HEMS et tarification dynamique : du photovoltaïque à la gestion intelligente de l’énergie

Pendant longtemps, la principale question concernant une installation photovoltaïque résidentielle était simple :

Combien d’électricité mon toit peut-il produire chaque jour ?

Mais avec le développement des batteries domestiques, des compteurs intelligents, des véhicules électriques et des offres d’électricité plus flexibles, la gestion de l’énergie à domicile entre dans une nouvelle phase.

Aujourd’hui, d’autres questions deviennent essentielles :

Quand produire, quand stocker, quand consommer et à quels moments réduire les prélèvements sur le réseau ?

C’est précisément le rôle du HEMS (Home Energy Management System), ou système de gestion de l’énergie domestique.

En reliant l’installation photovoltaïque, la batterie, la borne de recharge du véhicule électrique, la pompe à chaleur et le compteur intelligent, un HEMS peut adapter automatiquement la consommation aux prix de l’électricité, aux prévisions de production solaire, aux besoins du foyer et à l’état de charge de la batterie.

Associé à une tarification dynamique, le système énergétique domestique ne se limite donc plus à consommer l’électricité au moment où elle est produite.

Il peut chercher à utiliser l’énergie au moment le plus pertinent.

Un Home Energy Management System (HEMS) peut être considéré comme le centre de pilotage intelligent de l’énergie d’un logement.

Selon la compatibilité des équipements, il peut connecter et coordonner :

• L’onduleur photovoltaïque
• La batterie domestique
• Le compteur intelligent
• La borne de recharge du véhicule électrique
• La pompe à chaleur
• Le système de production d’eau chaude
• D’autres usages électriques flexibles

Une installation photovoltaïque traditionnelle se concentre principalement sur la production d’électricité.

Le HEMS ajoute une nouvelle dimension :

déterminer à quel moment les différents équipements doivent fonctionner.

Lorsque la production solaire est importante en milieu de journée, le système peut par exemple donner la priorité à la recharge de la batterie et déclencher la recharge d’un véhicule électrique ou le fonctionnement d’une pompe à chaleur.

Le soir, lorsque la production solaire diminue et que l’électricité du réseau devient plus chère, il peut au contraire limiter les prélèvements sur le réseau et privilégier l’énergie stockée pendant la journée.

Quelle différence entre tarification dynamique et heures pleines/heures creuses ?

La tarification dynamique et les tarifs basés sur des plages horaires sont parfois confondus.

Ils reposent pourtant sur des mécanismes différents.

Tarification selon les plages horaires

Un tarif selon l’heure de consommation définit généralement à l’avance plusieurs périodes tarifaires.

Par exemple :

• Nuit : tarif plus bas
• Journée : tarif standard
• Pointe du soir : tarif plus élevé

En France, le principe des heures pleines / heures creuses constitue l’un des exemples les plus connus de différenciation tarifaire selon l’heure.

Comme les plages sont connues à l’avance, le foyer peut programmer certains usages tels que la recharge du véhicule électrique, les appareils électroménagers ou la batterie.

Tarification dynamique de l’électricité

La tarification dynamique va plus loin.

La réglementation européenne définit un contrat d’électricité à tarification dynamique comme un contrat reflétant les variations des prix sur les marchés au comptant, notamment les marchés journalier et infrajournalier, selon une fréquence au moins équivalente à celle du règlement du marché. [1]

Selon l’offre et le marché concerné, le prix peut ainsi évoluer d’une heure à l’autre, voire toutes les demi-heures.

Lorsque la production renouvelable est abondante et que la demande est faible, les prix de gros peuvent diminuer fortement.

À l’inverse, ils peuvent augmenter lorsque la demande est élevée ou que l’offre disponible est plus limitée.

L’intérêt d’un tarif dynamique n’est donc pas seulement de consommer moins.

Il consiste surtout à :

déplacer les consommations flexibles vers les périodes les plus favorables.

