Installation électrique solaire autonome – Étude

J’ai participé à la fabrication d’une éolienne piggott. Cela reste très peu mobile (pour une yourte), et pour une production relativement faible. Ceci-dit, c’est un bon complément au solaire pour une installation « fixe » et venteuse (il est toujours bon de ne pas mettre tous ses œufs dans le même panier). Je n’ai pas non plus de cours d’eau qui passe pour envisager une hydrolienne. Le choix du photovoltaïque pour ma production électrique autonome s’est donc fait rapidement : région bénéficiant de pas mal d’ensoleillement, et en cas de déplacement/déménagement c’est plutôt léger/mobile.

Beaucoup de vieilles idées reçues sur le photovoltaïque demeurent pour des raisons que j’ignore :

• Le recyclage : Les panneaux photovoltaïques silicium cristallin se recyclent 4 fois en d’autres panneaux photovoltaïques. Un panneau ayant fréquemment une durée de vie minimum garantie de 20 ans à 80% de sa production, l’extraction du silicium nous permet 80 ans d’électricité. (Source, le dossier sur futura-sciences.com) et ça va même plus loin :

La filière du recyclage des panneaux photovoltaïques s’est particulièrement bien développée ces dernières années… au point de ne pas avoir assez de matière première pour être rentable. En effet, la plupart des modules solaires installés dans le monde sont encore loin d’atteindre leur fin de vie, puisqu’ils ont été mis en place ces dernières années. Les usines de recyclage traiteraient donc principalement les déchets et les rebuts de production en attendant mieux.

• L’énergie pour produire un panneau : un panneau a « remboursé » l’apport énergétique qui a permis de le fabriquer dans une fourchette comprise entre 6 mois & 4 ans d’utilisation grand maximum (source P16 du livre l’énergie solaire et le photovoltaïque pour le particulier), sans parler du fait que l’énergie utilisée pour la fabrication peut être « propre » ou renouvelable (des panneaux qui fabriquent des panneaux, ça serait beau non ?) je me demande bien combien de temps une centrale doit rester allumée pour « rembourser » l’énergie nécessaire à sa fabrication (des tonnes de sables, béton, eau, électronique, pétrole…). Est-ce qu’on refait pas 4 fois des centrales nucléaires neuves avec des vieilles centrales ? On en fait plutôt zone inapprochable pour des centaines d’années (je passes sur les déchets radioactifs pendant des milliers d’années).

Vous l’aurez compris, le mode de fabrication énergétique choisi par la France (le nucléaire) ne me convient pas, je décide donc d’essayer de m’en passer. J’ai commencé par me documenter par des livres, des forums dont voici une liste non exhaustive :

• Livre « Montages photovoltaïques à bricoler soi-même » : Très orienté pratique, c’est celui qui m’a le plus aidé
• Livre « L’énergie solaire et photovoltaïque pour le particulier » : Rien appris de concret
• Livre  « Le photovoltaïque pour tous ». Je ne l’ai pas lu, mais on me l’a conseillé, c’est une grosse bible
• Des asso comme le Groupement des Particuliers Producteurs d’Electricité Photovoltaïque propose de la documentation.
• Un forum de passionnés hyper disponibles pour répondre à vos questions, c’est aussi une mine d’or pour l’apprentissage à travers des témoignages, expériences…
• Un témoignage documenté.
• Des guides : photovoltaique.guidenr.fr, arebor-energie.fr, montbrun-bocage.com, erm-energies.com…
• …

Avant d’aller plus loin il faut savoir qu’il y a de nombreux « kits » solaires sur internet ou il n’y a rien besoin de savoir, juste de commander en fonction de ce qu’on souhaite consommer. J’ai eu plusieurs témoignages sur la durée de vie très très limitée de ces kits « à consommer ». Je trouve donc plus pertinent de faire son installation, de savoir comment elle fonctionne afin de pouvoir la dépanner au besoin.

