Une maison autonome en énergie ?

Le défi est le suivant : comment sortir de notre dépendance aux énergies fossiles tout en couvrant l'ensemble de nos besoins énergétiques grâce aux énergies renouvelables ? Avec la chute drastique du prix des panneaux photovoltaïques, il devient envisageable de s'y projeter.

Ma maison autonome, c'est l'histoire d'un défi passionné autour de l'énergie. Voici le résultat de plusieurs années de recherches, comparatifs, fausses routes et excitations. Découvrons ce qu'il est possible de réaliser en restant dans les limites de ce qui est permis.

Choix de l'onduleur

Les Gestionnaires du Réseau de Distribution (ORES, Fluvius, Sibelga, REW, etc) autorisent l'installation d'une production d'énergie de maximum 10.000 watts sans autorisation. Ce sera notre point de départ : un onduleur photovoltaïque qui peut fournir 10.000 watts en instantané. Cette puissance instantanée est suffisante pour rendre une maison autonome. 

Remplir cette condition permet de rester connecté au réseau public, une condition nécessaire pour conserver la salubrité du bâtiment (en cas de vente par exemple). De plus, cela permet d'avoir un filet de sécurité en cas de problème technique. Toutefois, nous pourrions très bien appliquer cette solution hors réseau; nous observerons certaines remarques à ce propos.

Besoins énergétiques annuels

Nous souhaitons couvrir la consommation d'énergie sur toute l'année d'une maison familiale. Si toutes les techniques (chauffage, eau chaude sanitaire et mobilité) sont passés à l'électrique, voici la consommation relative à chaque poste   : 

• 3.500 kWh de consommation électrique pure (moyenne belge)
• 2.000 kWh pour l'eau chaude sanitaire
• 5.000 kWh pour le chauffage (maison isolée correctement)
• 8.000 kWh pour la mobilité
• • 20.000 km annuels en véhicule électrique
  • consommation de 20 kWh pour parcourir 100 km
  • 2 véhicules

Les besoins énergétiques sont donc de l'ordre de 20.000 kWh par an. Nous pouvons observer ci-joint la production réelle en 2024 pour un projet similaire, en sachant que 2024 a été une mauvaise année d'ensoleillement.

Dimensionnement des panneaux

Nous allons donc brancher à l'onduleur un maximum de panneaux : avec une configuration bien spécifique, nous pouvons brancher 30.000 Wc de panneaux tout en conservant la garantie de 10 ans sur l'onduleur.

Certains diront que c'est un peu dommage que les panneaux puissent fournir 30.000 watts mais que l'onduleur n'arrive à convertir que 10.000 watts en instantané : la perte annuelle est de l'ordre de 6.000kWh, soit environ 20%. Toutefois, rappelons que l'objectif est surtout de produire ces 10.000 watts le plus souvent possible tout au long de l'année. Inutile d'avoir une production instantanée de 30.000 watts durant la belle saison : nous ne saurions quoi en faire. 

En fait, il faut surtout vérifier la production durant les mois les moins ensoleillés : en décembre et janvier, la production est de 400 kWh. Avec ces 15 kWh par jour en moyenne, c'est un peu juste mais cela peut passer moyennant quelques adaptations (charger le véhicule à l'extérieur et prévoir une source de chaleur supplémentaire non électrique, comme un poêle à bois ou à pellet). La production annuelle sera de l'ordre de 20.000 kWh.

Ces 30 kWc de panneaux correspondent à environ 70 panneaux de 440 Wc. Cela représente tout de même une surface de 150 m² ! La surface est donc notre première contrainte de l'espace. Il faut faire preuve d'imagination : commencer par remplir la toiture, puis imaginer d'autres espaces pour placer des panneaux : un carport, une poolhouse, une terrasse couverte, ou carrément les mettre à la vertical contre un mur ou une palissade.

Deux remarques ici : 

• Nous pouvons installer des panneaux orientés au Nord, tant que l'inclinaison ne dépasse pas plus de 45°C. Au delà, le rendement n'en vaut plus la peine (moins de 50%).
• Les panneaux peuvent de plus en plus être considérés comme des éléments de construction à part entière, pour constituer une toiture ou un bardage.
• Nous avons le droit à maximum 4 zones différentes (une zone = une seule orientation et inclinaison)

Gestion de l'énergie

Nous avons désormais une source d'énergie qui produit l'énergie nécessaire tout au long de l'année. Mais il faut également vérifier que cette production soit présente à tout moment de la journée, et même si les conditions météos sont mauvaises durant plusieurs jours.

Pour cela, nous commencerons d'abord par ajuster la consommation d'énergie avec les différentes solutions présentées sur ce site, à savoir les principales : 

• Ballon d'eau chaude sanitaire alimenté par l'excédent photovoltaïque (100 litres correspond à environ 5 kWh de stockage)
• Borne pour voiture électrique alimentée avec l'excédent photovoltaïque (20 kWh permet de rouler 100 km)

Stockage

Enfin, une batterie de stockage est indispensable pour être tout à fait autonome. Prenons le temps de la dimensionner correctement. Si nous observons le graphique de production journalière du mois de décembre, nous voyons que les moins bonnes journées de production sont de l'ordre de 5 kWh. Nous voyons aussi que les autres journées de production montent régulièrement à 10, 15 et même 20 kWh. Une batterie de 15 kWh est donc suffisante : pour les journées à plus de 15 kWh de production, l'excédent sera envoyé dans l'eau chaude sanitaire ou la borne de recharge et rien ne sera perdu de toute façon.

