Suite du deuxième volet: Du thermique avant le photovoltaïque
Objectif: construire une petite résilience énergétique avec panneau photovoltaïque et batterie
Le but de cette installation solaire de secours est de faire face aux pannes temporaires du réseau électrique national, généralement en raison d’événements climatiques divers: tempêtes, canicules, ou grand froids, voir le premier volet du dossier. Elle est compatible avec un appartement, si celui-ci dispose d’une fenêtre ou d’un balcon au soleil.
Quels sont les besoins essentiels en cas de panne réseau:
C’est à vous de faire votre inventaire ! … mais l’on peut suggérer:
- pouvoir alimenter et/ou recharger ses systèmes de communication et d’information: téléphones portables, radios, chargeur de piles, box et téléphones de maison, éventuellement ordinateur portable.
- pouvoir éclairer à minima dans 3 ou 4 pièces essentielles, dont celles de votre voisin en face Nord de l’immeuble
- alimenter une éventuelle filtration ou alimentation en eau (pompe) ou équipement médical léger … avec 150W de panneaux minimum
- sauver éventuellement le contenu d’un éventuel mini congélateur ou mini réfrigérateur, en fonction de sa puissance… avec 200W de panneaux minimum
- alimenter éventuellement l’électronique (et circulateur) d’un chauffage à combustible (gaz, pellets), ou un ventilateur (été). avec 300W de panneaux minimum
On oublie tout le reste, qui nécessiterait une installation totalement différente en terme de puissance et de stockage, mais que nous aborderons dans le quatrième volet de ce dossier.
L’électricité qui alimente nos équipements usuels
Nous avons deux types d’équipements:
- ceux qui utilisent directement le courant alternatif 230 volts, comme un ventilateur, un grille-pain, un réfrigérateur, ou une lampe de chevet.
- ceux qui utilisent également le 230 V alternatif, mais au travers d’une ” alimentation secteur“, petit boitier que l’on branche d’un côté sur une prise 230V, et de l’autre à son appareil. Les alimentations secteur transforment le 230V alternatif en courant continu. C’est le cas d’une box internet (12 volts par exemple), d’un ordinateur portable (19 volts par exemple), ou d’un chargeur de téléphone portable (5 volts par exemple).
Utilisation directe du courant, sans batterie, avec deux ordinateurs sans batterie et une imprimante
Un panneau photovoltaïque fournit seulement un courant continu. On pourrait brancher directement les appareils usant d’une alimentation secteur, même sans stockage: on débranche leur alimentation secteur que l’on n’utilisera pas, on intercale entre le panneau solaire et l’équipement, un petit convertisseur (Mot clé: Buck-Boost Converter) pour adapter la tension, avec un connecteur adéquat, et le tour est joué. Tant que le panneau est au soleil, cela fonctionne parfaitement….même pour un ordinateur portable et une imprimante, ainsi que je l’ai démontré plusieurs fois. Mais sans stockage, ces appareils s’éteignent dès que le soleil disparait ou qu’un nuage apparait.
Stockage ou sans stockage de l’électricité ?
Si on veut pouvoir se servir de nos équipements minimaux sans soleil, notamment l’indispensable éclairage, on va devoir stocker de l’énergie en batterie, puis adapter le courant de la batterie pour son utilisation. On choisira les batteries plomb, scellées, sûres, propres et recyclables à plus de 99%. On ne choisira pas les batteries Lithium, qui ne sont pas, en 2021, ni recyclées, ni vertueuses lors de leur fabrication.
En stockant sur des batteries 12V ou 24V, on pourra utiliser toute la panoplie d’équipements prévus pour le secteur automobile et routier, que l’on branche généralement sur les prises “allume-cigare”. Si on produit, et si on stocke assez d’énergie sur nos batteries 12V ou 24V, on pourra même générer un petit peu de 230 volts alternatif, grâce à un onduleur. Mais cette transformation peut faire perdre jusqu’à 30% de la puissance disponible. Cela peut être rédhibitoire si l’on ne peut pas installer une plus grande surface de panneaux pour des raisons de place ou de coût.
Avec une installation d’urgence ou de résilience comme celle que nous allons voir, nous ne pourrons alimenter que les petits équipements peu puissants. Oubliez les radiateurs électriques, les grille-pains, les fours, les climatisations, les plaques de cuisson, les télévisions, les cumulus électriques et les machines à laver qui consomment des milliers de watts/heure ! Nous restons dans le cadre d’une résilience énergétique minimale en cas de black-out, utilisable même en appartement (ensoleillé).
