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Hydrogène pour le bâtiment
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Vue du bâtiment du Smart Living Lab à l’horizon 2024 © BFF SA / Behnisch Architekten (issu de https://www.smartlivinglab.ch/fr/smart-living-lab-building-jpf)
Production d'électricité photovoltaïque
• Puissance installée : 172 kWc
pour une production annuelle estimée à plus de 144 MWh d’électricité.
Stockage de l'énergie électrique
• 1.5 MWc – 4.2 MWc 215 kg H2/jour
Stockage hybride : hydrogène / batterie pour augmenter l’autoconsommation et limiter les pics avec le réseau.
Gestion de la chaleur
• Réservoir : 3 m3 d’eau
Pour le stockage et la redistribution quand souhaité au bâtiment de la chaleur de la pile à combustible.
Concept énergétique
La production d’énergie photovoltaïque alimente la consommation du bâtiment et les services associés comme la recharge de véhicules électriques. L’excédent de production est stocké dans une batterie avec un excellent rendement énergétique. Lorsque cette batterie est assez remplie, principalement au printemps ou en été, l’électrolyseur s’enclenche pour convertir l’excédent d’électricité en hydrogène.
Durant la nuit ou en journée si la production solaire devient insuffisante quelques heures la batterie se décharge alors pour alimenter le bâtiment. A la fin de l’automne et durant l’hiver, le stock d’hydrogène vient compléter la production photovoltaïque et la batterie pour permettre au bâtiment de consommer sa propre énergie. C’est la pile à combustible qui permet cette conversion de l’hydrogène en électricité. Le terme Stockage saisonnier à hydrogène provient de cette temporalité tandis que les technologies de batteries sont adaptées à des cycles journaliers. 
Caractéristiques techniques de l'installation
| Valeur | Unité | ||
| Production photovoltaïque
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172
144 |
kWc
MWh |
Production locale de l’énergie |
| Auto-suffisance | 70 à 80 | % | |
| Stockage journalier / gestion des pics avec une batterie | 30 | kWh | Réduit les échanges quotidien avec le réseau |
| Stockage saisonnier | Hydrogène | ||
| Production H2 avec un électrolyseur
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100
18 |
kW
Nm³ H2 / h |
Utilise l’excédant de production estival en hiver |
| Compression H2
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Oui
35 > 200 à 300 bar |
Réduit la surface et le prix du stock d’hydrogène | |
| Stockage
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10 000
300
|
kWh PCI
kg H2
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| Production d’électricité avec une pile à combustible | Oui | kW | |
| Stockage thermique (eau) et récupération de la chaleur de la pile à combustible | 3 000 | L |
Production photovoltaïque
Le Smart Living Lab sera équipé d’un important système de panneaux solaires photovoltaïques cumulant une puissance de 172 kWc pour une production annuelle estimée à plus de 144 MWh. Les différentes inclinaisons et orientations des panneaux solaires sur le bâtiment garantissent une production idéalement répartie sur la journée et l’année. En procédant de cette manière, les différents panneaux reçoivent un ensoleillement maximal à différentes périodes de la journée et de l’année. Cette méthode aide à prévenir les pics de production trop importants qui peuvent être observés dans des installations PV de cette taille.
Stockage de l’énergie électrique : batterie et hydrogène combinés
Dans ce projet, une méthode assez novatrice de stockage d’énergie est étudiée, le stockage d’énergie sous forme d’hydrogène. Le principe est le suivant : le surplus d’énergie électrique issu de la production photovoltaïque est utilisé dans un électrolyseur afin de produire de l’hydrogène. Ce dernier est compressé puis stocké dans des réservoirs. Lorsque la demande d’énergie excède la production, l’hydrogène peut être utilisé dans une pile à combustible pour produire de l’électricité.
Une batterie de stockage de type Li-ion est également installée en parallèle au système de stockage hydrogène, elle possède un rendement nettement supérieur au stockage hydrogène et permet donc d’assurer un stockage journalier d’électricité dans les meilleures conditions.
Gestion de la chaleur
Le fonctionnement de la pile à combustible dégage de la chaleur qui est récupérée pour le chauffage du bâtiment ou la production d’eau chaude sanitaire. La pile à combustible fonctionne donc comme unité de cogénération qui permet la récupération d’énergie électrique et thermique. Lors d’un cycle de stockage hydrogène, environ 30 pourcents de l’énergie électrique initialement utilisée peut être réutilisée. Les 70 autres pourcents sont dissipés sous forme de chaleur lors de la création et de l’utilisation de l’hydrogène. Le choix a été fait ici de procéder à une récupération de l’énergie thermique sur la pile à combustible. Le stockage d’hydrogène fonctionnant sur un cycle saisonnier, la récupération thermique est nettement plus intéressante sur la pile à combustible (en hiver) que sur l’électrolyseur (en été).
Données et contenu : Tecphy, Yvan Morier, EPFL, HEIA, SLL