Photovoltaïque : valoriser l’autoproduction plutôt que l’autoconsommation
Une note de décryptage publiée par Hespul, association concentrée sur le développement de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables en particulier celui du solaire, précise les opportunités ou les inconvénients d’une éventuelle autoconsommation recommandée par une majorité des acteurs du solaire.
Effectivement, l’autoconsommation se présente comme ‘’la solution’’ pour développer la filière photovoltaïque. Si il est vrai qu’elle dérange au plus haut niveau, cette solution apparaît comme une alternative intelligente mais, il ya toujours un mais, elle doit s’inscrire dans une logique collective plutôt qu’individuelle. C’est dans ce cadre que la note d’Hespul tente d’apporter un éclairage sur un débat trop figé.
En rappelant quelques lois physiques sur l’électricité, la note précise que lorsqu’un
un système photovoltaïque produit de l’électricité, ce sont toujours les appareils en
fonctionnement au même moment a proximité immédiate qui seront alimentés en priorité, indépendamment du type de raccordement et de l’existence ou non d'un contrat d'achat. Elle explique notamment que trois possibilités s’offrent dans le cas d’un système installé sur un édifice équipé d’un compteur électrique de consommation :
1- le producteur bénéficie d'un contrat d'achat en << vente de la totalité >>: le système est raccordé directement au réseau public de distribution via un compteur de production posé par le gestionnaire de réseau (ERDF ou ELD) en parallèle du compteur de consommation (un nouveau raccordement est créé), toute la production est mesurée ;
2- le producteur bénéficie d'un contrat d'achat en <<vente de surplus >>: le système est raccordé au tableau du circuit électrique intérieur et un compteur de production est posé en série sur le raccordement existant, tête-bêche par rapport au compteur de consommation ; seule la partie de la production qui n'est pas directement consommée a l'intérieur du bâtiment est mesurée ;
3- le producteur ne bénéficie d'aucun contrat d'achat et se trouve en situation d'<< autoconsommation totale >>: tout en restant soumis pour des raisons de sécurité a une obligation de déclaration et a une convention d'exploitation avec le gestionnaire de réseau, le système peut être raccordé en un point quelconque du circuit intérieur, les frais de raccordement sont nuls, la production n'est pas mesurée par le GRD et les éventuels excédents sont en définitive donnés gratuitement au réseau.
Dans le premier cas, l'électricité qui est injectée dans le réseau public peut revenir instantanément dans le circuit intérieur pour être consommée immédiatement si un appareil est en fonctionnement dans le bâtiment : d'un point de vue physique, il n'y a donc aucune différence avec les deux autres cas, seul le mode de valorisation économique varie. Cela permet notamment au producteur de bénéficier de l'obligation d'achat et des tarifs associés dont il faut rappeler qu'ils ont été mis en place pour offrir aux producteurs d'électricité renouvelable une visibilité et une stabilité suffisante pour leur permettre d'investir sans risque dans une filière dont le développement a été jugé d'intérêt général précise la note d’Hespul.
Ainsi, la note explique que pour des systèmes dimensionnés pour produire l'équivalent de la consommation annuelle du bâtiment, le taux moyen annuel d'autoconsommation spontanée (correspondant au fonctionnement naturel des appareils durant les périodes de production et dépendant des équipements et des activités des occupants) sera de l'ordre de 20% dans un logement en l'absence de pilotage, mais ce pourcentage peut être plus bas, de l'ordre de 10 à 15 % dans le cas, courant en France, de maisons individuelles avec chauffage et ECS électriques, un schéma démontrant clairement que le pilotage des ballons d'ECS tel qu'effectué actuellement en « heures pleines/heures creuses » est en contradiction avec la logique d'autoconsommation.
La note mentionne toutefois, dans le cas d’une gestion intelligente par l’équipement d’une « box énergie » associée à des programmateurs d’augmenter le taux moyen d’autoconsommation spontanée à 40 %, dans le parc tertiaire, ce taux peut atteindre 70 % voire 100 % en raison d’une meilleure synchronisation de la consommation et de la production. Le taux de 100 % peut être atteint lorsque le potentiel photovoltaïque de la toiture est maximisé.
