Équipement solaire & éolien|mardi, février 18, 2020
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Dimensionner un kit solaire pour site isolé, un kit solaire 12V, un kit solaire autonome 

Une installation photovoltaïque autonome doit être capable de fournir de l’énergie, y compris lorsqu’il n’ y a pas ou peu de soleil. Il faut donc  qu’une partie de la production de la journée soit stockée dans des batteries. Cette installation se compose essentiellement de modules photovoltaïques adaptés à l’alimentation électrique des sites autonomes, d’un régulateur de charge, d’un parc batterie et d’un onduleur ( appelé aussi convertisseur de tension 230 V ).

Les caractéristiques du photovoltaïque font qu’il est adaptable à de nombreuses applications ( maison, mobil home, chalet, yourte, refuge, camping-car, nautisme, nomade en camp itinérant, etc… )

 

dimensionnement-kit-solaire.jpg
En site isolé non raccordé au réseau de distribution électrique, pour s’équiper il faut raisonner selon 3 axes :

1/ La production :

  • Panneaux photovoltaïques
  • Éoliennes
  • Groupe électrogène

 

module-solaire-site-autonome.jpg

 

2/ La conversion, le stockage et le transport de l’énergie produite :

  • Batteries solaires à décharges lentes de technologie gel ou agm ou plomb ouvert
  • Régulateurs de charge solaire Pwm ou Mppt
  • Convertisseurs de tension pure sinus qui délivrent un signal équivalent réseau, une bonne manière de respecter vos appareils sensibles tel que Pc, Tv etc…ou convertisseurs chargeurs pour permettre une source de charge extérieure
  • Câbles, connectiques, protections électriques tels que disjoncteurs, fusibles, parafoudre ou boîte de jonction

equipements-solaires.png

 

3/ La consommation qu’il faut optimiser avec des appareils ou équipements basse consommation :

  • Eclairage via lampe et appareillage Led : très faible consommation, éclairage puissant, longue durée de vie
  • Chauffage : plutôt bois ou gaz
  • Réfrigération : frigo spécifique 12V, frigo 230V à très faible consommation ou frigo gaz
  • Cuisson : bois ou gaz
  • Pompage si puits ou source : avec pompe solaire immergée ou de surface
  • Confort domestique via prises de courant

Il est nécessaire de choisir pour tous les appareils ceux qui sont le plus économes en énergie. L’énergie la moins chère étant celle que l’on ne consomme pas, on remplace les gros consommateurs électriques tels que le chauffage par un substitut tel que le bois.

 

Pour réaliser une installation, il faut une démarche précise et méthodique qui va permettre de dimensionner sur mesure votre installation autonome. Pour le choix des matériels, il est utile et important d’acheter vos équipements après avoir effectué votre dimensionnement. Nous constatons en effet que certains préféreront se simplifier la vie avec des kits pré-équipés vendus sur internet, malheureusement le constat est amer puisqu’ils ne correspondront que rarement à votre besoin. Est il utile d’ acheter du matériel qui ne vous convienne pas ?

L’étude de consommation : Elle va permettre de lister la puissance des appareils et le nombre d’heures d’utilisations quotidiennes …. c’est la puissance multipliée par la durée de production qui va nous donner l’énergie dont on a besoin :  on va transformer des Watts ( W : puissance) en Watts-heures ( Wh : énergie )….100Wh c’est 10W x 10h.

Il faut distinguer les utilisations saisonnières ou a l’année car une utilisation à  l’année prends en compte le taux d’ensoleillement du mois le plus faible ( décembre en France ) contrairement à une utilisation de saisons ( printemps-été ) qui forcemment aura un nombre d’heures d’ensoleillement plus intéressant.

En résumé :

  • La consommation dimensionne le parc batterie.
  • La consommation dimensionne les panneaux photovoltaïques.

 

L’étude de consommation est essentielle car c’est elle qui va orienter le dimensionnement du parc batterie :

Les batteries solaires sont des batteries à décharge lente donc elles sont faites pour restituer longtemps. Plus la restitution est courte, plus la capacité disponible est faible. ( caractéristiques propres à chaque type de batteries ).

Focus C20 et C100 :

Sur les batteries à décharge lente, il est toujours notifié C20 ou C100. Cette indication représente la capacité de la batterie sur un certains nombre d’heures de décharge. 770Ah C100 signifie que la batterie fait 770Ah de capacité si on la décharge sur 100h soit 7.7A de décharge par heure. MAIS cette même batterie pourrait tout à fait porter la mention 540Ah C20 soit une capacité de 540Ah pour une décharge sur 20h soit 27A de décharge par heure. On comprend bien là qu’il est important d’avoir cette information avant d’investir sur un parc batterie. Attention donc aux vendeurs qui vous focaliseraient uniquement sur la capacité de la batterie.

Pour résumé : une batterie a une capacité qui dépend de sa durée de décharge.

Sur un site autonome, en général, il est préférable de raisonner en C20 car c’est le cycle qui se rapproche le plus d’une journée de 24h.

