pas surprenant que la demande pour ces systèmes dépasse l'offre d'équipement ainsi que la disponibilité de main-d'œuvre d'installation qualifiée.

Mais il y a un hic à cela. Nous aimons croire au mythe de la sauvegarde de toute la maison ou à l'idée que notre style de vie du 21e siècle se poursuivra sans relâche malgré l'enfer du feu ou les crues. La réalité est différente : les systèmes de batterie de secours typiques fonctionnent mieux lorsqu'ils sont conçus pour rationner la capacité de la batterie et minimiser l'utilisation des gros appareils.

Les mythes ont souvent des origines factuelles : les systèmes de batterie pour toute la maison fonctionnent en effet pour les applications hors réseau. Il y a environ 180 000 maisons de ce type aux États-Unis

Mais ces maisons ont été conçues pour vivre hors réseau : elles sont généralement plus petites et bien isolées ; utiliser un chauffage à combustion avec appoint au propane; intégrer des systèmes solaires thermiques actifs et passifs ; et n'ont pas de systèmes de climatisation gourmands en énergie, de chargeurs EV de niveau 2 ou de piscines.

Il existe deux limites techniques fondamentales qui rendent impossible le fonctionnement d'une maison entière uniquement sur batterie. Premièrement, la capacité énergétique des systèmes de batteries lithium-ion typiques est insuffisante pour alimenter une maison entière pendant une panne de courant nocturne. Deuxièmement, les onduleurs de secours à batterie ne sont pas assez puissants pour démarrer et faire fonctionner de nombreux gros appareils.

Bien sûr, plusieurs batteries et onduleurs peuvent répondre à ces limitations d'énergie et de puissance. Mais le coût de plus de 20 kilowatts d'onduleurs et de plus de 40 kilowattheures de batteries est prohibitif pour le propriétaire type.

Une approche plus pratique consiste à concevoir un système de batterie de secours pour alimenter uniquement les charges critiques : pas de gros appareils tels que la climatisation, les chargeurs 240 volts EV ou les cuisinières électriques. Au lieu de cela, seulement quatre à huit circuits plus petits dans la maison pour la réfrigération, l'éclairage, le divertissement, les communications et les prises de courant.

Notre parc immobilier actuel consomme beaucoup d'électricité, et en raison d'une pléthore d'appareils branchés, les maisons plus récentes en consomment souvent encore plus.

Les appareils à forte consommation d'énergie sont les plus difficiles pour les systèmes de sauvegarde pour toute la maison. La consommation électrique d'un grand climatiseur central est de 5 000 watts, un chargeur de VE est de 7 000 watts, une cuisinière électrique est de 10 000 watts et les pompes de piscine sont de 2 200 watts.

Alors, combien de temps un système solaire et à batterie typique fonctionne-t-il la nuit tout en faisant fonctionner ces gros appareils ? Réponse : pas très longtemps du tout.

Le calcul est simple. Si la batterie est réduite à une capacité énergétique de 2,5 kilowattheures la nuit (typique si la batterie est utilisée le soir pour maximiser les économies d'autoconsommation), il n'y a que suffisamment d'énergie de batterie pour faire fonctionner les pompes de la piscine pendant 60 minutes, une centrale AC pendant 30 minutes, un chargeur EV pendant 20 minutes ou une cuisinière électrique pendant 15 minutes.

Avec l'un de ces appareils en marche - après seulement un intervalle relativement bref de sauvegarde automatique de toute la maison - la batterie sera bientôt épuisée et incapable d'alimenter les charges critiques. En termes lyriques : Pas de lumières. Pas de téléphone. Pas de voiture électrique. Pas un seul luxe. Comme Robinson Crusoé, aussi primitif que possible.

Une solution possible consiste à éteindre manuellement les charges des gros appareils pendant une panne de courant. Malheureusement, de nombreuses pannes de courant se produisent pendant la journée lorsque personne n'est à la maison ou la nuit lorsque les gens dorment. Les clients qui ont essayé de délester manuellement les charges finissent généralement par être déçus par leur système de sauvegarde.

