Note : c’est une version béta car j’ai pas mal de BUG avec le tm1638, du coup je vais changer mon fusil d’épaule pour la version 2, donc cet article c’est « pour la mémoire », « pour la gloire », mais pas pour la vrai vie…
Ou comment utilisé le surplus d’une installation solaire autonome
Dans le cas d’une installation solaire autonome (non raccordé au réseau EDF), une fois que les batteries sont rechargé (ce qui se produit au alentour de 11h-12h pour moi 80% du temps) il y a de l’énergie potentiel de perdu. Plus précisément si je n’utilise pas cette énergie au moment ou il y a du soleil (de la production) cette énergie n’est pas utilisé. On peut augmenter le stockage mais c’est infini, coûteux en argent en ressource environnementale.
Du coup m’a semblé pertinent de réfléchir à un moyen d’automatisé certaine tâche qui me permette d’utilisé ce surplus d’électricité quand il est là. Actuellement je le fait de façon tout à fait manuel : quand les batteries sont pleine et qu’il y a du soleil, je lance une machin à laver, je lance la pompe de relevage de la phyto, je recharge mes batterie d’outil portatif…. Cette automatisation va aussi me permettre d’aller plus loin & d’envisagé d’installé un petit chauffe eau électrique de camion (~10L) ou autres…
Grâce à PvMonit j’avais déjà une remonté d’information sur l’état du système solaire, des batteries, de la production qui m’arrivait sur un Raspbery PI. il ne me restait plus qu’a « piloter des prises électrique » en fonction de l’état du système solaire et de conditions que je donne au programme.
Le cahier des charges c’était :
De pouvoir piloter ce que je veux, mon choix c’est donc porté vers un système de contrôle de relais (en gros des interrupteur contrôlé de façon électronique)
Que le système consomme très peu. C’est réussi le système consomme ~0,153W (tout les relais d’éteint), 0,4W avec 1 relais d’allumé (hors PvMonit…)
Que je puisse passé certain appareil en « marche forcé » ou en « stop forcé »
Que le système soit résilient, qu’il puisse encore fonctionné sans l’apport d’information du raspbery pi en cas de panne
Voilà de quoi est composé le tout :
Le raspbery pi (zéro ça suffit) sur lequel est installé PvMonit (expliqué ici)
Un arduino UNO qui reçois de potentiel ordre du Raspbery PI avec le protocole i2c. (6€)
Une plaque de 8 relais (mais vous pouvez envisagez en avoir autant que vous voulez… ça correspond à mon besoin…) qui allume tel ou tel appareil pour (9€)
ça nous fait un projet à ~25€ (hors PvMonit) si on considère les fils de prototypage, le câble usb pour l’arduino…
Actuellement je m’en sert pour :
Allumer ma box et mon téléphone fixe quand les batteries sont presque pleines (quand le régulateur passe en ABS)
Éteindre le téléphone après 19h
Éteindre la box après 19h SI plus aucun PC n’est allumé (scan réseau IP)
Démarrer la pompe de relevage de la phytoépuration quand les batteries sont pleines
Recharger mes batteries d’outils électroportatifs quand la pompe de relevage c’est allumé puis c’est éteinte
Démarrer un disque dur externe et ma box pour sauvegarder un serveur en ligne si les batteries ne sont pas trop basses
Et dans le futur :
Recharger un vélo électrique l’été
Démarrer un petit chauffe eau
?
Le champs des possibles :
Allumer un groupe électrogène automatiquement par contacteur si les batteries passe sous un certain seuil
Remplir un surpresseur
Remonter de l’eau d’un puits
Lancer une production d’hydrogène ? …
…All is possible …
A l’heure actuelle mes relais sont majoritairement connecté sur un bandeau de prise, ça me permet d’être résiliant. En cas de pépin, si ça marche pas/plus, je peux repassé en mode manuel et débrancher/brancher les prises facilement.
Soudure sur le PI
Câblage en cours
Premier test
La façade
En prod
Prés-requis :
PvMonit installé et fonctionnel
Un BMV de chez Victron de connecté sur PvMonit c’est le mieux, sinon un MPPT de chez Victron toujours (seul constructeur supporté par PvMonit à l’heure actuel)
Compétence : programmation python (a l’heure actuelle aucune interface graphique n’est à disposition pour organiser les ordre au relais, c’est envisagé pour le futur…)
Edit 11/11/2019 : Un retour de Jason (monsieur showerloop.org) qui fait suite à la lecture de cet article (un lecteur l’a contact) : Hi, that was an interesting read. I honestly haven’t got much feedback from people even though that’s the sole purpose of producing and sending out the kit. David built his own version so I can’t speak about his results but it seems like he got pretty far but not all the way. Indeed the plans he used I wrote them up in 2015. I have dealt with many of the issues he expressed in his blog but wasn’t aware that he was going through them. Since then we have added valves for backwashing and also optimised the drainage. I would say it’s still experimental as we don’t have data over a broad range of users and water qualities but I would wager that our current setup works better than his. In anywise we are still in a testing phase.
Ma première tentative de douche à recyclage n’a pas été une très grande réussite. Le début de piste donnée en fin d’article à propos du sous dimensionnement des filtres était pertinent… Petit rappel :
C’est quoi une douche à recyclage ?
