Dimensionner la batterie et le taux d'autarcie

1Taux d'autarcie et taux d'autoconsommation ne sont pas la même chose

Les deux chiffres décrivent la même quantité d'énergie, mais avec des dénominateurs différents, et c'est exactement pour cela qu'on les confond sans cesse.

Le taux d'autarcie indique quelle part de votre consommation provient de votre propre installation. La formule : électricité solaire autoconsommée divisée par la consommation totale. Un foyer qui consomme 3 500 kilowattheures et en couvre 1 300 avec sa propre installation a un taux d'autarcie de 37 %.

Le taux d'autoconsommation indique quelle part de votre production reste dans la maison. Formule : électricité solaire autoconsommée divisée par la production totale. La même installation avec 4 800 kilowattheures de production atteint donc 27 %.

La différence n'est pas théorique. Le taux d'autarcie mesure votre indépendance vis-à-vis du réseau ; c'est le chiffre que la plupart des gens ont en tête quand ils parlent d'« autarcie ». Le taux d'autoconsommation mesure à quel point vous utilisez bien votre propre électricité ; c'est le chiffre qui décide de la rentabilité, car l'électricité autoconsommée économise le prix d'achat complet, alors que l'électricité injectée ne rapporte que le tarif de rachat, bien plus bas.

Une grande installation augmente le taux d'autarcie et diminue en même temps le taux d'autoconsommation. Une petite installation fait l'inverse. Pour maximiser l'un des deux chiffres, il faut savoir lequel.

2Ce qu'une batterie fait, et ce qu'elle ne fait pas

Une batterie décale l'énergie dans le temps, du pic de midi vers le soir. Rien de plus. Cette seule phrase répond à la plupart des questions sur le stockage.

Sans batterie, l'électricité solaire arrive au moment où le foyer typique consomme le moins. Ce qui reste part sur le réseau. Le soir, quand on cuisine, chauffe et regarde la télévision, l'électricité revient du réseau, mais plus chère. La batterie comble exactement cet écart.

D'où la première limite : une batterie ne peut décaler que ce qui est en surplus pendant la journée et nécessaire le soir. Dans un foyer qui consomme de toute façon en journée, en télétravail ou avec une pompe à chaleur fonctionnant de jour, il y a moins à décaler, et la batterie apporte d'autant moins.

La deuxième limite est la saison. En été, il y a chaque jour plus de surplus que la batterie ne peut en contenir ; elle est pleine à midi et vide le soir, un cycle parfait. En décembre, il n'y a aucun surplus de nombreux jours ; la batterie reste alors vide et n'apporte rien. Une batterie fait le pont pour la nuit, pas pour l'hiver. Le stockage saisonnier par batterie n'est réalisable ni physiquement ni économiquement ; il faudrait cent fois plus de capacité.

La troisième limite, ce sont les pertes. Une batterie au lithium restitue environ 90 à 95 % de l'énergie chargée ; avec les pertes de l'onduleur dans les deux sens, le système conserve globalement environ 85 à 90 %. Dix kilowattheures chargés deviennent un peu plus de neuf utilisables.

3Quelle taille de batterie choisir

La règle la plus courante : environ un kilowattheure de capacité utile par tranche de 1 000 kilowattheures de consommation annuelle. Un foyer de 3 500 kilowattheures arrive à 3,5 kilowattheures, un foyer de 5 000 à 5.

Une seconde règle, tout aussi bonne, se rapporte à l'installation : environ un kilowattheure de stockage par kilowatt-crête. Avec un dimensionnement typique, les deux mènent à des tailles similaires, car installation et consommation vont généralement de pair.

Ce qui compte, c'est ce qui se passe au-delà de cette taille. La courbe du taux d'autarcie en fonction de la taille de la batterie monte d'abord fortement, puis s'aplatit nettement. Pour notre foyer d'exemple — 3 500 kilowattheures de consommation, 3,5 kWc sur un toit sud-ouest à Cologne, calculé avec le calculateur SolarFinder — passer de zéro à 3,5 kilowattheures apporte environ 25 points d'autarcie, de 34 à 59 %. Passer de 3,5 à 7 n'en apporte plus que dix, de 7 à 14 encore quatre. Chaque kilowattheure supplémentaire coûte pourtant autant.