Aussi, la note explique qu’il y a là trois critères différents pour accroître ce taux d’autoconsommation :
- limiter la puissance du système photovoltaïque pour qu'une part plus importante de la production soit consommée dans le bâtiment : on va dans ce cas doublement a l'encontre du but recherché de développement des énergies renouvelables a moindre coût, puisque des systèmes plus petits produisent moins et coutent plus cher ;
- augmenter le nombre et/ou la puissance des appareils en fonctionnement en période de production pour favoriser |'autoconsommation instantanée : on peut dans ce cas s'interroger sur l'utilité de cette consommation supplémentaire, ainsi que sur son coût ;
- stocker une partie de la production dans le bâtiment pour la consommer plus tard dans une logique d'autoconsommation différée : se pose alors la question de l'efficacité technique, économique et écologique des solutions disponibles a l'échelle considérée.
A partir de ce postulat, la note d’Hespul porte sa réflexion sur la notion d’autoproduction plutôt qu’autoconsommation.
Deux notions très proches, mais qui en réalité ont des implications respectives dans le couple production/consommation. Pour l’autoconsommation, donc croître le taux reviendrait à réduire l’effet escompté. S’agissant du taux d'autoproduction, qui se définit comme la part de la consommation qui est produite sur place et non importée du réseau public, conduit a des comportements vertueux, en incitant a la fois a réduire la consommation d'énergie et a augmenter la production d'énergie renouvelable.
Pour expliquer cette position, la note prend un exemple concret et réel, celui d'une maison équipée d'un toit photovoltaïque de 4 kWc, avec une consommation journalière, un jour de printemps, de 12 kWh (usages spécifiques de l'électricité uniquement) et d'une production de 18 kWh dont 4,3 kWh sont consommés sur place : le taux d'autoconsommation sera de 24 % tandis que le taux d'autoproduction sera de 37 %. Dans ce cas (consommation inférieure à la production), la quantité d'électricité soutirée au réseau a été diminuée de 37 % (et non de 24%) grâce a la production photovoltaïque : c'est donc bien l'augmentation du taux d'autoproduction qui permet de réduire la quantité – et donc la facture - d'électricité importée du réseau.
La note rajoute, de plus que lorsque l'autoconsommation atteint 100 %, il n'y a pas d'électricité excédentaire a injecter dans le réseau puisque tout est consommé sur place, tandis que lorsque |'autoproduction atteint 100 %, il peut encore y avoir de l'électricité excédentaire qui est alors injectée dans le réseau, et qu'autoconsommation et autoproduction ne sont équivalentes que lorsque la production et la consommation annuelles d'électricité sont égales sur un périmètre donné (maison individuelle, bâtiment collectif d'habitation, quartier, etc.).
En résumé, la différence entre autoconsommation et autoproduction est cruciale : maximiser l'une ou l'autre ne revient pas au même dans de nombreux cas, chacune répondant a une problématique différente.
- Maximiser l'autoconsommation peut entrainer une surconsommation d'électricité, inciter au sous-dimensionnement de l'installation photovoltaïque en toiture, et décourager des initiatives d'efficacité énergétique, de manière a éviter toute injection sur le réseau.
- Maximiser l'autoproduction a tendance au contraire a encourager l'efficacité énergétique des équipements et l'utilisation optimale de la toiture, le réseau permettant de garantir que toute la production pourra être utilisée, même si ce n'est pas dans le bâtiment où elle a lieu.
A cet égard, la note apporte des éléments de réflexion quant à la mise en œuvre d’un soutien à l’autoconsommation dans un climat ou le contrôle de la CSPE a figé la filière photovoltaïque en raison de son importante augmentation due à des tarifs bien trop élevés sur la période 2006 – 2010.
Premièrement, la note indique la volonté de favoriser avant tout l'autoproduction « collective » en milieu urbain et périurbain… Le soutien à l'autoconsommation, s'il n'encourage pas dans le même temps l'autoproduction, peut avoir l'effet pervers de mener vers une « exploitation insuffisante du potentiel en surfaces de toit » (IOW, 2011). Si un pourcentage d'autoconsommation de 100 % est recherché, l'installation PV sera dimensionnée à 500 Wc (taux de couverture annuelle de la consommation de 5%) alors que la toiture peut accueillir 9,2 kWc (taux de couverture annuelle de la consommation de 84%).
En effet, en milieu urbain ou vivent et travaillent plus de 80 % de nos concitoyens, la contrainte la plus forte ne porte pas sur la capacité d'accueil du réseau, mais sur la possibilité de trouver des surfaces de toitures adéquates pour accueillir le photovoltaïque (bonne orientation, compétition avec d'autres usages, zones protégées, etc).
ll est donc important dans la perspective d'une optimisation de la production et des systèmes d'aide qui la soutiennent que chaque toiture soit utilisée au maximum de son potentiel et non une partie seulement au prétexte que la puissance installée excéderait les besoins du bâtiment en question à certains moments de l'année.