La douche à recyclage : l’eau est en circuit fermé : elle retombe sur ma tête une fois filtrée et donc propre. Elle est pertinente en terme d’économie d’eau et d’énergie, ce que la calculette ci-après démontre : http://showerloopcalculator.zici.fr/
80% d’économie d’eau par rapport à une douche classique
82% d’économie d’énergie par rapport à une douche classique
Attention, tout ça n’est pas magique ! Si vous croyez en la magie, allez directement au paragraphe « les limites / les problèmes… »
L’inspiration
Cette fois-ci, je suis parti sur le modèle de Jason, créateur du projet OpenSource showerloop.org; et plus particulièrement sur son modèle présenté au POC21. Il a l’avantage d’être simple, dénué d’électronique… Et en plus il a été documenté :
Cet article ne va donc pas être très détaillé sur la conception.Si vous voulez la reproduire, lisez bien la documentation ci-dessus.
Pourquoi ça ne filtrait pas sur la version beta ?
Le début de réponse apporté par Jason concernant la taille des filtres était bien une bonne piste :
Four 10cm diameter x 50cm filters are required to have an appropriate flow rate of 10l/min. With 6.6l/min two filters are sufficient and 1 filter for 3.3l/min. The surface area is more important than the length of the filter because that determines the flow rate through the filter and thus reaction times.
Pour 10L/min, sur la showerloop de Jason, il préconise un filtre à charbon de 200cm x 10cm (linéaire), alors que ma première version était équipée d’un filtre de 20cm x ~7cm. On est bien loin de ce que préconise Jason pour que ça fonctionne… Du coup, mon eau passait trop vite dans trop peu de charbon actif.
Mais ce n’était pas tout, des camarades suisses qui bossent aussi sur le projet m’ont aussi rapporté que :
La différence entre les deux systèmes de filtration est que il y a une plaque de compression chez celui de Jason, en effet le charbon actif est censé absorber quelque corps de l’eau savonneuse, mais dans le prototype lowtech c’est juste un sac de charbon actif, l’eau peut circuler « à coté » des particules et ne pas être filtrée. Dans le prototype de Jason, il y a déjà beaucoup plus de charbon qui est compacté, ce qui augmente les contacts avec l’eau, et le sable a aussi son efficacité dans cette absorption.
Voilà…
Fabrication des filtres
J’ai fait une version de la showerloop « by moi, avec ce que j’avais sous le coude d’abord ». Par exemple j’avais de l’EPDM (une feuille de caoutchouc fonctionnerait tout aussi bien) qui me restait de ma toiture végétalisée, ce qui me permet de faire « joint ». Ça m’évite d’avoir à utiliser du silicone en pistolet, et l’étanchéité est parfaite si s’est bien bien serré. En gros, j’ai serré les filtres jusqu’à être en limite de déformation des couvercles.
Préparation des contenant :
Découpe des couvercles en contreplaqué marine (chute de ma maison)
Voilà les couvercles découpés
Tout est prêt
Découpe des tubes de plexi
Montage d’un répartiteur
C’est prêt, vide mais prêt !
Montage d’un grand filtre
Les cercles de compression
Découpe des cercles dans le plexi
Perçage
Les 3 cercles par filtre sont faits
Découpe du géotextile
Assemblage avec des boulons inox
Remplissage des filtres (ajout du sable tamisé à 0-2 rincé et du charbon actif)
Le filtre vide
1er cercle de compression
Le sable lavé (rincé)
Second cercle de compression
1er pochon de charbon actif
Second pochon
Dernier cercle de compression
Voilà, c’est prêt à être assemblé
Durée de vie annoncée : jusqu’à 2 ans pour une utilisation quotidienne, mais par précaution, je compte 1 an (tout dépend de la saleté des gens qui se lavent…) Au bout de ce temps là, il faut intervenir / vider les filtres :
Changer ou nettoyer le sable (le rincer peut suffire)
Changer le charbon actif (il est apparemment possible de le « régénérer » mais il faut le faire monter à ~500°C).
Pour le reste du matériel
Il faut privilégier une pompe à membrane, pour moi ce n’est pas nécessaire d’avoir un vase d’expansion parce que soit la pompe fonctionne à fond, soit elle ne fonctionne pas (stoppée électriquement), donc le vase n’est pas justifié. Il n’est pas non plus nécessaire d’avoir une pompe automatique avec pressostat (démarrage quand on ouvre le robinet), ce type de pompe met le réseau sous pression quand le robinet est fermé. Pression qui est trop importante pour les filtres : ils se mettent à « pisser » d’air ou d’eau quand il y a trop de pression (ils ne sont pas faits pour ça).
Le pré-filtre est chez moi un filtre 50 microns lavable. Il est illusoire d’utiliser la crépine souvent vendu avec la pompe. En effet, elle se bouche très rapidement de cheveux ou autres car trop petite par rapport au filtre…
Lampe UV
La lampe UV (UVC) permet de détruire 99,9% des bactéries présentes dans l’eau. Personnellement c’était surtout contre la Listeria que je voulais utiliser la lampe UV. En effet c’est une bactérie qui se développe avec les déjections :
Je compte utiliser l’eau de mon puits pour la showerloop, et la probabilité que de l’eau souillée de déjections animales ruisselle dans le puits n’est pas nulle ;
Étant donné que l’eau qui est recyclée est aussi en contact avec mes fesses (be oui) peut-être que des bactéries présentes sur celles-ci ne feraient pas bon ménage dans mes yeux… Dixit Jason :
|…] Finally the UV-lamp is used to sterilize the water so that bacteria can no longer reproduce. It might not seem like a big deal since our bodies are covered in bacteria but the main concern is bacteria from your bum coming into contact with your eyes.
https://www.instructables.com/id/Showerloop
Traduction :
[…] Enfin, la lampe UV est utilisée pour stériliser l’eau afin que les bactéries ne puissent plus se reproduire. Cela ne semble pas très grave puisque nos corps sont recouverts de bactéries, mais le principal problème est que les bactéries de vos fesses entrent en contact avec vos yeux.