Qu’est-ce que l’arbitrage énergétique ?

Lorsqu’un logement combine :

HEMS + batterie domestique + tarif d’électricité variable ou dynamique

il devient possible d'utiliser une stratégie souvent appelée arbitrage énergétique.

Le principe est relativement simple :

stocker l’énergie lorsqu’elle est moins chère et utiliser l’énergie stockée lorsqu’elle devient plus chère.

Lorsque le prix est faible, le HEMS peut par exemple donner la priorité à la recharge de la batterie à partir de l’énergie solaire.

Si la production photovoltaïque est insuffisante, que l’électricité du réseau est momentanément avantageuse et que des prix plus élevés sont attendus par la suite, un système compatible peut également décider de compléter la recharge depuis le réseau.

Pendant les périodes plus coûteuses, le logement peut ensuite réduire ses prélèvements sur le réseau et utiliser davantage l’énergie stockée.

Mais la gestion intelligente ne se résume pas à « acheter bas et utiliser haut ».

Le HEMS peut intégrer plusieurs paramètres :

prix de l’électricité + météo + prévisions photovoltaïques + consommation du foyer + état de la batterie

afin de déterminer une stratégie plus adaptée.

Une journée avec un HEMS : comment l’énergie peut-elle être pilotée automatiquement ?

Prenons l’exemple d’un logement équipé de :

• Panneaux photovoltaïques
• Batterie domestique
• HEMS
• Compteur intelligent
• Véhicule électrique
• Pompe à chaleur

La stratégie énergétique peut évoluer tout au long de la journée.

12 h 00 — Production solaire élevée

En milieu de journée, la production photovoltaïque atteint souvent l’un de ses niveaux les plus élevés.

Dans le même temps, la consommation immédiate du logement peut être relativement faible, créant un surplus de production solaire.

Le HEMS peut alors appliquer un ordre de priorité :

Production solaire → Consommation du foyer → Batterie → Usages flexibles

Le système peut par exemple :

• Recharger la batterie domestique
• Faire fonctionner la pompe à chaleur ou produire de l’eau chaude
• Recharger le véhicule électrique
• Activer d’autres équipements dont l'utilisation peut être décalée

Si le foyer bénéficie également d’une offre dynamique et que le prix de l’électricité est favorable, le HEMS peut croiser les données tarifaires avec les prévisions météo et photovoltaïques afin de déterminer s’il est pertinent de compléter la recharge depuis le réseau.

19 h 00 — Période de forte demande

Le soir constitue souvent une période de forte consommation résidentielle.

Cuisine, éclairage, télévision, pompe à chaleur et autres équipements peuvent fonctionner simultanément alors que la production photovoltaïque a déjà fortement diminué.

Le HEMS peut alors :

• Limiter les prélèvements sur le réseau pendant les périodes coûteuses
• Donner la priorité à l’énergie stockée dans la batterie
• Reporter certains usages non essentiels
• Conserver une réserve minimale de batterie selon les préférences de l’utilisateur

L’énergie solaire stockée pendant la journée peut ainsi être utilisée le soir pour alimenter le logement.

Lorsque la réglementation locale, le contrat d’électricité et la configuration technique le permettent, certains systèmes peuvent également injecter de l’électricité sur le réseau ou participer à d’autres mécanismes de flexibilité.

03 h 00 — Faible consommation et préparation du lendemain

Pendant la nuit, la consommation du foyer est généralement plus faible.

Certaines offres proposent également des prix plus avantageux pendant ces périodes.

Le HEMS peut alors utiliser les prévisions météo et de consommation pour préparer la journée suivante.

Si une forte production solaire est attendue, il peut conserver de la capacité disponible dans la batterie afin de stocker l’énergie photovoltaïque du lendemain.

À l’inverse, si une journée nuageuse est prévue et que la production solaire risque d’être faible, le système peut profiter d’un tarif nocturne favorable pour recharger partiellement la batterie depuis le réseau.