Quelques notions techniques de base
Un panneau photovoltaïque, s’il est exposé au soleil, fournira seulement du courant continu, par exemple une tension de 24 à 28 Volts (grands panneaux). A l’ombre, il ne fournira rien.
Selon la surface disponible exposée au soleil, et l’exposition, ce panneau disposera de plus ou moins de puissance. Par exemple, un panneau de 1 m40 par 70 cm fournira une puissance de 160 Watts en orientation vers le soleil à midi solaire par ciel clair, et un peu moins de 100 Watts avec un soleil de biais, un peu moins de 50 Watts par soleil voilé, rien par soleil voilé de biais ! C’est très peu. En hiver, les heures de beau temps disponibles, bien orienté, par ciel clair, sont plus rares…ce sera le moment de consommer prioritairement votre courant, ou bien de charger vos batteries d’équipements à batteries, ou bien vos batteries de stockage. Il faut donc déjà se préparer mentalement à réserver son électricité aux besoins de base, à gérer activement ces heures de disponibilité solaire, à gérer son stock potentiel en fonction de la météo du lendemain !
L’installation minimale avec stockage mais sans 230V
Elle se compose de 4 éléments:
- un panneau photovoltaïque qui fournit un courant continu lorsqu’il est au soleil
- un régulateur-chargeur MPPT qui transforme ce courant pour charger la batterie et proposer en sortie un courant stable, prêt à utiliser
- une batterie solaire
- une prise d’allume-cigare pour brancher son équipement.
Installation minimale, car il n’y a pas la coûteuse génération de courant 230V. Minimale, parce que l’installation ci-dessus, peut, telle quelle, avec précautions au moment du câblage, et un bon régulateur-chargeur électroniquement protégé sur ses entrées et sorties, se passer d’interrupteurs ou de fusibles. On peut brancher toutes sortes d’accessoires 12V sur la prise allume-cigare, mais attention, on ne disposera pas de l’énorme puissance électrique d’une voiture, qui permet de mettre un frigo de voiture ou une bouilloire de voiture, mais seulement d’un dixième de cette puissance, suffisant pour quelques ampoules à LED (uniquement), un chargeur de portable, des petits équipements inférieurs (au total) à 100w. On peut également y brancher une box internet, un ordi portable léger ou d’autres équipements à courant continu, par l’intermédiaire d’un adaptateur “12 volts vers autre tension continue au choix” qui leur fournira les bonnes tensions, sans passer par du 230V. On éteindra ces équipements dès qu’on n’en aura plus besoin.
Il est à noter qu’il vaut mieux prévoir des éclairages à LED directement en 12volts, plutôt qu’un convertisseur 12 V => 230V.
La quantité d’énergie utilisable et stockable dépend de la surface de panneaux et de leur orientation.
C’est en fonction de la surface possible de vos panneaux (balcon, ou bien terrasse, ou bien jardin, ou bien toiture) que nous allons adapter notre stratégie d’utilisation et notre stratégie de stockage. L’orientation de vos panneaux, qui change pendant toute la durée de l’ensoleillement, influe également sur le rendement de vos panneaux.
Si vous êtes en façade d’immeuble ensoleillée, vous pourrez utiliser le mur (intérieur) de votre balcon pour poser un panneau, sans que les règlements de copropriété s’y opposent: vous avez potentiellement le droit de poser un tableau de Soulages ou un Tableau Noir à craie pour enfants au mur, ou contre le mur, vous avez donc le droit de mettre l’équivalent en capteur photovoltaïque. Au pire, vous pourriez mettre un panneau à l’intérieur, plaqué sur une vitre au soleil, le temps de son ensoleillement, histoire de charger vos équipements et batterie(s). On prend le droit de s’adapter à la situation quand le réseau national est muet !
Si vous disposez d’une terrasse ou d’un balcon-terrasse plus large, vous pouvez poser vos panneaux au sol, bien inclinés et orientés face au soleil, pour gagner le maximum de puissance. Si vous avez beaucoup d’espace au soleil, la situation est différente, vous pourrez adapter plus facilement votre production à vos besoins. Mais attention ! la terre tourne, et le soleil est plus bas en hiver, vous ne pourrez pas choisir les emplacements dans un acte de création décorative : ils seront dictés par la configuration des lieux.
L’installation minimale avec stockage et un peu de 230V
L’onduleur doit impérativement être un modèle avec protection de la batterie contre les décharges.
Configuration équivalente à la précédente, mais avec des fusibles entre chaque composant, et l’ajout d’un Onduleur, convertisseur 12v continu vers 230V alternatif, de type “Pur Sinus”, d’une puissance appropriée à la capacité de stockage utilisable, voir tableau en bas de page.
