J’ai entièrement converti une maison à l’électricité. Voici comment cela a fonctionné – et ce que cela a coûté

J’ai entièrement converti une maison à l’électricité. Voici comment cela a fonctionné – et ce que cela a coûté

Barry Cinnamon est le PDG de Cinnamon Energy Systems en Californie.

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J’écris ceci à San Jose sous un ciel rouge semblable à celui de Mars, avec de légères cendres tombant occasionnellement et une faible odeur de fumée dans l’air. La production solaire a baissé de 60 %, même si les feux qui brûlent sont à au moins 80 km d’ici.

Certains disent que c’est la nouvelle normalité. Selon toute vraisemblance, les choses vont empirer avec l’augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes et l’élévation du niveau des mers due à la fonte des calottes glaciaires. De nombreuses personnes en Californie sont littéralement impuissantes car notre infrastructure de services publics ne parvient pas à suivre les effets du changement climatique, amplifiés par les besoins croissants de notre société en matière d’énergie électrique.

Heureusement, avec les technologies solaires, de batteries et de pompes à chaleur actuellement disponibles, chaque bâtiment de moins de deux étages avec un toit ensoleillé peut être un générateur net d’énergie – essentiellement neutre en carbone. De plus, avec des batteries connectées au réseau, les bâtiments peuvent facilement fournir la résilience dont notre réseau a besoin pendant les pénuries d’électricité et les pannes.

Altruisme mis à part, la production est moins coûteuse que la conservation pour les bâtiments existants. Il est plus rentable d’ajouter du solaire et du stockage que d’améliorer l’efficacité de l’enveloppe du bâtiment ou de remplacer l’équipement CVC existant avant sa fin de vie par un nouvel équipement à haut rendement.

Il est temps de brûler ce pont vers le gaz naturel

L’ancien secrétaire américain à l’énergie, Ernest Moniz, a positionné le gaz naturel comme le pont vers les énergies renouvelables. Nous avons traversé ce pont ; les énergies renouvelables sur site sont maintenant moins chères que le gaz naturel pour toutes les applications, à l’exception de la chaleur des processus industriels et du transport routier longue distance.

L’humanité est confrontée à une urgence de changement climatique  » tout le monde sur le pont « . Puisque l’énergie solaire et le stockage sur les toits peuvent être installés rapidement et à peu de frais, nous ne devrions pas nous arrêter à zéro carbone – nous devrions nous efforcer de rendre tous les bâtiments carbone-négatifs aussi rapidement que possible.

L’économie des clients pour les énergies renouvelables sur site est convaincante. Prenons l’exemple d’une maison qui utilise 1 000 thermomètres de gaz naturel pour le chauffage des locaux par an ; à 2 $/therm, cela revient à 2 000 $ par an. Les pompes à chaleur actuelles consommeraient 8 300 kilowattheures par an pour fournir la même quantité de chaleur ; à 0,30 $/kWh, cela revient à environ 2 500 $ pour l’électricité.

Toutefois, avec l’énergie solaire en toiture dans l’équation à un taux moyen de 0,10 $/kWh, les coûts de fonctionnement annuels de la pompe à chaleur seraient de 830 $. Un calcul énergétique similaire démontre également qu’un chauffe-eau à pompe à chaleur est supérieur à un chauffe-eau au gaz naturel.

Surmonter notre dépendance aux combustibles fossiles est le défi à relever puisque les bâtiments représentent 28 % de la consommation totale d’énergie en Californie. Malheureusement, il existe peu de documentation sur les cas réels d’électrification des bâtiments existants. Une modernisation de l’électrification est-elle pratique, rentable et confortable ? Est-il possible pour les bâtiments de générer toute l’énergie dont ils ont besoin sur une base annuelle ?

Pour le savoir, je me suis lancé dans un projet visant à convertir entièrement à l’électricité une maison de San Jose vieille de 50 ans. Plus de combustibles fossiles.

En cours de route, j’ai rencontré quelques pierres d’achoppement mais j’ai aussi eu des surprises très positives. La discussion suivante décompose ces expériences d’électrification des bâtiments en trois étapes fondamentales : la préparation, la production et la conversion.

Les détails sont présentés dans le tableau suivant et dans la discussion ci-dessous.

Préparation : Les fruits à portée de main

La sagesse conventionnelle suggère de commencer par un audit énergétique. J’ai utilisé des programmes d’audit énergétique pendant plus de 40 ans, notamment le programme Home Energy Advisor du DOE. Malheureusement, ces programmes tiennent rarement compte des tarifs des services publics locaux, des incitations à l’énergie solaire et au stockage, de la baisse des coûts de l’énergie solaire et du stockage, ainsi que de la nouvelle technologie des pompes à chaleur et des appareils ménagers.