Un HEMS réellement intelligent ne se contente donc pas de :

recharger quand l’électricité est bon marché et décharger quand elle est chère.

Il peut analyser en permanence :

• Le prix actuel de l’électricité
• Les prix attendus
• Les prévisions météo
• Les prévisions de production solaire
• L’état de charge de la batterie (SOC)
• Les besoins énergétiques du foyer
• Les exigences de confort de l’utilisateur

et adapter sa stratégie.

Comment un HEMS prend-il ses décisions ?

Le fonctionnement d’un HEMS peut être présenté comme un modèle d’optimisation énergétique fondé sur plusieurs informations.

Données d’entrée

Prix de l’électricité

Prix actuel et prévisions tarifaires

Prévisions solaires

Production photovoltaïque attendue

Prévisions météo

Conditions pouvant influencer la production et la consommation

Besoins du foyer

Consommation électrique prévisionnelle

État de charge de la batterie

Niveau actuel de la batterie, ou SOC

Préférences de l’utilisateur

Par exemple, un niveau de charge minimal du véhicule à atteindre avant une heure donnée

Optimisation

Le HEMS analyse ces données afin de déterminer une stratégie énergétique adaptée.

Pilotage des équipements

Selon la compatibilité des appareils, il peut coordonner :

Photovoltaïque → Batterie → Borne VE → Pompe à chaleur → Usages domestiques → Réseau

L’un des principaux intérêts du HEMS est donc de réunir des équipements auparavant indépendants dans un même écosystème énergétique.

Comment la gestion flexible de l’énergie est-elle déjà utilisée en Europe ?

France : HEMS, EDF Tempo et autoconsommation solaire

En France, l’option Tempo d’EDF constitue un exemple intéressant de tarification différenciée.

Tempo n’est pas un tarif dynamique en temps réel au sens strict.

Les tarifs varient selon la couleur attribuée à chaque journée et selon les heures pleines et les heures creuses.

EDF répartit actuellement l’année en 300 jours bleus, 43 jours blancs et 22 jours rouges. Les jours rouges sont concentrés pendant la période hivernale et visent notamment à encourager les consommateurs à diminuer ou décaler leur consommation pendant les périodes de forte demande. Un compteur Linky communicant est nécessaire pour souscrire à Tempo. [3]

Pour un logement équipé de panneaux photovoltaïques et d’une batterie, un système de gestion de l’énergie peut utiliser ces informations pour anticiper la consommation.

Pendant les périodes les plus coûteuses, il peut notamment aider à :

• Préparer la batterie en amont
• Augmenter l’autoconsommation solaire
• Décaler certains usages flexibles
• Limiter les prélèvements sur le réseau pendant les périodes de pointe

Avec le solaire et le stockage, la question n’est donc plus seulement combien d’électricité produire, mais également à quel moment l’utiliser.

Royaume-Uni : une tarification dynamique toutes les demi-heures

Le Royaume-Uni offre un exemple plus direct de tarification dynamique.

L’offre Agile Octopus, par exemple, applique des prix de l’électricité qui évoluent toutes les demi-heures en fonction du marché de gros. Elle nécessite un compteur intelligent compatible permettant de transmettre des relevés toutes les demi-heures. [4]

Selon Octopus Energy, ce type de tarif est particulièrement adapté aux foyers utilisant :

• Un véhicule électrique
• Une pompe à chaleur
• Une batterie domestique
• D’autres équipements électriques importants dont l’utilisation peut être décalée

Un HEMS peut identifier les périodes de prix favorables et programmer automatiquement la batterie, la recharge du véhicule électrique, la pompe à chaleur ou le chauffe-eau.

Lorsque les prix augmentent, il peut au contraire réduire les prélèvements sur le réseau lorsque cela est possible.

Par rapport à une consultation manuelle quotidienne des tarifs, l’un des principaux avantages du HEMS est donc simple :

l’optimisation peut être automatisée.