L’onduleur n’est pas branché sur la sortie “accessoires 12V”(= prise allume-cigare) du régulateur, qui ne le supporterait pas, mais directement sur la batterie.
Une deuxième précaution incontournable: il faut impérativement vérifier que cet onduleur est d’un modèle se coupant automatiquement lorsque la tension de la batterie descend trop bas: à 11,9 V par exemple (valeur réglable). Dans ce cas, vous n’aurez plus de 230V, mais vous serez sûr.e que votre batterie survivra jusqu’à la prochaine charge solaire. En effet, on ne le répètera jamais assez: une seule décharge trop profonde tue définitivement une batterie plomb.
Si votre onduleur ne dispose pas de cette protection, il faut rajouter un petit module dans le circuit, entre la batterie et l’onduleur : un limiteur de décharge. Il coupe le circuit (et donc le 230V) si la tension de la batterie est trop basse. Mot-clé: “Limiteur de décharge batterie- Battery Protect”. La valeur se règle en fonction de votre désir de durabilité de la batterie, en terme de cycles de charge et décharge, voir plus bas.
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Description des matériels
Le panneau photovoltaïque.
Il en existe de toutes sortes de modèles, puissance, taille, et prix ! On ne peut pas échapper à la fabrication chinoise, qui représente 95% des panneaux, cependant de très bonne qualité. Voici 3 exemples de taille et donc de puissance différente:
 une promo en monocristallin à 100 euros |
 une promo en monocristallin à 60 euros |
du haut de gamme à plus de 300 euros |
Les panneaux rigides sont les moins chers. Ils ont au moins jusqu’à 25 ans de durée de vie, alors que les très chers et légers panneaux souples sont inopérants au bout de 5 à 10 ans selon qualité et entretien.
Si votre surface d’accrochage ne peut pas être bien orientée/inclinée vers le soleil, ou bien si votre région est moins ensoleillée, il est préférable d’utiliser des panneaux dits “monocristallins”, qui génèrent plus de courant par ensoleillement de biais ou soleil voilé. En revanche, si vous pouvez incliner comme vous voulez, et disposez d’un climat chaud, il vaut mieux du polycristallin.
Ne pas acheter des panneaux chez des marchands d’équipement pour caravaning ou nautisme, sous peine de les payer 3 fois plus cher ! les marchands dédiés au solaire pour habitation peuvent avoir des prix très bas: on trouve, en ligne, chez des marchands français, de grands panneaux polycristallins de 300W de qualité à 150 euros port compris, ou des panneaux de 50 watts monocristallin, à 60 euros, port compris. De très bonnes affaires également en occasion sur vos sites favoris, les panneaux rigides étant opérants pour 25 ans environ… Aucun scrupule d’acheter un panneau qui a déjà passé 6 ans au soleil pour 20% du prix neuf ! Attention, les prix ayant grandement chuté ces 5 dernières années, on peut même trouver de l’occasion plus chère que le neuf !
Le régulateur MPPT
Aussi appelé régulateur solaire MPPT, c’est un chargeur de batterie “spécial panneaux solaires”, de 15 euros à 100 euros et plus /pièce en fonction de la qualité et de la puissance de panneaux à gérer. Il s’occupera de charger votre batterie avec le courant des panneaux, et même, de vous couper le courant pour préserver votre batterie si vous avez trop consommé ! On y branche:
- le panneau solaire (2 fils =le plus et le moins),
- la batterie (2 fils =le plus et le moins),
- le départ vers le consommateur (2 fils =le plus et le moins)
d’où les 6 connecteurs (borniers à vis) que l’on voit en bas des boitiers
Régulateur MPPT avec écran LCD indicateur, premier prix |
 Régulateur MPPT Européen de qualité, bien protégé. |
Les régulateurs les plus petits, 8 à 10 ampères, peuvent gérer deux panneaux de 50 watts maximum. Mots-clés: par exemple : Régulateur MPPT 10A, ou 15A. (Ampères).
Il existe des régulateurs type PWM, bien moins chers, mais dont le moins bon rendement n’est pas rentable dans le cas d’une petite installation, en appartement par exemple, et surtout si on ne peut pas correctement orienter ses panneaux. Ce qui différencie les modèles MPPT, entre 15 euros et 150 euros pour la même puissance, c’est la durabilité, mais surtout la qualité des protections électroniques contre tout type de perturbation, le réglage, ou non, de la limite de décharge de la batterie. Les bonnes marques sont Steca ou Victron, européennes, et Morningstar, USA, mais on peut tout à fait utiliser du low-cost moins protégé et moins solide si on n’a pas les moyens. On peut acheter de l’européen d’occasion sans souci.
