Recharger la voiture électrique avec l'électricité solaire produite par la maison

Le photovolta?que (PV) conna?t une croissance fulgurante. En Suisse, il couvre déjà cinq pour cent de la consommation d'électricité du pays. L'électromobilité conna?t également une forte croissance : actuellement, 70'000 véhicules purement électriques circulent sur les routes suisses, auxquels s'ajoutent 200'000 hybrides. Martin Raubal, professeur de géo-ingénierie à l'ETH Zurich, se félicite de cette évolution : "En Suisse, le secteur de la mobilité est responsable d'environ un tiers des gaz à effet de serre. L'électromobilité est un moyen de réduire les émissions de CO₂-des transports".

L'électricité solaire et les véhicules électriques font bon ménage

Une équipe de chercheurs dirigée par Martin Raubal a désormais rapproché par la pensée la croissance de la production d'électricité solaire et celle de la mobilité électrique. Les scientifiques voulaient savoir dans quelle mesure les propriétaires de voitures électriques pouvaient recharger leurs véhicules avec de l'électricité produite par leur propre installation solaire, et ce sans devoir se restreindre davantage dans l'utilisation de leur voiture que lors d'une recharge traditionnelle avec le courant du réseau. De nombreuses personnes voient en effet d'un ?il critique la recharge avec de l'électricité photovolta?que : "Comment puis-je utiliser ma voiture électrique si elle doit se rendre à la station de recharge pendant la journée alors que le soleil brille ?", telle est l'opinion communément admise.

L'étude des chercheurs de l'ETH ne confirme pas ce scepticisme, bien au contraire : "Nos résultats montrent que les propriétaires de véhicules électriques peuvent utiliser leurs voitures sans restrictions particulières et qu'ils peuvent en même temps les recharger en grande partie avec leur propre électricité solaire, et ce même sans stockage intermédiaire", résume Henry Martin, le principal résultat de l'étude. Martin est doctorant à l'Institut de cartographie et de géoinformation de l'ETH Zurich et fait de la recherche à l'Institute of Advanced Research in Artificial Intelligence (IARAI) à Vienne. L'étude des scientifiques de l'ETH vient d'être publiée dans la célèbre publication spécialisée. page externeRenewable & Sustainable Energy Reviews a été publié.

Données réelles des utilisateurs, rendement PV virtuel

L'étude s'est concentrée sur 78 électromobiliens. Ces personnes habitaient généralement une maison individuelle et utilisaient souvent leur véhicule pendant la journée. Leur comportement d'utilisateur avait été minutieusement enregistré pendant dix mois. Les chercheurs de l'ETH savaient ainsi quand les voitures électriques roulaient, quand elles étaient à l'arrêt et quand elles étaient chargées. Les données des utilisateurs provenaient du projet "'CFF Green Class", dans le cadre duquel les particuliers pouvaient acquérir, contre paiement, un pack de mobilité comprenant un abonnement général et une voiture électrique, y compris une station de recharge privée.

Les propriétaires de voitures électriques ont généralement rechargé leurs voitures à la station de recharge domestique avec le courant du réseau. Auraient-ils pu utiliser leurs voitures avec la même flexibilité s'ils les avaient chargées avec de l'électricité produite par leurs propres installations photovolta?ques ? Pour répondre à cette question, le collègue de recherche d'Henry Martin, René Buffat, a équipé mentalement les maisons des 78 propriétaires de véhicules électriques d'une installation photovolta?que : Pour ce faire, il a déterminé l'adresse de domicile de chaque maison, a reconstruit la surface de toit disponible en tenant compte de différentes données géographiques et l'a recouverte virtuellement de modules PV. ? l'aide de données météorologiques historiques avec une résolution de 30 minutes, Buffat a calculé la production potentielle d'électricité solaire, en tenant compte par exemple de l'ombre portée par les b?timents voisins et les arbres.

Une autoconsommation élevée gr?ce à une commande intelligente

Gr?ce à ce modèle de calcul, les chercheurs de l'EPFZ connaissaient désormais la quantité d'électricité photovolta?que dont chaque propriétaire de voiture électrique disposait à chaque instant pour charger son véhicule. Pour cela, ils ont fait l'hypothèse que le courant solaire était utilisé en priorité pour la charge du véhicule électrique. Dans le modèle, la puissance de charge maximale était de 11 kilowatts (kW). Selon les maisons, les installations photovolta?ques disposaient d'une puissance de pointe de 5 à 25 kW. Elles étaient généralement suffisantes pour recharger la voiture correspondante à pleine puissance par temps ensoleillé.

Les scientifiques ont calculé pour quatre stratégies de recharge quelle part de l'électricité solaire personnelle peut être utilisée pour recharger les voitures électriques, sans que les utilisateurs ne modifient leur comportement en matière de mobilité. Dans le premier cas, les voitures électriques sont rechargées aux mêmes heures qu'auparavant avec le courant du réseau, mais désormais avec du courant solaire, pour autant qu'il soit disponible. Le résultat est décevant : en moyenne, dans ce cas, seuls 15% des besoins annuels en électricité sont couverts par l'électricité photovolta?que (le reste par l'électricité du réseau).

Le résultat est différent pour la stratégie de charge 2, dans laquelle une simple commande intelligente (smart-charging) veille à ce que la batterie soit chargée de préférence lorsque l'électricité solaire domestique est disponible. Dans ce cas, plus de la moitié (56 %) des besoins en électricité peuvent être couverts par l'électricité solaire propre, et ce sans avoir recours à un accumulateur intermédiaire. "Cette proportion élevée nous a surpris", déclare Henry Martin, "la recharge intelligente peut augmenter de manière significative la consommation propre d'électricité solaire - et le véhicule peut être utilisé avec la même flexibilité que s'il était rechargé avec le courant du réseau".

Algorithmes pour le smart charging

Si l'on exploite systématiquement le potentiel de la commande intelligente (stratégie de charge 3), les véhicules électriques peuvent même être "rechargés" à 90% avec leur propre électricité solaire. Si l'électricité photovolta?que est stockée dans un accumulateur (stratégie de charge 4), les véhicules ne roulent pratiquement qu'à l'électricité solaire. Les chercheurs de l'ETH ont un avis mitigé sur les accumulateurs intermédiaires : ils permettent certes d'augmenter encore un peu l'autoconsommation d'électricité PV verte, mais ils ne permettent pas d'atteindre les objectifs fixés. Le bilan de durabilité de l'ensemble du système de recharge est toutefois assombri par le fait que la fabrication des accumulateurs d'électricité génère des émissions de CO₂-La quantité d'énergie produite.

"Notre étude de cas met en évidence le potentiel, jusqu'à présent à peine exploité, de la recharge intelligente pour un approvisionnement décentralisé en énergies renouvelables et respectueux du réseau", explique Martin Raubal. Dans sa chaire, des stratégies d'apprentissage automatique sont actuellement développées dans le but de pouvoir prédire le plus précisément possible le rendement solaire et le comportement des utilisateurs. Elles constituent la base du développement d'algorithmes de recharge intelligente qui devraient bient?t être utilisés de manière standard dans les stations de recharge des véhicules électriques.