 

Pour dimensionner la capacité en Ah du parc batterie, il est important de tenir compte du taux de décharge quotidien :   une batterie ne doit jamais être déchargée à plus de 50% de sa capacité, c’est la règle. Plus le taux de décharge est important, plus est réduite la durée de vie. En effet, le taux de décharge influe directement sur le nombre de cycles charge/décharge que vous allez pouvoir effectuer.

Pour que vos batteries vous donnent entière satisfaction dans la durée, il faut dimensionner votre installation avec une décharge quotidienne du parc batterie à hauteur de 10% ( idéal ) à 20% ( 20% moins cher économiquement ) de sa capacité (C). En gros, le parc batterie a une capacité de stockage qui représente 5 à 10 fois votre besoin journalier ( pour de la batterie plomb et une installation autonome sur l’année )

Exemple avec un besoin de 2000Wh par jour d’énergie :

  • Dimensionnée à 10% de décharge ( C/0.1) vous avez un parc batterie de 20kWh soit 24V-833Ah C20.
  • Dimensionnée à 20% de décharge ( C/0.2) vous avez un parc batterie de 10kWh de capacité soit 24V x 416Ah C20.

 

L’autonomie sera de 5 à 10 jours avant d’avoir décharger totalement vos batteries ( décharges très profondes à éviter au maximum ).

Pour un petit site et avoir une approche rapide, vous pouvez aussi faire un dimensionnement à 50% de décharge et ajouter le nombre de jours d’autonomie souhaité : Par exemple, pour 150Wh/jour de besoin, celà  fait 300Wh +2-3 jours d’autonomie soit entre 600Wh et 900Wh de batterie.

Rappel :

  • Quand vous mettez vos batteries en série, vous additionnez les tensions et quand vous les câblez en parallèle, ce sont les courants qui s’ajoutent : 2 batteries 12V 100Ah en série = 24V 100Ah ….et en parallèle 2 batteries 12V 100Ah = 12V 200Ah !!
  • Le fait d’augmenter la tension diminue l’intensité circulant dans les câbles et donc diminue aussi la section de câble  utile.

 

batterie pour habitat autonome

 

 

Connaitre la puissance solaire ( en Wc ) nécessaire pour recharger ce parc de stockage :

Un mois d’été peut fournir 5 fois plus d’énergie qu’un mois d’hiver ( en moyenne car variable selon les régions ), 100Wc de modules peuvent ne fournir que 80Wh par jour l’hiver et ce même module fournira 500Wh l’été. Vous comprenez l’importance de dimensionner en fonction de la période d’utilisation.

 

La production potentielle du champ photovoltaïque :

Pour savoir la production potentielle solaire du lieu, il faut connaitre 

  • la localité
  • l’inclinaison des modules ( 60° idéal pour une utilisation à l’année )
  • les masques d’ombres potentielles pouvant nécessiter un relevé de masque afin de l’inclure dans le résultat final de production.

 

La recharge  du parc batterie  doit se faire avec un courant de charge compris entre 1/10eme et 1/20eme de la capacité de la batterie. Pour un parc batteries de 10kWh soit une intensité de 540Ah en 24V, il faudra charger entre 54Ah et 27Ah d’intensité venant des modules. Charger les batteries avec un courant plus important risque de les faire monter en température et de les endommager.

A ce stade, l’approche de dimensionnement est quasiment terminée, il va falloir choisir le régulateur de charge en fonction de l’intensité délivrée par les modules :

Le choix peut se porter sur un régulateur classique Pwm ou Mppt ( optimise la puissance des modules de 15-30% et gère les effets de l’ombre ).

Différentes options sont possibles sur les régulateurs tels que :

  • Réglages des tensions de charge en fonction du type de batterie ( gel , agm ou plomb ouvert qui nécessite des  tensions différentes )
  • Réglages en fonction de la T° qui influe sur le système. En charge un régulateur doit pouvoir permettre un réglage qui permettra de baisser la tension de charge en fonction de l’augmentation de la T° ambiante.

Les températures ont une influence sur la durée de vie des batteries, elles peuvent durée 10-15 ans bien entretenues à 20°C mais elles perdent la moitié de leur vie tous les 10° d’augmentation de T°.

Le courant continu qui va être produit n’est pas exploitable par les appareils domestiques standards ( sauf éclairage et produit spécifique 12 ou 24v ), on a donc souvent besoin de transformer cette électricité continu en tension alternative. C’est donc le choix du convertisseur qui transforme du 12/24 ou 48V continu en 230V alternatif.

Attention à la qualité du convertisseur :

+qualité du signal électrique : pure sinus indispensable

+consommation du convertisseur : un point extrêmement important car il serait dommage de vider les batteries uniquement par la consommation du convertisseur. Certains produits peu chers sont conçus pour des utilisations non permanente donc en on/off car leur consommation peut être importante. D’autres sont plus élaborés techniquement et sont vraiment conçus pour le site autonome en utilisation permanente. Ces derniers ont des consommations très faibles et disposent souvent d’un mode veille qui optimise encore la consommation. A noter que les bons produits ont un mode veille qui déclenche avec des seuils de puissance de quelques watts….à quoi bon avoir un mode veille si le convertisseur ne s’enclenche pas quand vous allumez la lumière, on ne va tout de même pas allumer l’aspirateur à chaque fois qu’on souhaite s’éclairer…j’exagère mais il y a une différence entre un mode veille qui s’active dès que la conso est supérieure à 5W et un mode veille qui s’active à 50W ( déjà vu  ). Les meilleurs produits vous donneront même la possibilité de régler votre seuil d’activation de 1-25W.