La batterie
C’est l’élément le plus coûteux de l’installation. Il faudra choisir impérativement une “batterie solaire” 12V, type AGM, => durabilité 3 à 6 ans selon la profondeur de décharge utilisée, ou bien, type Gel (4 à 8 ans, selon habitudes de décharge), ou bien, type Plomb-Carbone (5 à 12 ans et plus, selon habitudes de décharge). Les prix sont croissants. Là aussi, la fabrication européenne, excellente en qualité et durabilité, se paye au prix fort, parfois 3 fois le prix asiatique.
Les prix: à partir de 70 euros, premier prix, pour la plus petite batterie pour ce projet, puissance 50 Ah (Ampères/heure), origine asiatique. Si vous pouvez mettre au moins 150W de panneaux, vous choisirez une capacité de 100 Ah, pour environ 150 euros au premier prix, en fabrication asiatique également.
Mots clés: “Batterie solaire AGM 12V 100 Ah” ou bien “Batterie solaire Gel 12V 100 Ah” ou bien “Batterie solaire Plomb-Carbone 12V 100 Ah” (ajustez votre capacité, 50, 65, 100, 120, 150, etc). Les très bonnes marques européennes de batteries solaires sont Hoppecke, Sonnenschein et Victron. Ne jamais acheter en occasion, on ne sait pas ce que le propriétaire a pu faire en terme de décharge.
Durabilité des batteries plomb
Ce qui conditionne la durée d’une batterie plomb, c’est la profondeur de décharge. Plus vous “tirerez” “profond” sur la batterie, moins elle durera. Plus vous attendrez avant de la recharger, moins elle durera. La durabilité maximum s’obtient en ne déchargeant jamais plus que 20% de la capacité totale (ce qui donne 80% sur la colonne de gauche du tableau ci-dessous). On peut ainsi atteindre le millier de cycles de charge et décharge, jusqu’à 2000 cycles sur les plomb-carbone de qualité. A l’inverse, si vous consommez jusqu’à 80% de la capacité d’une batterie (20% dans le tableau ci dessous) , vous n’aurez que quelques centaines de cycles de charge et décharge, de 300 à 600 cycles selon qualité. Voici un tableau d’un constructeur, pour une batterie plomb-carbone coréenne de qualité. On peut observer que cela est également dépendant de la température: ne pas laisser votre batterie dans un coffre noir au soleil sur le balcon…
Chaque constructeur/type de batterie possède ses propres caractéristiques de charge et décharge. Il faut les consulter avant de régler ses limiteurs de décharge.
Pour un projet de résilience, dans lequel on n’utilise la batterie qu’en cas d’urgence, de une à 10 fois par an, on peut se permettre de descendre à 50% de la capacité ou moins, mais il vaudrait mieux, dans un souci écologique, toujours viser la durabilité maximum, un recyclage étant toujours gourmand en énergie, même s’il est excellent dans le cas des batteries plomb, à 99% de récupération du plomb et du plastique.
On aurait donc intérêt, si le budget le permet, de choisir une batterie de plus grande capacité, et de n’en tirer que les 20% qui assureront sa durabilité maximale, voire un usage en mode non dégradé, juste pour le plaisir de ne pas utiliser le courant électro-nucléaire français. Il ne faut toutefois pas exagérer cette capacité si la surface de panneaux est faible, car vous n’arriveriez pas à remplir votre batterie, ce qui diminuerait sa durabilité. Suivez les indications du tableau en bas de page.
Enfin, il faut savoir que toute batterie plomb, même neuve et bien chargée à sa première utilisation, même de la marque la plus prestigieuse et la plus chère, sera définitivement détruite en une seule fois si on la vide en dessous d’un certain seuil.
Les réglage de la limite de décharge peut se faire sur les régulateurs-chargeurs MPPT de qualité, mais sera fixe sur les MPPT premier prix. Si vous utilisez la configuration avec Onduleur Pur Sinus 230V, c’est soit l’onduleur qui coupera, s’il est équipé pour cela, à sa valeur standard, ou à une valeur configurable pour les onduleurs de bonne qualité, soit le limiteur de décharge, toujours configurable.
