Qu'entend-on par «autoconsommation» ?

L'autoconsommation d'énergie renouvelable locale (p. ex. photovoltaïque) est un modèle économique dans lequel le bâtiment utilise l'électricité produite par des sources locales pour ses propres besoins électriques, agissant ainsi à la fois comme producteur et consommateur (ou prosommateur). Dans les années 2020, l'autoconsommation devient le modèle économique privilégié pour plusieurs raisons :

• l'autoconsommation offre, ou offrira bientôt, des avantages économiques plus importants et un meilleur contrôle des factures énergétiques,
• l'autoconsommation permet aux bâtiments de consommer leur propre énergie décarbonée,
• l'autoconsommation promet à l'avenir une plus grande indépendance vis-à-vis du réseau et des variations du prix de l'électricité.

En quoi l'autoconsommation a-t-elle un impact sur l'installation électrique d'un bâtiment ?

Fig. K38 – Un système photovoltaïque peut être raccordé directement au réseau de distribution électrique ([a]) ou à l'installation électrique du bâtiment et utilisé pour l'autoconsommation ([b])

• 
  [a] Production PV exportée vers le réseau de distribution
• 
  [b] Production PV autoconsommée

POUR L'INJECTION DANS LE RÉSEAU DE DISTRIBUTION, VOTRE INSTALLATION PHOTOVOLTAÏQUE ET L'INSTALLATION ÉLECTRIQUE DE VOTRE BÂTIMENT SONT SÉPARÉES ET INDÉPENDANTES. Voir Fig. K38 - [a]

Lorsque la production photovoltaïque (PV) est entièrement exportée vers le réseau de distribution, l'installation photovoltaïque y est raccordée sans passer par le système électrique du bâtiment (voir Fig. K38 - [a]), même si les points de raccordement peuvent être très proches. Bien qu'ils fassent partie de la même infrastructure physique, le système photovoltaïque et l'installation du bâtiment sont deux unités électriques indépendantes et autonomes. L'énergie photovoltaïque injectée dans le réseau de distribution et l'énergie consommée par le bâtiment sont mesurées par deux compteurs indépendants.

L'installation photovoltaïque nécessite un minimum de fonctions de régulation (généralement gérées par des onduleurs), fonctions qui n'ont aucun impact sur la régulation du bâtiment. Les règles des installations photovoltaïques sont définies par la norme IEC 60364-7-712 et les règles de raccordement au réseau de distribution.

LORSQUE VOUS CONSOMMEZ VOTRE PROPRE ÉNERGIE, VOTRE INSTALLATION PHOTOVOLTAÏQUE FAIT PARTIE INTÉGRANTE DE L'INSTALLATION ÉLECTRIQUE DE VOTRE BÂTIMENT (voir Fig. K38 - [b]

Dans ce second cas (Fig. K38 - [b]), l'installation photovoltaïque est raccordée à l'installation électrique du bâtiment en aval du compteur général. L'installation photovoltaïque faisant partie de l'installation du bâtiment, son dimensionnement, son système de mise à la terre et ses équipements de protection sont tributaires de l'installation électrique du bâtiment. L'intégration de l'installation photovoltaïque peut également nécessiter des modifications dans d'autres parties de l'installation électrique du bâtiment.

EN MODE AUTOCONSOMMATION, DES SOURCES D'ÉNERGIE SUPPLÉMENTAIRES OU DES ÉQUIPEMENTS DE STOCKAGE PEUVENT ÊTRE AJOUTÉS, OUVRANT LA VOIE À UN FONCTIONNEMENT ISOLÉ. Voir Fig. K39

Fig. K39 – Production photovoltaïque et stockage pour l'autoconsommation en mode isolé (= îlotage, soit déconnecté du réseau de distribution

Quels sont les changements induits par l'intégration de la production photovoltaïque pour l'autoconsommation ?

L'autoconsommation d'énergie produite par des panneaux photovoltaïques implique trois changements fondamentaux :

• l'installation électrique n'est plus alimentée par une seule source, mais par deux sources ou plus fonctionnant parallèlement au réseau de distribution,
• chaque source locale produit de l'énergie (ou non, selon les conditions), ce qui signifie que l'installation dispose de plusieurs modes de fonctionnement, en fonction des combinaisons de sources d'énergie,
• les panneaux photovoltaïques produisent un courant continu (CC) et utilisent des onduleurs pour le convertir en courant alternatif (CA).