Notez que ce type de bactérie (la listeria) n’a pas besoin d’être ingérée pour causer des problèmes, un simple contact cutané suffit.
Voilà c’est terminé
Enfin c’est vite dit, j’ai passé des heures à la monter / démonter / ajuster / colmater les fuites… pfff
Le problème : ça filtre mais pas encore foufou…
Pourtant j’ai fait un paquet de tests, mon charbon actif est tassé de chez tassé (tellement que la purge par gravité de la douche met plusieurs heures à se vider), mais force est de constater que l’eau ne sort pas aussi claire que j’aurais souhaité… Peut-être même pas suffisamment claire pour être filtrée par la lampe UV (pour que la filtration par UV fonctionne, il faut que l’eau soit transparente).
Entrée de filtre : eau bien savonneuse
Sortie de filtre, eau (presque) propre
Les limites observées
Shampoing impossible
Le shampoing ou tout autre produit à base de tensioactif (qui mousse) ça filtre vraiment vraiment mal (l’eau sort encore « mousseuse »). Pour moi, ce n’est pas un problème je n’utilise plus de shampooing depuis ~4-5 ans. Je me rince les cheveux à l’eau régulièrement et je me les « lave » avec du bicarbonate de soude, rincé avec une pointe de vinaigre de cidre une fois par mois. Attention, ça se fait pas en claquant des doigts, ça demande une période de transition si comme moi vos cheveux étaient drogués aux shampooing indus. C’est une méthode qui s’appelle le « no-poo », vous trouverez plein de choses à ce sujet, moi ma principale lecture fût le blog d’antigone21.
10L d’eau quand même…
Je dis « quand même 1OL » parce qu’actuellement je me lave avec un gant et une bassine d’eau donc j’utilise bien moins de 10L…
Au départ, je voulais faire mon malin et ne mettre que 3L pour remplir le système de filtration (ça suffit pour remplir le système et boucler). Jason préconise 10L… je ne comprenais pas bien pourquoi au début. Après plusieurs tests, mon hypothèse c’est que c’est pour diluer l’eau souillée. En effet je pense que les filtres fonctionnent mieux si on envoie beaucoup d’eau peu sale que peu d’eau très sale.
Chauffer l’eau
Chauffer l’eau de ce truc reste complexe, comme détaillé dans cet article. J’ai acheté le plus petit chauffe eau gaz que j’ai trouvé sur le marché (en terme de puissance : 6kW pour 6L/min). Même ça, mis au minimum de chez minimum ça fait quand même grimper la température. Et pour cause : par la suite j’ai observé une perte de 0,4°/min quand le chauffe eau est coupé et que le circuit est « chaud » (quand il est froid c’est beaucoup plus forcément…). Ce qui laisse quand même le loisir de se doucher longtemps même chauffe eau coupé.
38,8° je coupe le chauffe eau
38,3° à t + 2min
36,8 à t + 5min
C’est sûr que sur ce point, un chauffe eau électrique avec sonde à l’entrée et à la sortie est le plus pertinent. Mais je n’ai pas les capacités électriques d’avoir un tel engin énergivore (je suis uniquement sur des panneaux solaires).
Odeur de l’eau
Si je n’utilise pas la douche pendant un certain temps, l’eau du début sort avec une odeur d’eau stagnante… Pourtant, je la purge, mais il reste toujours un petit fond d’eau dans les filtres (2, 3 mm).
Jason, dans sa showerloop entaille le couvercle pour que l’écrou y entre, ça permet d’éviter que de l’eau ne stagne dans le filtre et ça évite les odeurs je pense. C’est pertinent mais pas simple à faire, ou il faut un plexiglas plus épais et une défonceuse – à défaut d’avoir une découpeuse laser…
Et si c’était à refaire
Je ferais une showerloop avec 1 seul gros filtre de 20cm de diamètre (pour le même débit de 6,6L/m). Ça permet de limiter l’encombrement, de diminuer le risque de fuite / raccord et donc c’est à mon avis plus économique. Ceci étant, la version avec filtre et répartiteur permet de « voir » l’état de filtration en bas (avant filtrage) et en haut (après filtrage) ce qui est plutôt sympa, ça permet de voir quand l’eau est « propre » ou non…
Je suis plutôt content de l’usage de l’EPDM, ça évite l’usage de silicone et c’est plutôt simple à faire. Avec cette méthode « EPDM » je n’étais même pas obligé d’avoir des plaques de plexi en guise de couvercle, j’aurais pu me contenter de bois. Ça aurait été moins cher (mais j’avais déjà commandé le plexi avant de trouver ce truc là).
Notez qu’on peut faire tout ça dans des tube PVC et non plexi, c’est moins cher mais c’est moins joli…
C’est fini ?
Je ne sais pas trop par ou le prendre pour avancer sur ce dossier de la showerloop. J’aimerais bien la voir fonctionner mieux mais je ne vois pas trop comment… Peut-être que les filtres finiront par filtrer l’eau de mon puits, peut-être que je me motiverais plus tard à y revenir, ou peut-être les deux…
On m’a prêté une caméra thermique alors je me suis amusé… Et j’ai notamment passé au crible la yourte.
Au départ, j’avais peur de la jonction « mur-toit ». En fait, avec la retombée de l’isolant dans le gallon (le bas de la toile de toit resserré par une corde) et l’épais « boudin » formé, ça le fait plutôt bien : pas de pont thermique à cet endroit. Par contre, au-dessus des portes, il y a un beau pont thermique visible :
Le sol mériterait quelques centimètres d’isolant en plus :
C’est la jonction sol-mur qui n’est vraiment pas terrible (j’ai pris la photo plein Nord, donc c’est encore plus criant) :
Le dôme en plexiglas est, sans surprise, LA grosse passoire de la yourte :
On observe que l’isolant à un peu glissé, qu’il ne jointe plus vraiment la couronne.