Mon conseil anticonformiste est de faire l’impasse sur l’audit énergétique et de se concentrer plutôt sur les fruits mûrs – généralement, l’éclairage LED, l’étanchéité des fenêtres, des portes et des conduits qui fuient, et le fonctionnement efficace des appareils électriques lorsque les tarifs électriques sont les plus bas.

Néanmoins, il existe certains produits et services qui fournissent des rapports en temps réel sur la consommation d’électricité ; ces services sont assez utiles pour identifier et ensuite réduire la consommation d’électricité des bâtiments.

Pour ce projet, il n’était pas logique économiquement de ré-isoler les murs ou d’améliorer les fenêtres à simple vitrage restantes. Cependant, l’ancienne isolation du grenier a été aspirée et 18 pouces de cellulose soufflée ont été ajoutés, faisant passer la valeur R de moins de 7 à 60.

C’était une évidence de remplacer toutes les ampoules incandescentes et CFL par des LED. L’ancienne pompe de piscine à vitesse unique a été remplacée par une nouvelle pompe à vitesse variable qui est si silencieuse qu’elle peut fonctionner la nuit lorsque les tarifs électriques étaient bas. L’élimination des charges électriques vampires, l’utilisation d’un thermostat de recul et le fonctionnement des appareils en heures creuses ont généré des économies supplémentaires.

Génération : Solaire et stockage

Une fois que les mesures d’efficacité énergétique faciles et bon marché ont été mises en œuvre, dans presque tous les cas, l’étape suivante consiste à produire de l’électricité avec un système d’énergie solaire sur le toit. Le retour sur investissement de ces systèmes se produit plus rapidement qu’en améliorant les appareils fonctionnels, en ajoutant une isolation supplémentaire des murs ou en remplaçant les portes et les fenêtres.

Comme il n’y avait pas de données disponibles sur la consommation d’énergie précédente de la maison, on a estimé qu’environ 10 kW de PV sur le toit entraînerait une facture électrique nulle – y compris le CVC, le chauffage de l’eau, la cuisine, les pompes de piscine et un véhicule électrique. J’ai également installé 20 kWh de stockage d’énergie et deux onduleurs (dont un avec des capacités de chargement de VE).

Les tarifs électriques actuels sont de 0,48 $/kWh de 16 à 21 heures et de 0,17 $/kWh pendant la plupart des autres heures. En stockant l’énergie solaire dans la batterie pendant la journée (au lieu de la revendre au réseau aux tarifs plus bas de midi), puis en utilisant cette énergie la nuit, les clients de la batterie sont effectivement en mesure d’éviter les tarifs électriques de pointe élevés. En outre, il y a l’avantage évident d’avoir une alimentation de secours pour les charges essentielles de la maison pendant les pannes de courant causées par les défaillances des équipements des services publics, les incendies et les coupures de courant de la sécurité publique.

Conversion : Remplacer tous les appareils à gaz

Il est rarement rentable d’acheter de nouveaux appareils à haut rendement énergétique pour remplacer les appareils existants et fonctionnels. Il vaut mieux attendre que les vieux appareils meurent, à moins que l’efficacité de l’appareil existant soit extrêmement faible ou qu’il y ait d’autres raisons (comme le confort, le bruit ou une culpabilité environnementale impérieuse).

En préparation de ce projet d’électrification complète, le panneau de service principal original de 200 ampères a été mis à niveau avec un nouveau panneau de service  » prêt pour le solaire « . Comme ce travail a été fait en même temps que l’installation solaire et de la batterie, le crédit d’impôt fédéral s’est appliqué à cette mise à niveau.

Bien que la chaudière à gaz existante était fonctionnelle, le compresseur de la climatisation ne fonctionnait pas de manière fiable et les conduits de la maison étaient en mauvais état. Pour fournir à la fois le chauffage et la climatisation, un système de pompe à chaleur à deux zones a été installé, ainsi que deux unités de ventilation, de nouveaux conduits et deux thermostats connectés à Internet.

Notez qu’il ne s’agissait pas d’un système sans conduit « split », mais plutôt d’un système traditionnel à conduits utilisant les dispositions existantes des conduits d’air dans chaque pièce. En fonctionnement, ce système CVC à haut rendement basé sur un inverseur est presque impossible à entendre. De plus, l’unité de compresseur extérieur a occupé moins d’espace que le compresseur AC cylindrique existant, et le retrait de l’ancienne chaudière à gaz et du système de ventilation a libéré de l’espace supplémentaire dans le garage.

San Jose a un programme de remise pour encourager l’installation de chauffe-eau à pompe à chaleur. Le chauffe-eau à gaz existant de 65 gallons a été remplacé par un chauffe-eau à pompe à chaleur de 65 gallons. Comme les tarifs en fonction de l’heure d’utilisation offraient des avantages supplémentaires pour faire la lessive pendant les heures creuses, le sèche-linge à gaz a été remplacé par un sèche-linge électrique.