Fig. K40 – Installation avec panneaux photovoltaïques (énergies renouvelables) pour l'autoconsommation

Par conséquent, l'autoconsommation d'énergie photovoltaïque soulève d'importantes considérations techniques lors de la conception de l'installation électrique du bâtiment :

• où raccorder la production photovoltaïque ?
• comment calculer les paramètres système de l'installation ?
• comment dimensionner une installation dans un bâtiment avec production PV ?
• comment protéger le système électrique d'un bâtiment équipé d'une installation photovoltaïque ?
• comment gérer le système photovoltaïque et les charges du bâtiment ?

L'énergie produite par des sources locales (photovoltaïque, etc.) alimente les charges parallèlement au réseau

Pendant la journée, lorsque le soleil brille et que les panneaux produisent de l'électricité, l'installation électrique est alimentée à la fois par le réseau et par le système photovoltaïque. Ces deux sources fonctionnent en parallèle, sans transfert d'alimentation d'une source à l'autre.

Pour cela, les onduleurs convertissent le courant continu produit par les panneaux PV en courant alternatif. Les onduleurs synchronisent leur puissance de sortie avec la tension et la fréquence du réseau afin d'éviter les problèmes de déséquilibre et d'instabilité.

Fig. K41 – La production photovoltaïque est synchronisée avec la tension et la fréquence du réseau afin d'éviter tout problème de déséquilibre et d'instabilité

L'autoconsommation de l'énergie locale se fait naturellement

L'autoconsommation ne nécessite aucun équipement spécifique pour gérer le flux d'électrons, cela se fait naturellement : l'énergie produite localement alimente les charges, car l'électricité emprunte le chemin de moindre résistance.

Le chemin vers les charges, constitué de câbles et de jeux de barres, présente une résistance bien inférieure à celle du chemin vers le transformateur et le réseau. Par conséquent, les charges consommeront la production locale disponible et puiseront de l'énergie supplémentaire dans le réseau, selon les besoins.

Fig. K42 – L'électricité produite localement (photovoltaïque, par exemple) alimente les charges, car le chemin vers les charges présente une moindre résistance que le chemin vers le transformateur et le réseau

Si la production locale dépasse la consommation, par exemple pendant les week-ends, l'électricité excédentaire sera naturellement injectée dans le réseau. L'opérateur du réseau de distribution a le choix d'autoriser ou non cette injection d'énergie locale qui doit être gérée. Voir Comment gérer les excédents de production ?.

La nuit, les systèmes photovoltaïques ne produisent pas d'énergie, mais peuvent en consommer

La nuit, la production des panneaux photovoltaïques est nulle. Même si les onduleurs sont en veille, ils peuvent consommer un peu d'électricité (généralement moins de 1 watt/heure).

Les pertes d'énergie en veille peuvent être évitées en déconnectant le système photovoltaïque pendant la nuit ce qui est rarement fait, car la déconnexion nécessite des appareillages supplémentaires et une opération de commutation quotidienne.

Fig. K43 – Consommation électrique nocturne d'un onduleur (extrait des spécifications techniques)

Quelle est la différence avec un groupe électrogène de secours classique ?

L'utilisation de sources locales d'alimentation, telles que les groupes électrogènes de secours, est courante dans les installations électriques destinées aux services vitaux, par exemple.

Fig. K44 – Exemple d'installation avec un groupe électrogène de secours

La principale différence entre une telle installation et une installation de prosommateur réside dans le fait qu'elle n'est pas destinée à produire de l'énergie lorsqu'elle est connectée au réseau. Elle ne dispose donc que de deux modes de fonctionnement :

• raccordé au réseau sans production locale,
• déconnecté du réseau grâce à une production locale.

Le type de mise à la terre du système en mode déconnecté est facile à gérer. De plus, les groupes électrogènes de secours de type synchrones sont capables de fournir une surintensité en cas de court-circuit, y compris en cas de défaut à la terre : la déconnexion de l'alimentation se fait donc automatiquement pour protéger l'installation contre les défauts à la terre. Les architectures complexes (avec plusieurs groupes électrogènes) posent des problèmes de stabilité et de régulation, et/ou nécessitent une transition étroite avec le réseau de distribution. Leur usage est donc limité à certaines applications (hôpitaux ou centres de données) alors que le stockage d'énergie photovoltaïque et sur batterie est applicable à tout type de bâtiment, y compris les locaux résidentiels.

Remarque : ce type d'installation est couvert par la norme IEC 60364-5-55.