L’utilisation de panneaux photovoltaïques (PV) gagne rapidement en popularité en Suisse, représentant déjà 5% de la consommation d’électricité du pays. La mobilité électrique connaît également une forte croissance, avec actuellement 70 000 véhicules électriques purs et 200 000 hybrides sur les routes suisses. Martin Raubal, professeur de génie géoinformationnel à l’ETH Zurich, salue cette évolution: “Le secteur de la mobilité est responsable d’environ un tiers des émissions de gaz à effet de serre en Suisse. La mobilité électrique est un moyen de réduire les émissions de CO2 liées aux transports.”
L’énergie solaire et la mobilité électrique, un mariage parfait
Une équipe de recherche dirigée par Raubal a récemment associé la croissance de la photovoltaïque et de la mobilité électrique dans une approche hypothétique. Les scientifiques ont voulu savoir dans quelle mesure les propriétaires de voitures électriques peuvent charger leurs véhicules avec l’énergie de leurs propres systèmes photovoltaïques sans restreindre leur utilisation plus qu’avec une recharge classique via le réseau électrique. Beaucoup de gens sont sceptiques quant à la possibilité de charger un véhicule électrique avec de l’énergie solaire : “Comment puis-je utiliser ma voiture électrique si elle doit être chargée pendant la journée, lorsque le soleil brille?” est une réponse courante.
L’étude menée par les chercheurs de l’ETH contribue grandement à contrecarrer ce scepticisme: “Nos résultats montrent que les propriétaires de véhicules électriques peuvent utiliser leur voiture sans contraintes particulières, en les rechargeant dans une large mesure avec leur propre énergie photovoltaïque, même sans stockage intermédiaire”, résume Henry Martin, qui a participé à cette étude en tant que doctorant à l’Institut de cartographie et de géoinformation de l’ETH Zurich. L’étude des chercheurs de l’ETH vient d’être publiée dans le prestigieux journal “Renewable & Sustainable Energy Reviews”.
Des données réelles des utilisateurs et une génération virtuelle de PV
L’étude s’est concentrée sur 78 utilisateurs de véhicules électriques, vivant généralement dans des maisons individuelles et utilisant souvent leurs véhicules pendant la journée. Leur comportement d’utilisation a été minutieusement enregistré pendant dix mois, permettant ainsi aux chercheurs de l’ETH de savoir quand les voitures électriques étaient conduites, quand elles étaient stationnaires et quand elles étaient en cours de recharge. Les données des utilisateurs provenaient du projet “SBB Green Class”, dans lequel des particuliers pouvaient acheter un forfait de mobilité comprenant une carte de voyage GA et une voiture électrique, ainsi qu’une station de recharge privée.
Les propriétaires chargeaient principalement leurs voitures électriques avec de l’électricité du réseau à leur domicile. Auraient-ils pu utiliser leur voiture avec la même flexibilité en la chargeant avec de l’énergie solaire provenant de leur propre système photovoltaïque ? Afin de répondre à cette question, René Buffat, collaborateur de Martin, a équipé les maisons des 78 propriétaires de véhicules électriques d’un système photovoltaïque hypothétique : il a identifié les maisons via leurs adresses, reconstitué la surface disponible de toit à l’aide de données géospatiales et l’a virtuellement recouverte de panneaux solaires. En utilisant des données météorologiques historiques avec une résolution de 30 minutes, Buffat a calculé le potentiel de production d’énergie solaire, en tenant compte de facteurs tels que l’ombre des bâtiments voisins et des arbres.
Une consommation privée élevée grâce à un contrôle intelligent
À partir de ce modèle de calcul, les chercheurs de l’ETH ont pu déterminer la quantité d’énergie photovoltaïque disponible à tout moment pour chaque propriétaire de véhicule électrique afin de recharger leur véhicule. Ils ont fait l’hypothèse que l’énergie serait principalement utilisée pour charger le véhicule électrique. La puissance de charge maximale dans le modèle était de 11 kilowatts (kW). Selon la maison, les systèmes photovoltaïques avaient une puissance maximale de 5 à 25 kW, ce qui était généralement suffisant pour charger la voiture à pleine puissance ensoleillée.
Pour quatre stratégies de recharge différentes, les chercheurs ont calculé la proportion d’énergie photovoltaïque nécessaire pour recharger les voitures électriques sans aucun changement de comportement de mobilité de l’utilisateur. Dans le premier cas, les véhicules étaient chargés en même temps qu’auparavant avec de l’électricité du réseau, mais maintenant avec de l’énergie solaire si elle était disponible. Le résultat était décevant : en moyenne, seulement 15% des besoins annuels en électricité étaient couverts par l’énergie solaire (le reste provenant de l’électricité du réseau).
La deuxième stratégie de charge, où un simple contrôle intelligent (charge intelligente) assurait que la batterie était chargée chaque fois que l’énergie photovoltaïque était disponible, a donné un résultat différent. Dans ce cas, plus de la moitié (56%) des besoins en électricité étaient couverts par l’énergie photovoltaïque domestique, sans nécessité de stockage temporaire. “Nous avons été surpris par la proportion élevée”, déclare Martin. “La charge intelligente peut augmenter considérablement la consommation d’énergie photovoltaïque du ménage, et le véhicule peut être utilisé avec la même flexibilité que s’il était chargé avec de l’électricité du réseau.”
Des algorithmes pour une charge intelligente
Si le potentiel d’un contrôle intelligent est pleinement exploité (la troisième stratégie de charge), les véhicules électriques peuvent être chargés avec de l’énergie photovoltaïque domestique jusqu’à 90% du temps. Si l’énergie photovoltaïque est stockée dans une unité de stockage (quatrième stratégie de charge), les véhicules peuvent être conduits presque exclusivement avec de l’énergie solaire. Cependant, les chercheurs de l’ETH ont des réserves concernant le stockage intermédiaire. Bien que la consommation domestique d’énergie photovoltaïque puisse être légèrement augmentée, le bilan de durabilité du système de charge dans son ensemble est affecté par le fait que la production d’unités de stockage d’électricité génère des quantités importantes de CO2.
“Notre étude de cas démontre le potentiel de la charge intelligente pour une alimentation en énergie renouvelable décentralisée et compatible avec le réseau, qui a été très peu exploitée jusqu’à présent”, déclare Raubal. Son groupe de recherche travaille actuellement sur le développement de stratégies d’apprentissage automatique visant à prédire le rendement photovoltaïque et le comportement des utilisateurs aussi précisément que possible. Ces stratégies constituent la base du développement d’algorithmes de charge intelligente, qui sont espérés être bientôt utilisés systématiquement dans les stations de recharge pour véhicules électriques.