Ceci étant, le confort thermique de la yourte reste encore très bon comme je l’ai expliqué ici. De ma vie d’ancien locataire, j’ai jamais eu de maison aussi facile à chauffer 🙂
Et pour terminer, quelques photos du poêlito en fonctionnement. Photos prises en début de chauffe, donc toute la masse n’a pas récupéré son plein potentiel. Par la suite, ça s’uniformise un peu mais j’ai plus la photo :-/ :
J’ai maintenant un groupe électrogène pour compléter mon installation électrique autonome.. Deux raison m’ont poussé à son acquisition :
Pouvoir utiliser ponctuellement des appareils qui sont trop gourmands pour mon installation solaire. Typiquement, j’ai eu besoin d’un malaxeur pour faire les enduits terres de la paillourte. Celui-ci demande 1600W là ou mon installation ne peut fournir que 700W instantanément. Il aurait été ridicule de sur-dimensionner mon installation pour brancher un appareil dont je n’ai qu’un usage « rare » (quelques jours par ans)
Pouvoir recharger les batteries de l’installation solaire avec mon chargeur quand il y a de longues périodes sans soleil afin de garantir une longue vie aux batteries. Car même si ce sont des batteries au plomb qui sont recyclables, le recyclage nécessite de l’énergie. Et l’énergie la plus propre c’est celle dont on peut se passer.
Sur le point de « recharge des batteries ». J’ai fait un calcul :
Recharger de 10% (qui correspond à 1,5 jours d’autonomie pour moi) mes batteries équivaut à un trajet en voiture de ~8.8km
On pourrait se passer de groupe quand il ne fait pas beau sur plusieurs jours, on diminue déjà drastiquement nos besoins (estimés en temps normal à 500Wh/j/personne). Mais je crois que je ne suis pas prêt à allumer une bougie et je préfère mettre quelques jours de pétrole par an. En espérant que les bébés phoques me pardonnent…
La lecture et l’écriture de cet article a peut-être nécessité tout autant sinon plus d’énergie fossile que ce dont j’ai besoin en pétrole pour mes besoins électriques sur une journée… C’est pas une raison mais c’est à titre de comparaison…
Pour le choix du groupe électrogène je me suis tourner vers un groupe électrogène inverter. Celui-ci garantie un signal électrique « beau » contrairement au groupe de chantier pour lequel le signal peut être aléatoire et endommager les appareils sensibles.
Je suis de près le projet open source Showerloop.org de Jason Selvarajan depuis un bout de temps. Ça fait un moment que ça me trotte dans la tête. Mais sa showerloop (en plus d’être documentée uniquement dans la langue de Shakespeare) semble complexe à assembler, bourrée d’électronique, et nécessite d’avoir accès à un fablab (ce que je n’ai pas). Jason et son équipe ont fourni un travail de dingue autour de leur système avec des analyses très poussées. Mais très récemment, suite à la documentation produite par le LowTechLab (plus simple et en français), l’envie de m’y coller a refait surface…
Allez bien jusqu’au bout de l’article… Lisez surtout la fin où je dis que « ça marche pas » 😐
C’est quoi une douche à recyclage ?
La douche à recyclage : l’eau est en circuit fermée, elle retombe sur ma tête une fois filtrée et donc propre. Elle est pertinente en terme d’économie d’eau et d’énergie, ce que la calculette ci-après va démontrer : http://showerloopcalculator.zici.fr/
80% d’économie d’eau par rapport à une douche classique
82% d’économie d’énergie par rapport à une douche classique
Pourquoi s’en prendre à la douche ?
L’eau liquide représente 1% de l’eau sur Terre. Dans les pays les plus riches, une large partie de l’eau et de l’énergie consommée chez soi est utilisée pour se doucher. Par exemple, dans un foyer français moyen, 39% de cette eau est utilisée pour le bain et la douche, et l’eau chaude sanitaire représente 12% de la consommation d’énergie. Il est donc important de réfléchir à des moyens de réduire cette consommation.
La douche à recyclage d’eau me parait pertinente parce que c’est quelque chose que tout le monde peut faire, là maintenant, chez lui s’il a envie. Locataire ou propriétaire, en ville ou à la campagne, jeune ou vieux, mélomane ou pépiniériste… On peut l’intégrer dans sa cabine douche actuelle sans y toucher (faire un sur-bac) on peut prévoir de continuer à utiliser la douche « normale » (à gaspillage d’eau) en parallèle, de temps en temps. Et en plus c’est économiquement très rentable ! Pour un foyer de 4 personnes se lavant 1 fois par jour, elle est amortie en moins de 6 mois !
C’est partie je me lance !
Conception
Je n’ai rien inventé, j’ai reproduit celle du LowTechLab. Voilà les schémas que j’ai pu en faire :
Pompe avant les filtres : Ce type de pompe auto-amorçage doit être au plus prêt de la source d’aspiration, en effet quand elle tire (quand elle n’est pas encore en eau) le fait qu’elle soit loin la fait forcer. Chez moi elle est quand même « protégée » des particules par la crépine. Même si c’est discutable car la crépine s’encrasse vite. Je pense que je vais déplacer le 1er filtre lavable avant la pompe, à la place de la crépine.
Un by pass,pour que ça puisse boucler sans passer par les filtres : ça sera pour traîner sous la douche une fois propre… ça évite d’user les filtres (inspiration showerloop.org)
Un vase d’expansion serait à ajouter (préférez utiliser une pompe à pressostat qui s’arrête automatiquement quand le robinet se ferme).
