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 ( une ou plusieurs ) et d'un onduleur ( appelé aussi convertisseur de tension 12/24/220 V ).

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

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

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

• Batteries solaires à décharges lentes de technologie gel ou agm ou batteries solaires semi stationnaires à plomb ouvert

• Régulateurs de charge solaire Standard 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 dérivation
  

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

• Eclairage via lampe et appareillage Led : très blaible consommation, éclairage puissant, longue durée de vie
• Chauffage : plutôt bois ou gaz
• Réfrigération : frigo spécifique 12V à très faible consommation ou frigo gaz
• Cuisson : bois ou gaz
• Pompage : 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 préfereront se simplifier la vie avec des kits pré-équipés vendus sur internet, malheureusement le constat est amer puisqu'ils ne corresponderont 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 listée la puissance des appareils et le nombre d'heures d'utilisations quotidiennes .... c'est la puissance mulitipliée 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 photovoltaiques.

Votre consommation va ensuite vous orientez vers le dimensionnement du parc batterie :

Les batteries semi-stationnaires ou stationnaires sont des produits 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 ).

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).

Exemple avec un besoin de 150Wh par jour d'énergie :

Dimensionnée à 10% de décharge :( C/0.1) vous avez un parc batterie de 1500Wh soit 12V x 125Ah ( ou 24V x 62.5Ah ).

Dimensionnée à 20% de décharge :( C/0.2) vous avez un parc batterie de 750Wh de capacité soit 12V x 62.5Ah.

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

Vous pouvez aussi faire un dimensionnement à 50% de décharge et ajouter le nombre de jours d'autonomie souhaité : Dans l' exemple, celà  fait 300Wh +2-3 jours d'autonomie soit entre 600Wh et 900Wh de batterie.

• 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.

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.

Connaitre la production potentielle du champ photovoltaique : 

• Quel est le gisement solaire du lieu ? Si l' on a un gisement G = 5.6Kwh/m2 par jour ( soit un apport de 5600Wh par m2 par jour ) en Bretagne au mois de mai.
  

   ABAQUE SITE ISOLE-Puissance crete

   

  Le logiciel en ligne PvGis peut aussi vous aidez à déterminer le gisement en fonction de votre localité : Lien Pvgis

  Précisez votre localité sur Pvgis, l'angle d'inclinaison souhaité des modules et vous aurez le gisement en Kwh/m2/jour en fonction des mois de l'année.

  
  

• On a la puissance de modules solaire en Watt crête Pc=Ej/(0.6xG en Kwh/m2/jour) : 
• Pc : Puissance crête
• Ej :  Energie de consommation journalière Ej  en Wh soit 150Wh/jour dans notre exemple
• G : Gisement solaire du lieu
• 0.6 : coefficient 

• Résultat : Ici Pc=150Wh/(0.6x5.6)=44Wc

      Un module de Pc=44Wc et une batterie 12V 62.5Ah suffissent pour notre exemple d'une consommation journalière de 150Wh/jour. Ce petit dimensionnement vaut aussi pour des installations de tailles plus conséquentes.

D'autres facteurs de performances :

• Quelle est l'orientation et l'inclinaison du champ Pv ? 
• Y a t'il un masque d'ombres ? En effet de l'ombre venant de l'environnement à proximité ( bâtiment, végétation ) influera négativement sur la production. Il peut donc être nécessaire d'effectuer un relevé de masque pour estimer cette influence.

La recharge  du parc batterie : se fait avec un courant de charge compris entre 1/5eme et 1/20eme de la capacité de la batterie. Pour un parc batteries de 750Wh soit une intensité de 62.5Ah en 12V, il faudra envoyer entre 3Ah et 12Ah d'intensité venant des modules.

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 e 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 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 peut donc avoir 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.

On le détermine en fonction de la puissance de pointe que vous avez besoin ( 1000-2000-5000W par exemple ). Il faut veiller à ce que le parc batterie soit suffisant en capacité pour fournir ce que vous souhaitez, sinon vous allez épuiser vos batteries avec une décharge trop rapide.

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 dûes 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.

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 photovoltaiques

   Des équipes de techniciens à votre service.

Contact installateur :

www.grenergies.com

La boutique spécialisée de vente en ligne :

www.avelheol.fr