La raison est simple : la première partie de la batterie est pleinement utilisée presque tous les jours de l'année. La partie supérieure seulement les quelques jours où il y a assez de surplus et assez de consommation le soir : jamais en hiver, pas toujours en été. Une batterie surdimensionnée reste à moitié vide la plupart du temps et vieillit quand même.

En pratique, cela signifie : pour un premier achat, tenez-vous-en à la règle. Beaucoup de systèmes peuvent être étendus plus tard si une pompe à chaleur ou une voiture électrique s'ajoute et augmente réellement la consommation du soir.

4Quel taux d'autarcie est réaliste ?

Sans batterie, un foyer moyen avec une installation bien dimensionnée — environ 1 kWc par 1 000 kilowattheures de consommation annuelle — atteint un taux d'autarcie de 30 à 40 %. La valeur est plus élevée si quelqu'un est à la maison en journée, et plus basse pour un profil classique de navetteur. Un kit de balcon de 0,8 kWc couvre 15 à 25 %.

Avec une batterie dimensionnée selon la règle — environ 1 kilowattheure par 1 000 kilowattheures de consommation — les valeurs montent à 55 à 65 %. Si l'installation est plus grande que la consommation et la batterie un peu plus grande que la règle, on atteint 70 à 80 % : le réglage par défaut du calculateur, 4 kWc avec 5 kilowattheures de batterie pour 3 500 kilowattheures de consommation, donne selon le lieu 68 (Hambourg) à 74 % (Munich). Au-delà, il faut une installation nettement plus grande, une batterie nettement plus grande ou une consommation que l'on peut fortement déplacer vers la journée.

Plus de 80 % d'autarcie annuelle ne s'atteignent en Europe centrale que si l'installation et la batterie sont très grandes pour la consommation — le calculateur le montre par exemple avec 6 kWc et 10 kilowattheures de batterie pour 3 500 kilowattheures de consommation (82 à 89 %). La raison tient à la répartition mensuelle : novembre à février ne fournissent ensemble qu'environ 14 % du rendement annuel. Pendant ces mois, l'électricité vient surtout du réseau, quelle que soit la taille de la batterie.

À l'inverse, une autarcie complète pendant des semaines est normale au semestre d'été. Observer son installation en juillet et extrapoler à l'année donne une image complètement fausse, le même piège que pour la prévision de rendement.

Un bon taux d'autarcie n'est d'ailleurs pas une fin en soi. Il coûte de l'argent, et au-delà d'un certain point, on achète l'indépendance plus cher que l'électricité du réseau. Qui veut l'autarcie par conviction doit le savoir et décider en connaissance de cause ; qui calcule s'arrête plus tôt.

5La batterie est-elle rentable ?

Le bénéfice d'une batterie tient en un seul chiffre : la différence entre le prix d'un kilowattheure acheté au réseau et ce qu'il aurait rapporté s'il avait été injecté. Avec 35 centimes à l'achat et 8 centimes de tarif de rachat, cela fait 27 centimes par kilowattheure décalé.

Le nombre de kilowattheures qu'une batterie décale par an résulte de sa capacité utile multipliée par le nombre de cycles complets. La simulation horaire du calculateur arrive à environ 230 à 290 cycles complets par an pour une batterie de 5 kWh sur une installation de 4 à 6 kWc — presque un par jour en été, à peine en hiver. La batterie restitue ainsi environ 1 150 à 1 450 kilowattheures.

Multiplié par 27 centimes, cela donne un bénéfice annuel d'environ 310 à 390 euros. Si la batterie coûte 4 000 euros, l'amortissement simple est de 10 à 13 ans — au niveau ou au-delà de la durée de garantie typique de dix ans ou de 6 000 à 10 000 cycles.

Ce calcul est sensible à trois grandeurs. Si le prix de l'électricité augmente, la batterie devient vite plus intéressante. Si le prix de la batterie baisse, de même. Et plus le foyer consomme le soir, plus les cycles s'accumulent. Avec une pompe à chaleur ou une voiture électrique, le calcul est bien plus favorable que pour un foyer de deux personnes sans l'une ni l'autre.