Fabrication
Je ne vais pas trop détailler la fabrication, vous allez comprendre pourquoi avec le paragraphe suivant. J’ai évidement adapté cette douche sur ma douche existante :
Les petites courses de raccord, filtre et autres bidules…
Installation d’une vanne pour fermer le circuit d’évacuation
Installation d’un T pour y glisser un tuyau afin de récupérer l’eau évacuée pour la boucle
Avec le tuyau qui va à la pompe
Utilisation du teflon pour l’étanchéité des raccord
La sortie du filtre (clapet anti-retour, entrée eau froide…)
La sortie assemblée
Installation dans la yourte
Le mini chauffe eau électrique (détail plus bas)
Le pommeau
Voilà voilà
1er mise en eau, ça tourne, mais il y a des fuites… (normal, ça aurait été trop simple)
A noter que la plomberie était un domaine très obscur pour moi, j’ai passé plusieurs heures à lire (livre + web) / apprendre comprendre les différents filetages / raccords possibles, c’est quoi un PER, du teflon… Une fois qu’on s’y plonge c’est pas si sorcier que ça même si j’ai quand même parfois eu la sensation d’avoir la tête sous l’eau…
Oui mais voilà, ça ne filtre pas suffisamment !
Et bien non, à mon grand regret, cette version « simple » de filtres ne fonctionne pas. L’eau ressort du filtre encore beaucoup trop savonneuse :
Avant passage dans les filtres
Après passage dans les filtres
On observe que l’eau à un peu éclaircie mais il en reste… Je ne suis pas le seul dans ce cas là, Jonathan témoigne aussi de cette eau trop savonneuse…
Un début de solution pour moi : la réponse à ce problème de la part de Jason (créateur de la showerloop):
Four 10cm diameter x 50cm filters are required to have an appropriate flow rate of 10l/min. With 6.6l/min two filters are sufficient and 1 filter for 3.3l/min. The surface area is more important than the length of the filter because that determines the flow rate through the filter and thus reaction times.
Pour 10L/min, sur la showerloop officielle, il préconise un filtre à charbon de 200cm x 10cm (linéaire) alors que le mien fait 20cm x ~7cm. On est bien loin de ce que préconise Jason pour que ça fonctionne… Du coup, mon eau passe trop vite dans trop peu de charbon actif. Je pense que c’est pour ça que l’eau sort encore savonneuse.
Donc je pense que pour la 2ème version de ma douche à recyclage, je vais reproduire les filtres de la showerloop.
Chauffer l’eau s’avère complexe
Dans une installation conventionnelle il y a 2 circuits d’eau : un d’eau chaude et l’autre d’eau froide, on ce fiche de savoir à quelle température l’eau sort du chauffe eau puisque l’eau est ensuite mitigée / mélangée à l’eau froide pour obtenir la température souhaitée. Dans notre cas il n’y a qu’un circuit, il n’est pas possible de mélanger avec de l’eau froide, ça ferait entrer de l’eau dans le système et on souhaite rester ici en circuit fermé.
Chauffe eau électrique
Je suis dans une situation ou l’électricité n’est pas abondante, en effet je ne suis pas raccordé au réseau, je suis autonome avec des panneaux solaires. Sur mon installation je ne peux dépasser les 700W d’électricité au moment T. Un calcul me permet de dire qu’avec 630W (il faut laisser de l’électricité pour la pompe par exemple), je peux remonter l’eau des 3°C (théorique) qu’elle perd dans la boucle en ayant un débit seulement de 3,33l/min – donc vraiment pas grand chose en débit (plus de débit il y a, plus il te faut de puissance) (démonstration). Du coup je laisse tomber l’électrique, c’est pas jouable avec les panneaux solaires :-p
Chauffe eau gaz
Certain chauffe eau à gaz possède des sondes en entrée et en sortie et il est possible de programmer la température. C’est donc parfait seulement ce sont des chauffes eaux qui coût cher (500 à plus de 1000€…)
Si vous avez une solution alternative je suis preneur.
Conclusion
Il y a encore du pain sur la planche avant que ça fonctionne correctement, mais j’avance. Même s’il y a encore beaucoup d’inconnues, j’ai des pistes à creuser. Il ne me reste plus qu’à prendre une pelle… (horf c’est facile).
Dans tous les cas il y aura un autre article sur ce sujet, parce que j’ai pas dit mon dernier mot…
Si d’autres veulent se lancer dans l’aventure ou ont des débuts de solution à proposer, manifestez vous avec grand plaisir 😉
C’est le second hiver que je passe avec mon installation solaire autonome. Autant le premier c’était plutôt très bien passé, j’étais optimiste, trop facile même (a lire mon article de retour d’expérience après le premier hiver) autant celui-ci est plus dur…
De ce fait, c’était plus difficile de maintenir les batteries chargées, il y a eu beaucoup plus de jours où les batteries ne sont pas remontées à 100% à la fin de la journée. J’ai quand même réussi à les maintenir au-dessus des 80% de charge afin de leur garantie longue vie.
Je me suis donc décidé à me procurer un chargeur de batterie solaire. Cela me permet de recharger les batteries si celle-ci sont dans un stade critique via un autre source d’alimentation (groupe électrogène, réseau électrique chez un copain…) que le soleil s’il est absent trop longtemps.
Comment choisir son chargeur de batterie :
En fonction de la tension de son parc de batterie. Pour moi c’est 24V (j’ai 2 batteries 12V en série)
En fonction du courant de charge maximum admissible par votre batterie. Ce courant est indiqué dans la doc technique de la batterie. Pour mon cas (batterie AGM) c’est 20% de sa capacité. Ce sont des 220Ah, le courant de charge maximum admissible est donc de 44A
Nous sommes un couple et nous vivons en yourte, dans une démarche de sobriété heureuse écologiquement responsable. Pour cette raison, nous avons choisi d’aller vers l’autonomie électrique.