Après ces changements d’appareils, l’antique table de cuisson à gaz était le seul appareil à gaz restant dans la maison. Une table de cuisson à induction a été installée pour remplacer cette cuisinière à gaz, achevant ainsi l’électrification de la maison. Il restait cependant deux appareils à gaz extérieurs rarement utilisés : le chauffe-piscine/spa à gaz et le gril à gaz. Comme ces appareils à gaz polluants sont rarement utilisés – et sans options électriques convaincantes – ils ont été laissés en place.

Les leçons apprises

• Les maisons qui sont entièrement électrifiées – CVC à pompe à chaleur, chauffe-eau à pompe à chaleur, cuisinière/four électrique, séchoir électrique, solaire, stockage, VE – ne peuvent pas s’en sortir avec des services électriques plus petits de 100 ou 125 ampères. Les coûts pour les consommateurs individuels peuvent aller de 5 000 $ pour une simple mise à niveau du service électrique à bien plus de 20 000 $ si le câblage souterrain ou les transformateurs doivent être mis à jour. Les frais d’ingénierie initiaux des services publics et les délais de six mois ou plus sont typiques. Les villes et les États qui prévoient d’électrifier les bâtiments existants doivent trouver des moyens de rationaliser et de réduire de manière proactive les coûts de mise à niveau des services électriques. Aucun propriétaire sain d’esprit n’attendrait trois à six mois sans chauffage ou eau chaude pour une mise à niveau électrique. Ils remplaceront simplement les appareils au gaz naturel cassés par de nouveaux appareils.

• La technologie des pompes à chaleur a progressé rapidement. Cependant, les entrepreneurs en CVC peuvent ne pas comprendre les problèmes d’intégration avec le solaire, le stockage et l’alimentation de secours. Certains devis que j’ai reçus recommandaient un chauffage d’appoint au gaz naturel ou à l’électricité, ainsi qu’une technologie de pompe à chaleur plus ancienne et moins efficace qui ne fonctionnerait pas pendant une panne de courant. La pompe à chaleur multizone à onduleur qui a été installée est compacte et efficace, et a un faible prélèvement de courant de fonctionnement et de démarrage.

• Les plombiers confondaient parfois les chauffe-eau à pompe à chaleur avec les chauffe-eau instantanés ou les chauffe-eau électriques classiques à réservoir (qui sont en fait interdits dans certaines régions). L’installation d’un chauffe-eau à pompe à chaleur peut nécessiter un circuit électrique supplémentaire de 30 ampères, ce qui est une tâche électrique qui sort du champ d’action des plombiers conventionnels.

• Le dimensionnement d’un système solaire est assez facile si l’on utilise des données énergétiques historiques. Des calculs d’ingénierie plus compliqués sont nécessaires pour déterminer la capacité solaire supplémentaire requise lorsqu’un chauffe-eau à pompe à chaleur, un système CVC ou un VE est envisagé. La conception du système de batterie doit tenir compte à la fois de la puissance disponible de la batterie et de la capacité énergétique de la batterie, et ces besoins en puissance/énergie dépendent de la taille du système solaire ainsi que des appareils censés fonctionner pendant une panne de courant.

• Bien que le matériel des maisons tout électriques soit fiable, la plupart des logiciels et des protocoles de communication en sont encore à un stade précoce. Ces systèmes (et leurs applications respectives pour téléphones cellulaires) se parlent rarement entre eux. Les plus grands défis de ce projet étaient liés à la configuration de ces apps et à leur communication fiable.

• Ce projet a nécessité le travail de sept types différents d’entrepreneurs spécialisés : isolation, piscine, électricité, solaire/stockage, CVC, plomberie et menuiserie. Les propriétaires qui ne sont pas familiers avec les compromis d’ingénierie devraient envisager d’embaucher un consultant qui comprend les choix d’équipement disponibles, ainsi que les codes locaux, les tarifs électriques et les incitations.

• Le confort et la sécurité ont été considérablement améliorés dans ce projet. Le système électrique est plus sûr ; le CVC, le chauffage de l’eau et la cuisson ne créent pas d’émissions ou de danger d’incendie ; le chauffage et le refroidissement sont silencieux et plus confortables ; et l’alimentation de secours est automatique, silencieuse et sûre.

• Après un an de fonctionnement, il est clair qu’un système solaire de 10 kW sur le toit aurait été la bonne taille. Cependant, au cours de l’installation, des panneaux supplémentaires ont été installés, portant la taille du système à 12,8 kW. Après la première année, le système a généré 17 404 kWh, avec un excédent de 7 788 kWh selon la facture du service public. L’excédent d’énergie aurait été bien moindre si deux VE avaient été chargés à la maison, plutôt qu’un seul. Les 20 kWh de stockage d’énergie ont fourni une capacité suffisante pour éviter les pics de consommation d’énergie pendant 335 des 365 jours de l’année. Ce n’est que lors de journées très chaudes, enfumées ou nuageuses qu’il a été nécessaire de tirer de l’électricité du service public pendant les heures de pointe.