Combien peut-on économiser avec un HEMS ?

Il n’existe pas de pourcentage universel.

L’intérêt économique dépend de nombreux paramètres :

• Structure tarifaire locale
• Écart entre les périodes bon marché et coûteuses
• Disponibilité d’un tarif dynamique
• Puissance de l’installation photovoltaïque
• Capacité de la batterie
• Profil de consommation du foyer
• Présence d’un véhicule électrique
• Utilisation d’une pompe à chaleur
• Rendement de charge et de décharge de la batterie
• Vieillissement et coût des cycles de batterie

De manière générale, plus un logement possède de consommations flexibles, plus le HEMS dispose de possibilités d’optimisation.

Avec uniquement des panneaux photovoltaïques, le système peut surtout optimiser l’autoconsommation instantanée.

Avec un véhicule électrique, la recharge peut être déplacée vers les périodes de forte production solaire ou de prix plus bas.

L’ajout d’une batterie permet ensuite de déplacer l’énergie elle-même d’une période à une autre.

Quels logements peuvent tirer le meilleur parti d’un HEMS ?

Photovoltaïque seul

Le HEMS peut contribuer à augmenter l’autoconsommation et à optimiser certains équipements pilotables.

Photovoltaïque + véhicule électrique

La recharge du véhicule peut être adaptée à la production solaire et aux tarifs d’électricité.

Photovoltaïque + pompe à chaleur

Une pompe à chaleur représente une consommation électrique importante mais partiellement flexible.

Le HEMS peut déplacer une partie de son fonctionnement vers des périodes plus favorables, tout en respectant les besoins de confort du logement.

Photovoltaïque + batterie domestique

Le surplus d’électricité solaire produit pendant la journée peut être stocké puis utilisé plus tard, notamment pendant les périodes tarifaires plus coûteuses.

Photovoltaïque + batterie + VE + pompe à chaleur + tarif dynamique

Cette configuration offre généralement le plus grand nombre de ressources énergétiques pilotables.

Le HEMS peut coordonner production, stockage et usages importants tout en réduisant les interventions manuelles.

Que faut-il vérifier avant d’utiliser un HEMS avec un tarif dynamique ?

Un HEMS n’est pas simplement un logiciel compatible avec toutes les installations.

Plusieurs éléments doivent être vérifiés.

Compatibilité des équipements

Il faut vérifier si l’onduleur, la batterie, la borne de recharge et la pompe à chaleur prennent en charge le pilotage externe, une API, Modbus ou d’autres protocoles compatibles.

Compteur intelligent

Certaines offres dynamiques nécessitent un compteur capable de transmettre des données de consommation plus détaillées.

La réglementation européenne associe également l’accès aux contrats à prix dynamique à la présence d’un compteur adapté. [1][2]

Cycles de batterie

Une utilisation plus fréquente de la batterie peut augmenter le nombre de cycles de charge et de décharge.

L’optimisation ne doit donc pas uniquement tenir compte du prix de l’électricité, mais également du rendement, des limites d’utilisation et de la durée de vie de la batterie.

Recharge de la batterie depuis le réseau

Les règles applicables à la recharge d’une batterie domestique depuis le réseau peuvent varier selon le pays, l’offre d’électricité et la configuration de l’installation.

Injection sur le réseau

La possibilité de vendre ou d’injecter l’énergie stockée dépend également de la réglementation locale, du contrat d’électricité, du tarif d’injection et de la configuration technique.

La véritable valeur du HEMS : passer d’une installation solaire à un système énergétique domestique

La valeur future d’une installation photovoltaïque résidentielle ne dépendra pas uniquement de la puissance des panneaux.

Avec le développement des batteries domestiques, des véhicules électriques, des pompes à chaleur, des compteurs intelligents et des offres tarifaires flexibles, une autre question devient essentielle :

tous ces équipements peuvent-ils fonctionner ensemble intelligemment ?