Dans cet article, je présente la manière de concevoir une installation photovoltaïque. Les calculs de dimensionnement peuvent être effectués avec un calculateur accessible sur internet : CalcPvAutonome. Cet outil pédagogique est libre de droit et détaché de toute structure commerciale.
Pré-requis
Se rappeler de son cours de physique de collège sur l’électricité. Rappelez-vous :
Ce qu’est un Watt, un Volt et un Ampère
La formule : P (puissance en Watts) = U (tension en volts) x I (intensité en ampères)
Différencier un circuit en série et un circuit en parallèle
Évaluer nos besoins électriques
C’est l’étape la plus importante. Il faut viser juste car une installation autonome s’ajuste difficilement une fois mise en route.
Pour prendre un exemple, des batteries neuves ne font pas bon ménage avec des batteries usagées, car les premières risquent de se décharger dans les secondes, ce qui les use prématurément.
Une sur-évaluation des besoins crée un gros trou dans le porte-feuille, mais a l’avantage de prolonger la durée de vie du matériel (puisqu’on ne joue pas avec ses limites) et l’usage au quotidien est moins contraignant (puisqu’il nécessite moins de surveillance).
Une sous-évaluation des besoins, au contraire, fera vieillir le matériel prématurément (~2 ans) et/ou contraindra l’usage (obligé de se limiter avant que les batteries ne soient à plat).
Besoins journalier
Pour évaluer vos besoins, il faut connaître la puissance de chacun de vos appareils électriques. Cette puissance, exprimée en Watt (W), est souvent mentionnée sur l’appareil. Si ça n’est pas le cas, vous pouvez investir dans un Wattmètre (~15€ en magasin de bricolage). C’est un appareil qu’on branche entre l’appareil et la prise de courant et qui nous indique directement sa consommation.
Une fois qu’on connaît la consommation en Watts de nos appareils, on calcule la consommation quotidienne de tous nos appareils en tenant compte de leur temps d’allumage quotidien. On l’exprime en Watts heure par jour (Wh/j).
Par exemple :
Un ordinateur de 40W utilisé 2 heures dans la journée : 40 W x 2 h = 80 Wh/j
Deux ampoules LED de 7W utilisées 4 heures dans la journée 2 x (7W x 4 h) = 56Wh/j
Avec cet équipement (ordinateur + 2 LED), ma consommation journalière serait donc de 136 Wh/j (80 Wh/j + 56 Wh/j)
Important : Il faut penser sa consommation en hiver, car c’est le moment où vous aurez le moins de soleil et c’est là où vous aurez le plus besoin d’éclairage (entre autres !).
Voici un tableau dynamique pour vous aider à estimer vos besoins journaliers : http://calconso.zici.fr
De notre côté, après avoir rempli ce tableau, j’obtiens 710Wh/j (pour nos besoins réels). Il faut savoir qu’un Français moyen c’est 5 700Wh/j et par personne (source), nous sommes 2 dans le foyer, ça fait donc 16 fois moins de consommation que le français moyen… Réduire sa consommation est déjà un premier pas vers l’autonomie énergétique (l’énergie la plus propre c’est celle que l’on ne consomme pas). Pour obtenir 710Wh/j, nous avons fait ces choix :
Un (petit) réfrigérateur (50L, consomme 360Wh/j) : il n’est pas compté dans les 710Wh/j, car nous considérons la consommation hivernale, et l’hiver, il fait froid dehors… Pourquoi dépenser de l’énergie pour chauffer sa maison et en dépenser encore plus à vouloir en refroidir une petite partie ? L’hiver nous avons un garde-manger à l’extérieur sous abri et en hauteur pour les rongeurs.
Pas de chauffe-eau / chauffage électrique : ces équipements ne sont possibles qu’avec l’abondance du nucléaire. Sur une installation solaire écologique/sobre, à mon sens il faut bannir toute conversion électrique en chaleur (grille-pain, bouilloire, sèche-cheveux…) ainsi que toute conversion électrique en mécanique forte (scie circulaire, disqueuse…).
Le chauffage se fait chez nous au bois (moins de 2 stères suffisent à chauffer une yourte de 40m² pour l’hiver) et c’est le même poêle à bois qui chauffe notre eau l’hiver.
Maximum instantané
Il est aussi nécessaire de connaître la puissance maximum instantanée dont vous avez besoin. C’est l’addition de toutes les puissances des appareils qui sont susceptibles d’être allumés en même temps.
Pour nous, par exemple : Scie sauteuse (450W) + Réfrigérateur (75W) + Musique (25W) = 550 W
Les panneaux
Ce sont les panneaux photovoltaïques qui produisent l’électricité. Leur puissance s’exprime aussi en W. Ils produisent au maximum de leur capacité quand les rayons du soleil viennent les frapper à la perpendiculaire.
En France, pour une autonomie totale, mieux vaut orienter les panneaux plein Sud, dégagés de toute source d’ombre, avec une inclinaison d’environ 65°. Cette inclinaison correspond à l’inclinaison parfaite pour le mois le plus défavorable en terme d’ensoleillement : décembre ou janvier. C’est à ce moment-là que l’électricité se fait rare en autonomie solaire. Le reste de l’année vous pourrez laisser la lumière allumée, vous serez probablement en sur-production.
Selon votre emplacement géographique, le soleil sera plus ou moins généreux. Par ailleurs, il y a des pertes dans toute installation électrique, nous allons les prendre en compte.