Recommandations politiques

Les impacts tangibles du changement climatique obligent la Californie à électrifier les bâtiments et les transports dans un délai de plus en plus court. Tous les appareils à gaz doivent être remplacés, et une électricité bon marché et fiable est également essentielle. L’amélioration des bâtiments existants grâce à l’énergie solaire et au stockage sur site est le moyen le plus rapide et le moins coûteux d’y parvenir. Puisque le coût différentiel pour ajouter plus de solaire et de stockage est relativement faible, encourager les bâtiments à devenir neutres en carbone est bénéfique pour l’environnement, le réseau et les contribuables.

Des transitions efficaces de cette ampleur sont accélérées par des économies favorables pour les clients. D’un point de vue financier, il existe des capitaux privés provenant à la fois des propriétaires de bâtiments et du secteur bancaire. Cependant, cette transition est retardée et détournée par les services publics en place. Le désir des services publics appartenant aux investisseurs de générer des profits croissants est fondamentalement en contradiction avec le besoin de la Californie d’une transition rapide vers une électricité sûre et abordable ; la seule solution est de remanier le modèle économique des services publics – ce qui n’est pas une tâche facile.

Les résultats du monde réel de ce projet suggèrent trois politiques clés pour améliorer l’économie et accélérer l’électrification des bâtiments:

1. Rémunérer équitablement les clients hôtes

Les clients et les investisseurs doivent continuer à recevoir une compensation équitable pour l’énergie (kWh) et la puissance (kW) qu’ils fournissent au réseau. Ils doivent être indemnisés pour les investissements qu’ils réalisent dans l’énergie solaire et le stockage, d’autant plus que ces millions de systèmes solaires et de batteries fournissent de l’énergie et du courant pendant les pénuries d’électricité et les pannes. Les profits perdus pour les investisseurs des services publics ne devraient pas être utilisés comme une justification pour augmenter les coûts des clients – en particulier lorsqu’il existe des alternatives plus rapides et moins coûteuses pour les contribuables.

1. Éliminer la paperasse, simplifier les incitations, automatiser l’interconnexion

Ces coûts bureaucratiques inutiles ajoutent 30 pour cent ou plus aux projets d’électrification, en particulier ceux liés aux améliorations qui interagissent avec le réseau électrique. La gestion des incitations et des interconnexions doit être retirée des mains des industries en place qui sont manifestement opposées à ces mesures d’autoproduction et de conservation. Il est ridicule que les services publics appartenant à des investisseurs gèrent si délibérément et si efficacement les programmes d’incitation que les coûts de traitement de la paperasse dépassent souvent la valeur de l’incitation elle-même. Des délais d’interconnexion de quatre à six mois sont typiques pour les projets de batteries, réduisant proportionnellement les avantages financiers pour les clients (un délai de cinq mois avec une facture d’électricité de 300 $ signifie que 1 500 $ supplémentaires vont à la société d’électricité au lieu d’être économisés par le client).

1. Mettre à niveau l’infrastructure électrique résidentielle

Le processus de mise à niveau du service électrique d’une maison est brisé et doit être revu. Lorsque le chauffe-eau ou la chaudière d’un propriétaire meurt, ou qu’il achète un véhicule électrique, ou qu’il veut installer une installation solaire sur le toit pour répondre à tous (ou plus) ses besoins en électricité, ou qu’il veut installer une batterie pour l’alimentation de secours et les services de soutien du réseau, il ne peut pas attendre six mois et dépenser jusqu’à 20 000 $ pour que son service public se décide à moderniser le service. Ces coûts supplémentaires et ces retards mettent souvent complètement en échec les efforts des propriétaires pour s’électrifier. Une meilleure solution pour les gouvernements serait de coordonner les améliorations du service électrique pour des groupes de maisons voisines. Les propriétaires n’auraient pas à naviguer dans l’ensemble opaque des règles des services publics et des villes pour les mises à niveau, un seul entrepreneur pourrait être sélectionné pour effectuer les travaux électriques souterrains et aériens coûteux dans un quartier, et les propriétaires pourraient ensuite électrifier leurs maisons au moment opportun.

En accélérant la transition vers l’électrification de la Californie, nous avons la possibilité d’éviter les pires impacts du réchauffement climatique, tout en améliorant l’environnement et l’économie. La bonne nouvelle est que tant la technologie que l’économie sont en place pour soutenir ces efforts d’électrification.