Une installation photovoltaïque traditionnelle répond principalement à la question :

Comment produire mon électricité ?

Le HEMS ajoute une seconde question :

Comment utiliser cette énergie au meilleur moment ?

En coordonnant production photovoltaïque, batterie, recharge du véhicule électrique, pompe à chaleur et signaux tarifaires du réseau, un HEMS peut donner au foyer davantage de contrôle sur son énergie et contribuer à limiter l’utilisation d’électricité coûteuse provenant du réseau.

Pour les ménages utilisant une tarification dynamique ou flexible, cette capacité de pilotage intelligent peut devenir un élément de plus en plus important du système photovoltaïque et de stockage.

Questions fréquentes

Un HEMS peut-il fonctionner avec une installation photovoltaïque existante ?

Cela dépend de la compatibilité de l’onduleur, de la batterie et des autres équipements.

De nombreux systèmes modernes peuvent communiquer via une API, Modbus ou une plateforme du fabricant.

Il est donc recommandé de vérifier la compatibilité des modèles concernés avant l’installation.

Un HEMS est-il utile sans batterie domestique ?

Oui.

Même sans batterie, le HEMS peut piloter différents usages flexibles :

• Recharge du véhicule électrique
• Fonctionnement de la pompe à chaleur
• Production d’eau chaude
• Certains appareils intelligents compatibles

Il peut ainsi déplacer une partie de ces consommations vers les périodes de forte production solaire ou de prix plus faibles.

La batterie ajoute cependant la possibilité de déplacer l’énergie elle-même entre différentes périodes.

Un HEMS peut-il recharger une batterie depuis le réseau ?

Certains systèmes le permettent si l’onduleur et la batterie sont compatibles et si le contrat d’électricité ainsi que la réglementation locale l’autorisent.

L’intérêt économique dépend notamment :

• Des écarts de prix
• Du rendement de la batterie
• Du coût lié aux cycles
• De la production solaire attendue le lendemain

Un HEMS risque-t-il de réduire le confort du logement ?

Pas nécessairement.

L’utilisateur peut définir des priorités et des exigences minimales.

Par exemple :

« Mon véhicule électrique doit atteindre 80 % de charge avant 7 h. »

Le HEMS recherche ensuite les périodes de recharge les plus adaptées tout en respectant cet objectif.

Un HEMS peut-il piloter à la fois un véhicule électrique et une pompe à chaleur ?

Oui, à condition que les équipements et le HEMS utilisent des protocoles de communication et de commande compatibles.

C’est justement l’un des principaux avantages d’un système de gestion de l’énergie domestique : intégrer le solaire, le stockage et les principaux usages électriques dans une gestion commune.

Un tarif dynamique est-il toujours moins cher qu’un tarif fixe ?

Non.

La tarification dynamique est particulièrement intéressante pour les foyers capables de déplacer une part significative de leur consommation.

Si la majorité de l’électricité est consommée pendant les périodes les plus chères et que le logement ne dispose ni de batterie ni d’usages flexibles, un tarif dynamique ne garantit pas une facture plus faible.

Il est donc important d’étudier le profil de consommation réel du foyer avant de choisir une offre.

Sources et références

[1] Union européenne — Directive (UE) 2019/944 concernant des règles communes pour le marché intérieur de l’électricité
https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/?uri=CELEX:02019L0944-20240716

[2] Commission européenne — Réseaux et compteurs intelligents
https://energy.ec.europa.eu/topics/markets-and-consumers/smart-grids-and-meters_en

[3] EDF Particulier — Option Tempo : tarifs selon la couleur du jour et les heures pleines / heures creuses
https://particulier.edf.fr/fr/accueil/gestion-contrat/options/tempo/details.html

[4] Octopus Energy — Agile Octopus : prix de l’électricité toutes les demi-heures
https://octopus.energy/help-and-faqs/articles/what-is-agile-octopus-and-how-do-i-join/