Il faut veiller à trouver le bon compromis entre besoin et puissance.  Le convertisseur ne se dimensionnera pas en fonction de la puissance de pointe de tous les appareils électriques allumés en même temps. En effet, quel intérêt d’avoir un convertisseur de 7000W pour le faire fonctionner généralement sur quelques centaines de Watts. Seuls les très bons produits ( Studer, TBS Electronic ) sont capables d’avoir des convertisseurs ou des convertisseurs-chargeurs de puissances importantes avec des consommations relativement faibles. On a déjà fait le test et le comparatif et la différence de résultat  peut être tout simplement impressionnant :

-Convertisseur-chargeur entrée de gamme 3500W : la consommation relevée sur le gestionnaire de batterie nous indiquait, sans qu’il y ait de consommation, 3.1A sortant soit une consommation du produit de 80W en instantanée….c’est énorme car 80W x 24h celà fait presque 2000Wh soit l’équivalent d’une consommation journalière pour un habitat autonome.

-Convertisseur-chargeur TBS Electronic : consommation relevée sur le gestionnaire de batterie de 0.41A soit 10W soit 240Wh sur 24h.

Résumé: en faisant le bon choix, vous venez de réduire votre consommation de 1.7kWh/jour !!!

 

convertisseur-solaire.jpg

Reste à finaliser le projet en calculant les sections de câbles adaptés pour éviter ce qu’on appelle les chutes de tension, autrement dit, les pertes de puissance dues aux échauffements dans les câbles. Plus il y a long, plus la section doit être importante, notamment en courant continu. On préconise donc aussi pour des raisons de coûts d’essayer de minimiser les longueurs pour regrouper l’ensemble des équipements solaires.

 

protections-electriques-solaire.jpg

 

Ne pas oublier que l’on a à faire à une installation électrique et qu’il est donc important de calibrer des protections électriques adaptées à l’installation. ( I= P/U, formule pour déterminer l’intensité admissible dans chaque circuit )

Afin de rentrer plus dans le détail dans le choix des modules solaires et du régulateur de charge  :  Acheter et choisir ses panneaux solaires photovoltaïques

 

Des équipes de techniciens à votre service.

Infos installateur : www.grenergies.com

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5 Réponses à Dimensionner un kit solaire pour site isolé, un kit solaire 12V, un kit solaire autonome

  1. BAPACK

    Bonjour Mr,
    Nous voulons éclairer une voiture de train par énergie solaire.
    Nous portons le choix sur le matériel suivant: Ampoules économiques,panneau souple/flexible
    Puissance demandée:44W
    – 04 Ampoules de 7W/12V
    – 04 Ampoules de 4W/12V
    Durée d’utilisation: de 18H à 07H soit 13H minimum.
    Toutes les ampoules s’allument au même moment.
    Bien vouloir nous faire une Etude et Cotation.
    Bonne diligence
    Dieudonné BAPACK

    Bien vouloir nous faire un étude et Cotation du matériel.

     
  2. steeve bingono

    bonjour,

    je voudrai avoir une idée pour le choix d’un générateur solaire off-grid pour une consommation quotidienne de 6000wh/jour

     
    • avelheol

      …l’étude du projet déterminera la capacité des batteries et la puissance solaire. Il y a trop d’élements à intégrer pour vous donner un prix comme ça. Pour un kit de 6kWh, nous faisons en sorte que vous ayez tout le nécessaire pour le montage c’est à dire en plus des équipements, il faut aussi toute la filerie, les protections adaptés etc.. nous remettons aussi un schéma électrique personnalisé.
      Il faut vraiment passer une étude de dimensionnement et à partir de là, on fera un chiffrage qui répondra à vos attentes.

       
  3. steeve bingono

    bonjour

    juste pour savoir, est ce que seulement avec la consommation quotidienne on peu directement choisir un kit.
    par exemple: ma consommation quotidienne est 6000wh/jour soit 6kwh est ce que ça voudrai dire que mon kit doit être de 7kw pour équilibrer ma consommation, ou bien il y a d’autres critaires a prendre en compte

     
    • avelheol

      Bonjour,
      Connaitre sa consommation est le point de départ du dimensionnement. Il y a pourtant d’autres critères à prendre en compte et à ne pas négliger, quelle est la localité géographique, la saison d’utilisation et comment est répartie la consommation sur la journée etc..
      Pour un besoin de 6kWh, je vous conseille de nous contacter pour que l’on fasse une étude sur mesure et que l’on puisse échanger ensemble sur le projet. Les kits solaires sont bien adaptés aux utilisations de loisirs mais pour des consos importantes ou en habitat, il faut vraiment être professionnel et rigoureux dans la démarche.

      Cdlt

      Avel Heol

       

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