L'énergie produite au cours de la durée de vie des panneaux solaires typiques sur les toits compense largement l'énergie nécessaire à leur fabrication, monter, puis éventuellement les recycler. Mais l'ajout d'une batterie domestique réduit généralement ces dividendes, selon de nouvelles recherches de l'Université de Stanford.

Des études antérieures ont estimé la production d'énergie à environ neuf fois l'énergie investie dans les panneaux solaires. Par contre, une nouvelle étude publiée par la Royal Society of Chemistry's Énergie et carburants durables a examiné la sortie d'un système de toit typique installé dans cinq États américains différents. Il a constaté que le ratio de distribution d'énergie va d'un minimum de 14 en Alaska à un maximum de 27 sous le soleil de l'Arizona, mais uniquement lorsque les propriétaires sont en mesure d'envoyer l'excédent d'électricité au réseau.

Cependant, lorsque les propriétaires installent une batterie et la chargent avec l'excès d'électricité avant d'envoyer les restes au réseau, le retour sur investissement énergétique pour l'ensemble du système est de 21 % inférieur à celui des panneaux solaires seuls, les chercheurs Simon Davidson Kurland et Sally M. Benson ont trouvé. Lorsque les propriétaires n'ont ni batterie ni prise de courant, l'électricité supplémentaire est simplement gaspillée. Puis, le rendement du système sur l'énergie investie tombe à sept en Alaska et à un maximum de 14 en Floride, à égalité avec les études précédentes. Parce que les propriétaires dans ce scénario doivent acheter de l'électricité pendant la soirée, l'ajout d'une batterie domestique lithium-ion standard améliore le retour sur investissement énergétique.

"Les rendements globaux élevés montrent les avantages énergétiques du photovoltaïque dans un large éventail de régions géographiques des États-Unis et, probablement, autre part, " dit Benson, co-directeur du Precourt Institute for Energy de Stanford et professeur d'ingénierie des ressources énergétiques. "Mais ils démontrent également que si un État encourage les propriétaires à investir dans des systèmes de toiture pour atteindre les objectifs d'énergie propre, puis laisser l'excès d'énergie s'écouler vers le réseau permet de tirer le meilleur parti de ces investissements. »

La métrique très étudiée « retour énergétique sur investissement » permet d'évaluer des politiques qui ne peuvent être mesurées uniquement en termes économiques, comme atteindre des objectifs environnementaux. Pour l'instant, les panneaux photovoltaïques sont fabriqués à partir d'énergie majoritairement issue de combustibles fossiles, ainsi, un gain de 14 à 27 fois en électricité renouvelable renforce les politiques qui soutiennent l'énergie solaire. A titre de contre-exemple, le principal argument contre l'éthanol à base de maïs est qu'il faut plus d'énergie pour le fabriquer et le livrer que l'éthanol produit dans une voiture.

Gains financiers pour l'énergie solaire résidentielle aux États-Unis, cependant, ne sont pas clairs. Presque tous les États autorisent la vente d'électricité excédentaire aux services publics, mais combien les propriétaires sont payés et combien ils peuvent vendre varie. Dans la plupart des États, les consommateurs sont payés au même taux qu'ils paient lorsqu'ils utilisent l'électricité. Lorsque le système exporte vers la grille, le compteur du client va à l'envers. Dans une poignée d'États, bien que, les propriétaires sont payés en fonction de la somme d'argent que leur électricité a économisée au total pour le service public – un prix beaucoup plus bas.

Alimentation du réseau par rapport aux batteries domestiques

L'ajout de batteries à un système photovoltaïque domestique réduit le retour sur investissement énergétique de l'ensemble du système de 21 % en moyenne en raison de deux facteurs. D'abord, l'ajout de batteries signifie plus d'énergie sous forme de combustibles fossiles investis dans la fabrication de l'ensemble du système. Seconde, la quantité d'électricité qu'une batterie décharge est 8 % inférieure à la quantité d'électricité nécessaire pour la recharger – une perte par rapport à l'envoi d'électricité directement à un système électrique plus important avec des clients qui peuvent utiliser l'électricité immédiatement.

"En ce qui concerne le retour sur investissement énergétique, il est difficile de justifier l'ajout de batteries aux systèmes PV résidentiels tant que la production excédentaire peut être mise à disposition d'autres utilisateurs du réseau, " a déclaré Davidson Kurland, qui était chercheur postdoctoral au Global Climate &Energy Project de Stanford lors de la réalisation de cette recherche. Il est actuellement chercheur postdoctoral à l'Université de technologie Chalmers en Suède.

Il y a encore de l'espoir pour les batteries domestiques, Davidsson Kurland et Benson retrouvés. Lorsque la vente au réseau n'est pas une option, les batteries domestiques amélioreraient hypothétiquement le rendement du système domestique de 12 à 42 pour cent dans les cinq États examinés. L'extrémité supérieure de la fourchette dans l'étude est pour un climat comme celui de Washington, où les débuts d'après-midi peuvent voir beaucoup de soleil mais peu d'utilisation d'électricité résidentielle, créer une opportunité pour les batteries. L'extrémité inférieure est pour le climat de la Floride, où la chaleur et l'humidité entraînent les systèmes de climatisation alors que le soleil brille même si personne n'est à la maison. En réalité, les consommateurs peuvent revendre l'excès d'électricité au réseau en Floride et – dans certaines limites – à Washington.

Utilitaires comme batterie gratuite ?

Dans les États qui autorisent les propriétaires d'énergie solaire à revendre au réseau au même prix que les services publics facturent aux consommateurs, les services publics se plaignent d'être utilisés comme batterie gratuite. Bien que cette politique puisse atteindre des objectifs environnementaux en encourageant les panneaux solaires domestiques, cela pourrait devenir financièrement insoutenable pour les services publics. Le Nevada en particulier s'est emmêlé avec ce problème. L'État a fortement réduit le tarif payé par les services publics aux vendeurs de fournitures photovoltaïques en 2016, ce qui a provoqué un contrecoup. Deux ans plus tard, l'État a relevé les tarifs à 95 % du tarif de détail que paient les consommateurs.

La présente étude reconnaît le dilemme. "En tant que toit solaire et grand, photovoltaic power stations grow, electricity grids will not be able to accept more afternoon power, unless new uses of cheap afternoon electrons grow, " Benson said.

The study also highlights the need for new research and development to improve the energy inputs, round-trip efficiency and life expectancy of batteries.