Une autre solution (si le budget et l'espace mural d'un propriétaire le permettent) consiste à ajouter une deuxième batterie de stockage, ce qui double efficacement la durée de stockage de l'énergie.

Au cours des derniers mois, nous avons travaillé avec des clients qui ont eu une gamme de bonnes et de mauvaises expériences de sauvegarde de batterie. Lors de la première panne d'électricité dans notre région, qui s'est produite vers 22h30, un client qui utilise un appareil à pression positive continue (CPAP) a épuisé sa batterie de stockage vers 2 heures du matin (il a commencé à ronfler et sa femme lui a dit de dormir sur le canapé). Un autre client a utilisé le système de secours pour alimenter l'un des sous-panneaux de sa maison, et il ne s'est pas rendu compte qu'il y avait une panne de courant jusqu'à ce que la batterie soit épuisée.

La solution pour les deux clients consistait à supprimer quelques circuits discrétionnaires de leurs sous-panneaux de secours afin que la batterie dure toute la nuit.

La puissance de sortie maximale de l'onduleur à batterie (en kilowatts) est la deuxième raison du mythe de la sauvegarde pour toute la maison.

La plupart des onduleurs de secours à batterie ont été conçus pour des services électriques domestiques de 200 ampères, ce qui implique une sortie CA maximale de 7 600 watts lorsqu'ils sont connectés au réseau. Lorsqu'ils sont alimentés par la batterie (qui a un taux de décharge de crête limité), ces onduleurs peuvent généralement fournir 5 000 watts de puissance en régime permanent ou 6 000 watts de puissance de crête (environ 25 ampères).

Cependant, les exigences de courant de surtension momentanées au démarrage d'un moteur à courant alternatif ou d'une pompe sont souvent deux ou trois fois supérieures à la consommation de courant normale, ce qui signifie que l'onduleur ne basculera tout simplement pas en mode de secours. Même si la batterie est complètement chargée par une journée ensoleillée, le climatiseur et la pompe de la piscine ne démarreront pas et aucune des charges critiques ne sera alimentée.

Indépendamment de ces limites énergétiques, énergétiques et financières, un système solaire et de secours bien conçu peut fournir de l'électricité presque indéfiniment. Trois éléments de conception sont essentiels.

Tout d'abord, la capacité énergétique de la batterie (kilowattheures) et la puissance de l'onduleur (kilowatts) doivent être adaptées aux besoins de la maison la nuit lorsque la batterie est partiellement déchargée. Deuxièmement, le nombre de circuits de secours doit être strictement limité pour éviter d'alimenter trop de petits appareils ou de gros appareils. Troisièmement, la taille du système solaire doit être suffisante pour recharger partiellement la batterie même par une journée d'hiver nuageuse.

Les technologies à venir du système électrique domestique intelligent répondront à ces limitations pratiques en délestant automatiquement les charges pendant une panne de courant. Lors du salon Solar Power International 2019, les entreprises ont présenté des commandes d'appareils intelligents et des disjoncteurs capables de désactiver automatiquement les gros appareils. La technologie des panneaux électriques intelligents était également exposée, capable de gérer automatiquement tous les circuits d'une maison.

D'ici la fin de 2019, plus de 10 000 foyers et entreprises en Californie seront équipés de systèmes combinés solaires et de batterie de secours. Au fur et à mesure que ces systèmes deviendront moins coûteux (à la fois grâce à des réductions des coûts d'équipement et à des incitations), ils deviendront le moyen le plus rapide et le plus efficace pour les gens de s'adapter à la nouvelle norme des coupures de courant pour la sécurité publique.

Sans parler du moyen le plus propre, le plus sûr et le plus économique de reconstruire notre réseau électrique archaïque.

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Barry Cinnamon est PDG de Cinnamon Energy Systems en Californie.