Estimation de consommation

Si vous avez vos factures EDF c’est facile, il suffit de regarder sur celles-ci. Moi je m’installe juste, je me suis acheté un petit wattmètre (~10€). J’ai mesuré chaque appareil et je me suis fait un petit tableur avec le nombre d’heures d’utilisation de chaque appareil pour 4 scénarios :

• Été estimation à la hausse
• Été estimation à la baisse
• Hivers estimation à la hausse
• Hivers estimation à la baisse

Le détail de mon tableau de consommation est ici :

• estimationConsommationElec (format tableur libre type Open/LibreOffice)
• estimationConsommationElec (format PDF)

Le résultat c’est :

Ce sont des scénarios extrêmes d’utilisation (à la hausse & à la baisse), je pense être dans la moyenne de ça… Ce qui explique les écart…

Notons que nous avons fait le choix de couper le réfrigérateur l’hiver (le froid est dehors, chauffer une pièce pour en refroidir une partie manque de sens pour moi, je vais tâcher de faire différemment). De plus, c’est en hiver qu’il y a le moins d’ensoleillement et qu’il est donc plus compliqué d’avoir de l’électricité avec du photovoltaïque. C’est pourquoi le dimensionnement sera fait à partir du scénario hiver à la hausse afin « d’être pénard ».

Dimensionnement

Pour ce dimensionnent on part sur le scénario hiver à la hausse donc. Une consommation journalière de ~1kWh (1000 Wh).

Des constantes à choisir :

• On part sur une installation 24V. (apparemment, plus la tension est élevé moins il y a de pertes dans l’onduleur)
• 3 jours d’autonomie sur batterie (en cas de 0 soleil, surtout l’hiver…)

De quel appareil avons nous besoin et pourquoi faire ?

• Panneaux solaires : pour la production d’électricité
• Le régulateur / contrôleur de charge : gère principalement l’arrivé de la production et la distribue dans les batteries
• Les batteries : pour stocker l’électricité
• Le convertisseur : convertit l’électricité produite (courant continu, basse tension) en électricité « standard » pour nos appareils (230V alternatif)

Les batteries

Nous permettent de tenir quand il n’y a pas de soleil, la nuit, l’hiver… Elles seront au plomb car recyclables.

Diviser la consommation par la tension de la batterie et on obtient les Ah (ampères heure) nécessaires pour une journée d’autonomie (sans soleil donc) ici :

1000W / 24V = 41Ah

Les batteries solaires ne supportent pas des décharges régulières au-delà de 40%, nous allons prendre 50% pour être large, donc multiplier par deux nos besoins en batterie :

41Ah x 2 = 82Ah

Nous avons choisi une constante de 3 jours d’autonomie sans soleil donc :

82Ah x 3  = 246Ah

Notre besoin est de 246Ah, Il a été choisie 2 batteries de AGM 12V, / 220A (les batteries seront en série, la tension sera donc multiplié, donc égale à 24V)

Avec ça nous avons :

• Avec le scénario hiver à la hausse : 2,56 jours d’autonomie sur batterie
  • 220Ah  x 24V / 2 / 1031Wh/j
• Avec le scénario hiver à la baisse : 10,47 jours d’autonomie sur batterie
  • 220Ah  x 24V / 2 / 252Wh/j

Les batteries seront couplées à un contrôleur de batterie BMV700 Victron, il permet de visualiser :

• Tension de batterie, courant, puissance, ampères heure consommés et état de charge
• Autonomie restante selon consommation en cours
• Alarme visuelle et audible programmable
• …

Les panneaux/capteurs solaires

L’installation sera au sol, au départ je voulais fabriquer un support pour  optimiser l’angle d’inclinaison au plus pertinent selon ma localisation.  Après réflexion ça ne me semble pas pertinent. il faut que je mette l’inclinaison optimum pour le mois le moins ensoleillé, soit l’hiver. L’été je serai de toute façon en excédent de production. Pour trouver cet angle il faut se rendre sur : http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php?lang=fr&map=europe dans l’onglet radiation mensuelle, entrer :

• Votre ville
• Cocher surtout Angle d’inclinaison optimal

Le résultat, pour moi, donne un angle de 66° au mois de janvier, qui est le pire des mois niveau ensoleillement (période ou l’inclinaison va donc être plus décisive). Je vais donc choisir cet angle de 66°

Par la suite je me fabriquerai peut être un suiveur solaire pour l’orientation (est-ouest) surtout pour les mois d’hivers…

Les panneaux seront montés en série. La tension est donc multipliée mais pas l’intensité. Il est préférable de travailler avec des intensités faibles pour éviter les pertes.