Il faut donc estimer la puissance crête (exprimée en W) des panneaux photovoltaïques à installer pour satisfaire vos besoins en fonction de votre situation géographique et du rendement électrique de l’installation.
La formule est la suivante : Pc = Bj / (Rb X Ri X Ej)
Pc (Wc) : Puissance crête (recherchée)
Bj (Wh/j) : Besoins journaliers
710Wh/j dans notre cas
Rb : rendement électrique des batteries
On considère 0.85 en général
Ri : rendement électrique du reste de l’installation (régulateur de charge…)
On considère 0.87 en général
Ej : rayonnement moyen quotidien du mois le plus défavorable dans le plan du panneau (kWh/m²/j). ines.solaire.free.fr permet de le connaître avec précision :
On obtient 1.39 pour Nantes avec comme paramètre : Orientation : Sud, Inclinaison : 65°
Sur la ligne « Globale (IGP) », récupérez la valeur du mois le plus défavorable (souvent décembre)
Dans notre cas, on obtient :
Pc = 710 / (0.85 * 0.87 * 1.39) = 691 Wc
Pour couvrir ces 691Wc, une hypothèse serait d’acquérir 3 panneaux de 240W.
Les panneaux solaires ont une durée de vie de ~25 ans et sont recyclables 4 fois. Pour amoindrir le coût, il y a de bonnes affaires en occasion.
Les batteries
Elles stockent l’électricité et nous permettent d’en avoir quand le ciel est couvert, ou la nuit. C’est le plus gros poste de dépense et c’est aussi ce qui s’use le plus vite dans une installation. Il est donc important de bien les choisir et d’en prendre grand soin.
Je recommande vivement de prendre des batteries à décharge lente (spéciales pour le solaire), car les batteries de démarrage (conçues pour une décharge forte et courte) ne conviennent pas à cette utilisation. Pour des installations modestes et sobres, préférez des batteries au plomb (car recyclables) de technologie AGM/Gel. Ce type de batteries ne nécessite pas d’entretien, ne dégaze qu’en cas de mauvaise utilisation, et peut tenir 10-12 ans si on en prend soin.
Pour leur garantir une longue vie, il est recommandé de maintenir les batteries entre 10 et 20°, et, autant que faire se peut, au-dessus des 80% de charge. Pour ça, il faut acquérir un contrôleur de batterie : un petit appareil qui (entre autres) indique le pourcentage de charge de vos batteries.
On cherche ici la capacité des batteries, exprimée en ampères heure (Ah) :
Cap = (Bj x Aut) / (DD x U)
Cap (Ah) : Capacité des batteries
Bj (Wh/j) : Besoins journaliers
710Wh/j (déduit des besoins journaliers)
Aut : Nombre de jours d’autonomie (sans soleil)
2 jours ici, 3 dans le centre de le France, 4 à 5 si c’est dans le Nord
DD (%) : Degré de décharge maximum
Ici 30%, 20% ce serait encore mieux
U (V) : Tension finale du parc de batteries. Elle est déterminée en fonction de la puissance totale des panneaux :
Inférieur à 500 Wc : 12V
De 500 à 1500 Wc : 24V (c’est notre cas)
Au-dessus de 1500 Wc : 48V
Dans notre cas, ça nous fait :
Cap = (710 x 2) / (0.3 x 24) = 197 Ah
Le calcul propose un parc de 197Ah en 24V. Une hypothèse serait d’acquérir 2 batteries 200Ah de 12V, à mettre en série pour atteindre 24V.
Attention : Ce type de batterie n’accepte pas de courant de charge supérieur à 20% de sa capacité. Il faut s’assurer que cette limite est respectée.
Dans notre cas, le parc de batteries peut encaisser 40A maximum (20% de 200Ah), et on respecte bien ce ratio car nos panneaux produisent au maximum ~30A (700Wc / 24V de tension du parc de batteries)
Les batteries se détériorent si leurs conditions d’utilisation optimale ne sont pas respectées. Une batterie mal menée tient 1 ou 2 an seulement. Je conseille donc de ne pas acheter de batteries d’occasion, car rien ne garantit que l’utilisateur précédent en ait pris soin (conditions de stockage, dépassement des tolérances…)
Régulateur de charge
Le régulateur de charge est placé entre les batteries et les panneaux, c’est lui qui gère la charge des batteries en fonction de ce que peuvent fournir les panneaux. Le régulateur se choisit en fonction de la puissance du parc de panneaux photovoltaïques ainsi que du voltage du parc de batteries.
On privilégie un câblage en série, car en série les intensités ne s’additionnent pas, et les plus petites intensités limitent les pertes dans les câbles.
Avec nos 3 panneaux en série, nous pouvons utiliser un régulateur de charge MPTT type 150V/35A.
Sur sa fiche technique, on voit qu’avec des batteries en 24V, il accepte :
1000W de puissance maximum de panneaux :
Avec un total de 3 panneaux en 240W, on monte à 720W
150V de tension maximum de panneaux :
Avec 3 de nos panneaux en série ayant une tension (Vdoc) de 43,6V (c’est différent pour chaque panneau, mais c’est indiqué dans la fiche technique du produit), on additionne et ça monte à 129V
40A de courant maximum de panneaux:
Chacun de nos panneaux a une intensité max (Isc) de 7,37A (indiqué dans la fiche technique) on s’applique une marge de sécurité de 38%, on monte à 9.66A. Il y a de la marge !
Convertisseur
Le convertisseur transforme le courant continu des batteries (ici 24V=) en courant alternatif assimilable par les appareils standards du marché (230V~). Il se choisit en fonction de la tension d’entrée (ici 24V) et de la puissance maximum à délivrer (ici 550W).
