Une batterie résidentielle est généralement présentée avec un grand chiffre : 10 kWh, 13.5 kWh, 16 kWh. Ce chiffre compte, mais il ne dit pas si le système fonctionnera bien pendant une coupure. Une conception de secours utile doit répondre à deux questions différentes. La batterie et l’onduleur peuvent-ils fournir la puissance maximale dont la maison peut avoir besoin à un instant donné ? Et y a-t-il assez d’énergie stockée pour maintenir les charges choisies pendant le nombre d’heures nécessaire ? En termes simples, les kW indiquent si le système peut supporter la charge, tandis que les kWh indiquent combien de temps il peut continuer à le faire.
Le meilleur point de départ n’est pas le catalogue de batteries. C’est l’objectif de secours. Décidez ce qui doit rester alimenté lorsque le réseau tombe en panne et combien de temps ces charges doivent rester disponibles. Un foyer qui souhaite seulement maintenir réfrigération, éclairage, internet et quelques prises a un besoin très différent d’un foyer qui veut garder la climatisation, les équipements de cuisson ou la majeure partie de la maison en fonctionnement normal. Le guide Battery Storage for Resilience du NREL identifie la charge critique et la durée de coupure anticipée comme des éléments centraux dans le choix et le dimensionnement des technologies de secours. (NREL)
La puissance et l’énergie répondent à des questions différentes
Supposons qu’un groupe de charges essentielles consomme en moyenne 0.8 kW pendant une coupure nocturne de dix heures. Sur ces dix heures, les charges ont besoin d’environ 8 kWh d’énergie. Mais imaginons que le compresseur du réfrigérateur, l’éclairage et un autre appareil fonctionnent brièvement en même temps et fassent monter la demande à 2.6 kW. Le système batterie doit tout de même pouvoir fournir ce moment à 2.6 kW, même si la demande moyenne est beaucoup plus faible.
C’est pourquoi la consommation moyenne du foyer ne suffit pas pour dimensionner. La consommation électrique mensuelle peut aider à décrire la quantité d’énergie qu’une maison utilise globalement, mais elle ne montre pas quelles charges fonctionneront ensemble pendant une coupure. Une estimation de secours utile se concentre sur les circuits qui resteront alimentés et demande quelle puissance ils peuvent nécessiter simultanément, ainsi que l’énergie qu’ils utilisent sur la période souhaitée.
Différentes charges peuvent tirer ces deux exigences dans des directions différentes. Un appareil de forte puissance utilisé seulement quelques minutes peut avoir un effet important sur les kW requis, mais ajouter relativement peu aux kWh totaux. Une charge plus petite qui fonctionne pendant de nombreuses heures peut à peine modifier le pic, tout en consommant une part significative de l’énergie stockée. Retirer une charge non essentielle de forte puissance peut donc rendre un système de secours beaucoup plus facile à concevoir, même si la consommation quotidienne totale change peu.
Le DOE établit la même distinction de base lorsqu’il décrit le stockage par batterie : la capacité de puissance correspond à la puissance qu’un système peut fournir à un instant donné, tandis que la capacité énergétique correspond à la quantité d’énergie qu’il peut stocker. (DOE) Une grande batterie en kWh avec une puissance de sortie insuffisante peut tout de même avoir du mal avec une forte charge simultanée, tandis qu’un système de forte puissance avec trop peu d’énergie peut supporter la charge facilement mais s’épuiser plus tôt que prévu.
Le besoin de charge n’est pas la même chose que l’étiquette de la batterie
Si les charges sélectionnées nécessitent 8 kWh pendant la coupure prévue, cela ne signifie pas automatiquement qu’une batterie de 8 kWh suffit. Les spécifications de batterie peuvent distinguer énergie nominale et énergie utilisable. (NREL) Une partie de l’énergie est aussi perdue lorsque l’énergie DC stockée est convertie en puissance AC pour les charges domestiques ; le stockage n’est pas efficace à 100 %, car de l’énergie est perdue pendant la conversion et la restitution. (DOE) La quantité disponible au début d’une coupure dépend aussi de l’état de charge de la batterie.
Un exemple simple montre pourquoi l’étiquette compte. Si 90 % de l’énergie nominale d’une batterie est disponible pour le secours et si le chemin de décharge concerné est efficace à 92 %, fournir 8 kWh aux charges nécessiterait environ 9.7 kWh d’énergie nominale stockée : 8 ÷ (0.90 × 0.92). Ces pourcentages ne sont qu’une illustration, pas une règle universelle. Un produit réel peut déjà publier une valeur d’énergie utilisable, et sa définition du rendement peut utiliser une frontière de mesure différente. Le point important est d’éviter de compter deux fois la même perte ou de comparer directement un besoin côté charge avec un chiffre batterie qui représente autre chose.
L’état de charge initial compte pour la même raison. Une batterie presque pleine au début d’une coupure dispose de plus d’énergie de secours que la même batterie commençant à 50 %. Les analyses de résilience du NREL ont montré que le niveau de charge d’une batterie au début d’une coupure peut avoir un effet significatif sur la durée pendant laquelle un système peut continuer à alimenter ses charges protégées. (NREL) Si la résilience est un objectif important, la stratégie d’exploitation doit laisser suffisamment d’énergie disponible pour le scénario de coupure qui compte réellement pour le propriétaire.
Dans un système compatible avec le secours et conçu pour maintenir le PV en fonctionnement pendant une coupure, le solaire peut prolonger l’autonomie, mais il ne garantit pas une énergie quotidienne. Le solaire résidentiel nécessite un onduleur et un système de stockage correctement configurés pour produire de l’énergie indépendamment du réseau. (DOE) La production solaire varie aussi selon l’heure, la météo et la saison. Pendant une coupure en journée ensoleillée, le PV peut alimenter une partie des charges domestiques et recharger la batterie. La nuit ou pendant une période nuageuse, il peut contribuer très peu. La production solaire varie avec ces conditions, tandis que le stockage peut déplacer l’énergie solaire vers des périodes où la production est faible ou indisponible. (DOE)
Une taille utile de batterie résidentielle résulte donc d’un objectif de secours spécifique. Décidez quelles charges comptent, estimez la puissance maximale qu’elles peuvent demander ensemble et estimez l’énergie qu’elles utiliseront sur la durée de secours souhaitée. Tenez ensuite compte de l’énergie batterie utilisable, de l’état de charge initial, des pertes de conversion et d’une contribution solaire réaliste. Enfin, gardez une marge raisonnable pour l’incertitude liée aux charges réelles et à la durée de coupure, plutôt que de dimensionner exactement sur l’estimation.
La réponse finale devrait ressembler à une paire d’exigences plutôt qu’à une seule capacité mise en avant : assez de kW pour porter le pic des charges critiques et assez de kWh utilisables pour maintenir ces charges pendant la période prévue. Une fois ces deux chiffres clairs, comparer les batteries résidentielles devient beaucoup plus simple et bien plus pertinent que choisir simplement le produit avec le plus grand chiffre en kWh.