Le moment critique en plein hiver

Le moment le plus critique pour cette année est située entre le 19 et le 24 décembre où un total de 50 kWh a été produit en 7 jours. Cela signifie que durant ces journées, la consommation moyenne ne peut pas dépasser 10 kWh. L'utilisation du réseau public sera donc nécessaire durant cette semaine de l'année. 

Pour une solution hors réseau, il faut donc veiller à charger son véhicule électrique ailleurs qu'à domicile, et chauffer avec une source non électrique comme un poêle à bois ou à pellet. Il est également envisageable de démarrer automatiquement un générateur :  certes celui-ci fonctionnera aux énergies fossiles, mais seulement quelques jours par an. Ces solutions demeurent relativement accessibles.

Notons qu'une batterie plus grande permettrait d'être plus autonome le reste de l'année et de consommer plus en soirée. Une batterie de 20kWh pourrait donc être moins restrictive.

Budgétiser cette solution

Essayons maintenant de budgétiser cette solution pour voir son intérêt financier.

• Installation de 70 panneaux de 440Wc à 0,50€/Wc = environ 15.000€
• Raccordement de l'onduleur avec gestion d'énergie = environ 3.000€
• Pose de 20 kWh de batterie à 500€/kWh = environ 10.000€
• 2 bornes de recharge intelligent = 2x 1.500€
• Commande eau chaude sanitaire = 1.500€
• Optionnel : système de back-up en cas de coupure du réseau public

Nous sommes donc à un coût approximatif de 30k€ avec les économies d'ensemble. Si le système tient 20 ans, cela revient à un coût de 125€ par mois : c'est négligeable si l'on considère que cela couvre nos besoin énergétiques pour nous déplacer, nous chauffer, notre eau chaude et notre consommation électrique. Le système est donc très intéressant financièrement.

• Factures du passé : mazout, gaz, essence ou diesel, électricité
• Factures du futur : uniquement l'appoint énergétique nécessaire entre novembre et février (bois ou pellet + recharge de la voiture électrique)

Et sur le plan écologique ?

Observons la réduction des émissions de CO₂ que cette solution permet pour une maison familiale : 

• Chauffage et eau chaude (chaudière au gaz) : 4,94 tonnes de CO₂ par an
• • 2.300 m³ de gaz pour chauffer l'habitation et l'eau chaude
  • Facteur d'émission du gaz naturel : 2,15 kg de CO₂ par m³
• Chauffage et eau chaude (chaudière au mazout) : 5,63 tonnes de CO₂ par an
• • 2.100 litres de mazout pour chauffer l'habitation et l'eau chaude
  • Facteur d'émission du mazout : 2,68 kg de CO₂ par litre
• Mobilité : 2x 2,68 tonnes de CO₂ par an
• • 2 véhicules roulant 20.000 km par an
  • Consommation de 5 litres de diesel pour 100km
  • Facteur d'émission du diesel : 2,68 kg de CO₂ par litre
• Electricité : 0,6 tonnes de CO₂ par an
• • Consommation de 3.500kWh par an
  • Facteur d'émission Belgique : 174g de CO₂ par kWh

Cette solution permet donc une réduction directe de plus de 10 tonnes de CO₂ par an !

Conclusion

Nous avons construit ici un système résilient : en créant une forte indépendance par rapport au réseau électrique publique, nous nous sommes protégés de l'inflation, éloignés du contexte politique international et nous avons largement réduit notre impact environnement. 

Nous voyons que le système proposé tient la route sans soucis plus de 8 mois par an. Entre novembre et février, des petits ajustements sont nécessaires mais ne constituent pas une contrainte écrasante. La plus grosse contrainte est de pouvoir placer 150 m² de panneaux, bien que certaines solutions insolites ont été proposées.

Si nous vérifions les données de production pour mars et octobre, nous avons facilement 40kWh de production par jour : c'est suffisant pour nos besoins. Une consommation journalière standard serait approximativement : 

• 10 kWh pour chauffer l'habitation
• 5 kWh pour profiter de douches chaudes chaque soir
• 5 kWh pour l'utilisation d'appareils électriques
• 20 kWh pour charger deux véhicules électriques et ainsi rouler 2x50 km quotidiennement (soit 2x 18.000 km par an + 2000 km pour les vacances d'été)

Lorsque d'avantage d'électricité est produite, cela forme une réserve pour les moins bons jours en stockant l'énergie sous dans la batterie du véhicule, la batterie de stockage ou l'eau chaude sanitaire.

La cerise sur le gâteau

Nous nous sommes concentrés sur les mois les moins ensoleillés. Si nous regardons maintenant les beaux mois (de avril à août), les productions d'énergie battent des records : nous pouvons profiter de 80 kWh par jour en moyenne. C'est donc plus que nécessaire, et cela nous permet de profiter de petits extras comme un jacuzzi, une piscine ou la climatisation 😁

Pour aller plus loin

Si vous êtes arrivés jusqu'ici, tout d'abord: BRAVO ! Les puristes se rendront compte de certaines limites ou raccourcis empruntés lors de mes explications.

Pour bien faire, nous pourrions analyser encore plus de paramètres :

• Le coût d'achat et d'entretien du matériel
• • exemple : les véhicules électriques sont plus chers à l'achat mais nécessitent moins d'entretien
• La considérations des primes et subsides actuels/passés/futurs pour les différents postes
• Le coût d'entretien des appareils avant/après est les coûts de remplacement
• • Nettoyage des panneaux photovoltaïques
  • Remplacement de la résistance du boiler
  • Détartrage de la cuve du boiler
  • Entretien de la chaudière
  • Ramonage d'une cheminée
  • etc...
• La prise en compte de l'inflation
• Le couplage du photovoltaïque avec l'énergie éolienne ou avec un générateur thermique d'appoint
• etc...