Ce qui n'a pas sa place dans ce calcul : l'installation elle-même. Le photovoltaïque est en règle générale rentabilisé bien plus vite que la batterie, le plus souvent en huit à douze ans. Les considérer ensemble masque le fait qu'il s'agit de deux décisions d'investissement distinctes. On peut construire l'installation et ajouter la batterie plus tard.

SolarFinder calcule de la même façon : l'amortissement est le coût total divisé par l'économie annuelle. Comme coût total, le calculateur reprend par défaut le prix boutique d'un kit adapté à la taille d'installation et de batterie choisie ; s'il n'y en a pas, une valeur par défaut signalée comme estimation s'affiche. Vous réglez votre propre prix, par exemple celui d'un devis, avec le curseur — il reste alors en place, même si vous modifiez l'installation ou la batterie.

6Combien de temps pour remplir la batterie ?

Le temps de charge dépend du surplus, pas de la puissance de l'installation. Ce qui compte, c'est ce qui reste une fois la consommation courante du foyer déduite.

Un exemple : une installation de 5 kWc fournit environ 4 kilowatts vers midi par une journée claire de juin. La consommation de base de la maison est de 0,4 kilowatt. Il reste 3,6 kilowatts de puissance de charge. Une batterie de 10 kilowattheures utiles est donc pleine en un peu moins de trois heures, à condition qu'elle ait été vide et que la puissance de charge du système le permette.

C'est précisément là que se trouve la seconde limite : beaucoup de batteries domestiques ne chargent qu'à 0,5 C au maximum, soit la moitié de leur capacité par heure. Une batterie de 10 kWh absorbe alors au plus 5 kilowatts ; avec des installations plus petites, c'est de toute façon le surplus qui limite.

Au printemps et en automne, cela s'étale sur toute la journée, car la puissance n'atteint que deux à trois kilowatts. En décembre, la batterie ne se remplit pas du tout de nombreux jours.

Pour le dimensionnement, on en tire un test simple : si votre batterie ne se remplit pas par une journée d'été moyenne, elle est trop grande pour votre installation. Si elle est pleine en milieu de matinée et que le reste de la journée est injecté, elle est trop petite, ou l'installation trop grande.

7Un exemple complet

Un foyer de quatre personnes à Cologne consomme 4 200 kilowattheures par an, surtout le matin et le soir. 6 kWc inclinés à 35 degrés sont prévus sur le toit sud-ouest ; d'après les valeurs horaires PVGIS du calculateur, le rendement spécifique est d'environ 925 kilowattheures par kilowatt-crête, soit 5 550 kilowattheures de production. Tous les chiffres de cet exemple proviennent du calculateur SolarFinder.

Sans batterie : l'autoconsommation représente environ 28 % de la production, soit 1 550 kilowattheures. Le taux d'autarcie est de 1 550 sur 4 200, soit 37 %. Environ 4 000 kilowattheures partent sur le réseau.

Avec une batterie selon la règle, 4,2 kilowattheures utiles, arrondis à un système standard de 5 kWh : dans le calculateur, la batterie effectue environ 270 cycles complets par an et restitue environ 1 370 kilowattheures qui viendraient sinon du réseau. L'autoconsommation monte ainsi à 2 910, le taux d'autoconsommation à 52 %, le taux d'autarcie à 69 %.

L'effet financier : l'économie annuelle passe de 862 à 1 221 euros, soit environ 360 euros de plus — 1 370 kilowattheures fois 27 centimes d'écart, moins les pertes de charge. Avec un surcoût de 4 000 euros pour la batterie, celle-ci est amortie sur le papier en un peu plus de 11 ans.

Et la variante que beaucoup oublient : placer les mêmes 4 000 euros dans des modules supplémentaires plutôt que dans la batterie apporterait environ 3 kWc de plus sur ce toit, donc environ 2 780 kilowattheures de production en plus — dont seule une petite partie serait autoconsommée. La variante gagnante dépend du rapport entre prix des modules, prix de la batterie et tarif de rachat. Vous pouvez jouer exactement ce calcul dans SolarFinder en modifiant indépendamment la taille de l'installation et la batterie.

8Acheter maintenant ou ajouter plus tard ?

L'installation est rentabilisée plus vite que la batterie. Il en découle une stratégie évidente : construire d'abord le photovoltaïque, ajouter la batterie plus tard, lorsque le prix de l'électricité, le prix des batteries ou votre propre consommation le justifient.