Pour recharger la batterie au soleil en une journée ensoleillée, le capteur doit produire l’équivalent de l’électricité consommée en 24h. Selon une règle empirique et extrêmement simplifiée, en France, un capteur produit l’équivalent de 3 heures de sa puissance crête, le double en été, la moitié en hiver. Nous nous concentrons sur l’hiver (qui peut le plus, peut le moins)

1000W (consommation) / 3 x 2 = 666 Wc

Il me faudrait approximativement 666Wc, la marge positive de sécurité me fait aller vers 750Wc

Pour vérifier/estimer la production il est intéressant de se rendre sur ce site : http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php?lang=fr&map=europe dans l’onglet PV estimation indiquer :

• Puissance PV crête installée : 0,75 kWp
• Indiquer Coche Inclin notre angle de 66° préalablement trouvé ;

Voilà le résultat, on observe que la production d’électricité journalière moyenne (Ed dans le tableau) est toujours supérieure à 1kW.

Dans les faits, j’ai eu de la chance, je vais récupérer des panneaux solaires de rebut d’une puissance de 245Wc. Il y en a 4, ce qui va faire 980Wc. Le nouveau résultat est d’autant plus confortable avec cette puissance de panneau supplémentaire.

Couple panneaux/batteries

Toujours sur le site http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php?lang=fr&map=europe, mais dans l’onglet PV hors-réseau, nous allons vérifier

• Entrer la puissance PV crête : 980 Wp
• Voltage de la batterie : 24 V
• Capacité de la batterie : 220 Ah
• Entrer la consommation journalière 1000Wh
• Inclinaison du module [0;90] 66 deg.
• Orientation [-180;180] -2 deg.

Le résultat est encourageant, même si ce ne sont que des estimations, les batteries ne descendent jamais sous les 64% de charge. 40% est une limite à ne pas franchir pour ne pas détériorer la durée de vie des batteries. De plus j’ai fait les calculs avec mon estimation haute de consommation, je pense être capable de la réduire encore. En effet pour des motifs écologiques, je ne vais pas augmenter mon pack de batteries, je vais plutôt essayer de réguler ma consommation/mes besoins en fonction de la météo. Je ne vais pas allumer la scie sauteuse si je sais que le ciel est bouché dans les 3 prochains jours par exemple… Et j’accepte de couper l’électricité si jamais les batteries menacent de passer sous la barre des 40%. Dans une démarche d’autonomie qui rime pour moi avec liberté, la diminution de mon besoin de confort me semble cohérent.

Le régulateur / Contrôleur de charge

On m’a conseillé deux régulateurs MPPT Victron bluesolar 100/30 pour faire deux circuits de 2 panneaux. Le MPPT permet un gain de 30% de production.

Pour choisir votre régulateur il va falloir connaître le courant d’arrivée des panneaux. Il vous faut d’abord la tension d’un panneau : personnellement c’est 29,64V, à laquelle il faut ajouter 15% (donc ~34,5V). Celle-ci est multipliée par deux car les deux panneaux sont en série. On arrive donc à une tension d’entrée de 69V. Il faut ensuite l’intensité qui est de ~9A pour mes panneaux. Le MPPT Victron bluesolar 100/30 accepte 100V, 30A, selon la notice, on est bon.

Le convertisseur

Le convertisseur est là pour convertir le signal continu des batteries 24V en signal alternatif 230V (identique au réseau EDF). Mes panneaux étant loin (~30m) de mes appareils électriques, j’ai choisi de convertir toute l’électricité en 230V AC pour limiter les pertes dans le chemin.

Le convertisseur se choisit avec le voltage d’entrée (ici 24V venus des batteries) et sa puissance maximum en sortie. Pour la puissance maximum de sortie il faut prendre votre appareil qui consomme le plus et voir si ça colle. Personnellement je choisis un Victron phoenix 24/800 qui me permet de brancher un appareil de maximum 700W et d’avoir une puissance de pointe à 1600W. Si vous revenez au tableau de consommation que j’ai fait, ça me fait dire adieu à ma scie circulaire & perceuse à percussion, mais bon je peux encore utiliser ponceuse, et scie sauteuse l’été. Il faut dire que les prix des convertisseurs grimpent vite, j’ai dû faire une concession.

La suite

Prochain article à venir sur l’installation…