Le soutien a |'autoproduction permet également d'encourager une démarche systémique consistant en premier lieu a chercher a réduire les consommations avant de penser a installer un système de production renouvelable.
Deuxièmement, la note explique la nécessité de réviser les conditions de raccordement en milieu rural :
La question se pose différemment en milieu rural, ou la production d'électricité renouvelable peut poser des contraintes de tension, voire être refoulée sur le réseau de transport si le niveau de consommation est trop faible a un moment donné.
On notera toutefois que les règles actuelles de financement du raccordement au réseau qui est à la charge du seul producteur incitent déjà fortement ce dernier a dimensionner correctement son installation pour ne pas générer de contraintes sur le réseau.
Quoiqu'i| en soit, plutôt que brider le potentiel de production renouvelable en dimensionnant « au plus juste » par rapport a la consommation si un mécanisme de soutien a |'autoconsommation est mis en place, il conviendrait de revoir les règles de dimensionnement et de conduite des réseaux de façon a en augmenter la capacité d'accueil sans pour autant générer de risques de contrainte ni imposer des travaux de renforcement importants.
Troisièmement, la note propose de privilégier l’autoconsommation et l’autoproduction dans le secteur tertiaire. Partant du principe qu’un bon nombre de biens tertiaires pourraient atteindre un taux d'autoconsommation proche de 100 % sans pilotage, surtout en présence d'équipements de froid ou de rafraichissement qui génèrent une demande synchrone avec la production PV ; l'espace disponible en toiture ou en façade et la performance thermique du bâtiment seront décisifs pour obtenir un taux important d'autoproduction.
Quatrièmement, la note estime qu’il faut inciter au stockage seulement lorsqu'il permet d'augmenter la capacité d'accueil du réseau.
Dans une étude du Fraunhofer Institute publiée en 2013, à partir de la modélisation de différents types de réseaux de distribution, l'impact sur ces derniers de moyens de stockage associés à des systèmes photovoltaïques, avec pour objectif principal la stabilité de la tension est que « l'utilisation d'une batterie photovoltaïque axée sur les besoins du réseau permet de réduire le pic d'injection de tous les systèmes d'environ 40 % », ce qui permet d'augmenter d'autant la capacité d'accueil et de créer une situation « gagnant-gagnant ».
A l'inverse, la gestion « traditionnelle » d'une batterie axée sur l'optimisation pour le producteur-consommateur dans le cadre de la prime d'autoconsommation ne permet pas de soulager le réseau électrique du fait que la batterie est en général déjà chargée au maximum avant même que l'installation n'atteigne son pic de production.
Cinquièmement, le rapport d’Hespul mentionne d’utiliser d'abord les capacités de stockage existantes !
La modulation d'une partie de la consommation peut être faite de manière automatique en modifiant simplement les plages des heures creuses de manière à démarrer les ballons d'ECS au moment du pic d'injection du photovoltaïque. Ceci pourrait d'ores et déjà être fait a cout zéro par les gestionnaires de réseau de distribution dans des zones a forte pénétration photovoltaïque.
Au-delà, le déploiement des compteurs communicants devrait permettre d'individualiser la modulation du ballon d'ECS pour les utilisateurs ayant une installation photovoltaïque en utilisant un signal avant compteur paramétré par l'utilisateur, par un agrégateur ou par le gestionnaire de réseau.
Enfin, la note conclut par le fait qu’il faut que les équipements onéreux tels que les unités de stockage électrique doivent être multifonctionnels
L'IOW conclut également que l'autoconsommation sans dispositif de stockage reste aujourd’hui la formule la plus économique. Dans les conditions allemandes, les meilleurs systèmes dans les gammes de puissance adaptées vers une utilisation résidentielle ont un coût d'environ 500 euros par kWh de capacité de stockage pour une durée de vie de 5 à 10 ans alors qu'un coût de 300 à 400 euros par kWh et une durée de vie de 20 ans seraient nécessaires pour obtenir la même rentabilité.
Pour avoir un réel intérêt économique, les unités de stockage devraient remplir plusieurs fonctions :
- Eviter le renforcement des réseaux en augmentant leur capacité d'accueil de la production.
- Fournir des services-systèmes au réseau (puissance réactive, filtrage d'harmoniques, etc.)
- Contribuer a diminuer la pointe de consommation dans une logique d'autoproduction.
- Lisser les fluctuations parfois rapides du photovoltaïque.