Techniquement, il existe deux voies. Une batterie couplée en courant alternatif (AC) se place après l'onduleur, sur le réseau de la maison, et peut être raccordée à pratiquement n'importe quelle installation existante, même d'une autre marque. Elle a un peu plus de pertes, car l'électricité est convertie deux fois, mais elle est totalement indépendante de l'installation existante. Une batterie couplée en courant continu (DC) se place avant l'onduleur et fonctionne plus efficacement, mais nécessite un onduleur hybride, qui doit être présent dès le départ ou remplacé plus tard.

Pour garder l'option d'un ajout ultérieur, on achète donc directement un onduleur hybride. Le surcoût par rapport à un simple onduleur réseau est modéré et bien inférieur à un remplacement ultérieur.

Les principaux arguments contre l'attente sont les aides et l'installation. Si la batterie est posée en même temps que l'installation, les frais ne sont engagés qu'une fois : échafaudage, électricien, déclaration au gestionnaire de réseau. Plus tard, une partie revient. Que cela l'emporte sur l'avantage d'une batterie plus tardive, généralement moins chère, dépend du devis.

Une troisième option est souvent oubliée : pas de batterie du tout, mais un déplacement de la consommation. Faire tourner lave-linge, lave-vaisselle, production d'eau chaude et recharge de la voiture électrique aux heures de midi augmente l'autoconsommation à peu près autant qu'une petite batterie, et ne coûte qu'un changement d'habitudes.

9Courant de secours, alimentation de secours et ce que fournit vraiment la batterie

Beaucoup achètent une batterie en pensant rester alimentés pendant une coupure de courant. Ce n'est pas acquis. Au contraire : une batterie standard s'arrête quand le réseau tombe.

La raison est une règle de sécurité. Les onduleurs doivent se déconnecter en cas de panne du réseau, afin que personne ne travaille sur une ligne supposée hors tension pendant que l'installation continue d'injecter. Sans technique supplémentaire, même une installation avec une batterie pleine s'arrête donc dès que le courant du réseau disparaît.

Deux niveaux d'équipement changent cela. La fonction de courant de secours fournit une seule prise après la coupure, généralement avec une puissance limitée et une interruption de quelques secondes à quelques minutes. Cela suffit pour le réfrigérateur, la box internet et l'éclairage. La fonction d'alimentation de secours, en revanche, alimente toute la maison via un inverseur et peut même, selon le système, fonctionner sans interruption. Elle est nettement plus complexe et plus chère, car il faut un dispositif de découplage du réseau et un câblage adapté.

Les deux doivent être commandées à l'achat. Un ajout ultérieur est techniquement possible sur beaucoup de systèmes, mais coûteux, car il touche à l'installation électrique de la maison. Si vous voulez la batterie comme secours, décidez-le avant de choisir et exigez-le explicitement dans le devis ; les termes sont souvent employés de manière approximative dans la vente.

Pour le calcul de rentabilité, la fonction ne joue aucun rôle : elle n'économise aucun kilowattheure, elle augmente la disponibilité. Qui la veut achète du confort et de la sécurité, pas du rendement.

10Erreurs fréquentes

Confondre taux d'autarcie et taux d'autoconsommation. Les deux chiffres décrivent la même quantité d'énergie avec des dénominateurs différents et mènent à des conclusions opposées.

Dimensionner la batterie pour une journée d'été. Choisir la capacité pour couvrir une journée de juin, c'est en acheter trop pour onze mois.

Utiliser la capacité brute au lieu de la capacité utile. Il y a souvent dix pour cent d'écart entre les deux.

Espérer une autarcie saisonnière. La batterie fait le pont pour la nuit, pas pour l'hiver ; il manquerait pour cela un facteur cent.

Mélanger batterie et installation dans un même calcul. L'installation est rentabilisée bien plus vite ; additionnée, la batterie paraît meilleure qu'elle ne l'est.

Supposer un nombre forfaitaire de cycles complets. Le nombre de cycles complets par an dépend du rapport entre installation, batterie et consommation : une batterie de 5 kWh sur 4 à 6 kWc atteint 230 à 290 cycles complets, une batterie trop grande pour l'installation nettement moins.