Une hypothèse serait d’opter pour un convertisseur type 24/800 qui, selon sa fiche technique, monte en puissance maximum de sortie à 700W avec des pointes possibles à 1600W.
Schéma de câblage
Où acheter
Il est possible de tout acheter sur internet. Il y a de nombreux sites spécialisés, mais pour ma part, j’ai préféré me rapprocher d’un professionnel proche de chez moi. C’était sécurisant d’avoir un regard de connaisseur pour valider mon installation. Attention cependant, tous les installateurs photovoltaïques ne sont pas spécialistes dans l’installation autonome ou en site isolé ; beaucoup font simplement de la pose pour des panneaux connectés au réseau électrique national, ce pour quoi il n’y a pas de stockage et donc pas de batteries.
Budget
Pour du matériel neuf et pour cette installation :
Panneaux photovoltaïques : entre 569€ et 792€
Batteries : entre 864€ et 1 363€
Régulateur : ~300€
Convertisseur : entre 310€ et 376€
Contrôleur de batteries : ~150€
Câblage, cosses, fusibles, piquet de terre… : ~60€
Le budget total est donc compris entre 2253€ et 3041€.
Avec un fournisseur d’électricité, on peut utiliser nos appareils électriques sans limite tant qu’on paie notre consommation ;
Avec une installation autonome c’est « illimité tant qu’il y a du soleil », la seule limite étant la puissance de notre convertisseur ; après l’achat du matériel, peu importe la consommation. La durée de vie d’une batterie c’est ~10, 12 ans, les panneaux 25 ans…
En restant avec notre consommation journalière de 710Wh/j voici un rapide comparatif :
EDF : 0.15640 € (le kW)
Conso 0,71kWh/j sur 30j = 3,3 + 8,4€ d’abonnement = 11,7 € / mois
Enercoop : 0.16830 € (le kW)
Conso 0,71kWh/j sur 30j = 3,5 € + 10€ d’abonnement = 13,5 € / mois
L’installation autonome (sur 20 ans, avec 1 renouvellement du parc batterie on arriverai à ~3500€):
3500€ / ~20 ans / 12 mois = 14,5 € / mois
Donc si on ne considère que le coût direct ce n’est pas rentable économiquement parlant… Mais ça le devient probablement si on intègre les coûts sociaux, environnementaux et politique présents ou futurs.
Le paradoxe, c’est que les 710Wh/j correspondent au besoin maximum, l’hiver sans soleil, et que 9 mois sur 12 nous sommes en sur-production car il y a plus de soleil. Nous pouvons donc, summum du luxe, laisser la lumière allumée toute la journée 9 mois sur 12 !
Installer
L’installation est plutôt accessible. C’est presque « le fil rouge sur le bouton rouge, le fil vert sur le bouton vert ». Il faut quand même garder à l’esprit que c’est du courant électrique continu et qu’une mauvaise manipulation peut être très dangereuse. Les batteries arrivent chargées. Attention donc à la manipulation. Je ne peux que vous conseiller de bien lire le manuel de chaque appareil (régulateur, convertisseur…) que vous aller connecter. Vous apprendrez, par exemple, qu’il est impératif de brancher le parc de batterie sur le régulateur avant les panneaux. Et qu’il est judicieux de bâcher les panneaux avant de les brancher.
Veillez à éviter les courts-circuits, surtout près des batteries qui peuvent dégager de petites quantités d’hydrogène… gaz très explosif.
Énergie d’appoint
D’autres sources d’énergie peuvent être couplées avec un système solaire autonome :
L’éolienne : le coût reste très élevé (même pour une Piggott auto construite) si on le rapporte à ce que ça produit. De plus, pour qu’une éolienne produise un minimum, il faut la mettre à 18m de haut, ce qui nécessite une autorisation de la Mairie. Ceci étant dit, ça reste un bon complément au solaire ;
Le pétrole : un groupe électrogène peut permettre de ne pas sur-dimensionner son installation. Il permet potentiellement de :
Recharger ses batteries si le soleil n’est pas au rendez-vous afin de leur garantir une longue vie ;
Pouvoir utiliser ponctuellement un appareil qui consomme beaucoup : scie circulaire, machine à laver, bétonnière… ;
L’hydrolienne…
Ressource pour aller plus loin
Des ressources pour aller plus loin :
Le calculateur libre : calcpvautonome.zici.fr/ En plus de présenter la démarche et permettre les calculs exposés ci dessus, il propose des explications, et d’autres outils ou informations utiles, tel que le diamètre des fils électrique,
Note : L’installation dont il est question ici n’est pas le reflet complet de mon installation. Elle a été simplifiée pour plus de compréhension.
Glossaire technologie :
Panneaux monocristallins ou polycristallins à privilégier car bon rendement, Panneaux amorphes bon rendement sous faible luminosité mais mauvais avec de forte luminosité.
Régulateur MPPT à privilégier car 95% de rendement. Les régulateur PWM (moins cher) peuvent être pertinent dans des utilisations estival ou dans de toutes petites installations (type poulailler) car il on un rendement 70% (donc 30% de l’énergie du soleil perdu)
Batterie AGM ou GEL pour les installation modeste < 350Ah, au dessus passer à des technologie type OPzV, OPzS
Convertisseur « Pur Sinus » à privilégier au « Quasis Sinus » dès que vous avez des appareils type ordinateur, pompe, chaîne Hi-Fi ;
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![[Passerelle Eco] Concevoir son installation photovoltaïque autonome](https://david.mercereau.info/wp-content/uploads/2018/01/PE_PV_ban-825x372.jpg)