L’onduleur Pur Sinus, ou convertisseur Pur Sinus
Prendre impérativement un “Pur sinus” si on veut utiliser ce courant pour des équipements électroniques et numériques (ordis, chargeurs, etc), mais pas un “pseudo sinus”. Il en existe des centaines de modèles, issus du marché automobile et routier, mais qui ne sont pas dédiés au solaire, c’est à dire qu’ils n’ont pas de protection pour couper le 230V lorsque la tension de la batterie descend en dessous d’un certain seuil. On peut les utiliser uniquement si on rajoute un limiteur de décharge entre batterie et onduleur.
Prix: un convertisseur “pur sinus” 12V continu vers 230V alternatif vaut de 70 à 150 euros et plus en fonction de la qualité et de la puissance à fournir (qui dépend de la capacité de votre batterie). Mots-clés: Convertisseur Pur Sinus 12V 230V 150W (par exemple) ou Onduleur Pur Sinus 12V 230V 150W (par exemple) mais cette requête sur un moteur de recherche vous emmènera préférentiellement vers les onduleurs pour voiture, qui n’ont pas de protection batterie. Il vaut mieux fouiller les pages des vendeurs consacrés au “solaire autonome”.
Quelques configurations équilibrées
Elles sont à ajuster en fonction de votre éclairement solaire, de votre région, de votre configuration, ainsi que des possibilités des matériels. Ces chiffres vous donnent les ordres de grandeur pour équilibrer vos équipements en fonction de votre production maximale. Vous ne pourrez pas consommer plus que ce que vous avez stocké…plus vous branchez d’équipements électriques (puissants), plus votre réserve va fondre rapidement.
| Équipements et durée de consommation en soleil d’hiver | Puissance à installer pour des panneaux bien orientés. |
Puissance régulateur-chargeur en Ampères | Stockage idéal en volts capacité batteries en Ampères/heure, passez à la ligne supérieure si vos panneaux/climat ne sont pas optimalement orientés. |
Puissance maxi onduleur pur sinus fournissant du 230V |
Prix kit complet pré-câblé et protégé, avec matériel européen de qualité | Prix matériel de base non européen |
| Chargeur téléphone, éclairages, radio
4 heures/jour |
50 watts | 8 A | 12V / 50 à 65Ah | 12V=>230V/100 w | 400 € | 230 € |
| + tablette 5 heures/jour |
100 watts | 8 A à 10 A | 12V / 65Ah | 12V=>230V/150W | 500 € | 250 € |
| + mini-ordi portable max 40W 4 heures/ jour |
150 watts | 10 A | 12V / 100Ah | 12V=>230V/200W | 600 € | 300 € |
| + ordi portable max 80W 5 heures/jour |
200 watts | 15 A | 12V / 100Ah à 150Ah | 12V=>230V/200 à 250W | 700 € | 350 € |
| + mini frigo (24/24) 50w | 300 watts | 15 A à 20 A | 12V / 150Ah | 12V=>230V/250W | 900 € | 450 € |
Coût
Une installation solaire minimale pour l’éclairage de 4 pièces pendant 3 heures avec des ampoules à Led, sans passer par le circuit 230V, plus la recharge d’un téléphone ou d’une tablette par une prise USB 5V et l’alimentation d’une radio, coûtera aux alentours de 100 à 200 euros, en matériel à très bas coût, de fabrication asiatique. Il n’y aura pas de génération de courant 230V, mais utilisation de composants 12V conçus pour les voitures, qui se branchent sur les allume-cigares.
Une installation minimale avec génération de 230V à très faible puissance, pour les mêmes équipements consommateurs, coûtera au moins 200 euros, en matériel chinois, mais offrira moins d’autonomie, car la transformation du courant en 230V génère des pertes.
En prenant des éléments de qualité, fabrication européenne, ou plus puissants, on double ou bien triple ces prix. Il faut savoir aussi que le marché de l’occasion est non seulement rentable, mais aussi très efficace pour s’équiper en matériel de qualité, car ces éléments ne s’usent pas tellement, hormis pour les batteries que l’on conseillera toujours neuves. Les bonnes marques à chercher en occasion sont : pour les régulateurs MPPT ou convertisseurs : Victron, Steca. Pour les panneaux et les batteries, on n’aura pas trop le choix si on veut les prix annoncés ci-dessus. On peut prendre les panneaux en occasion, sans trop de souci, mais pas les batteries. Les très bonnes marques de batteries, mais hors de prix, sont les européens Hoppecke, Sonnenschein et Victron.
Si on se sent hésitant à acheter séparément les 4 composants (panneaux, régulateur, batteries, onduleur), les câbles et fusibles, on peut acheter un “kit solaire autonome” tout fait (à monter soi-même) ce qui peut faire allègrement monter le prix selon la qualité du kit et selon le niveau de préparation du kit: certains sont entièrement pré-câblés, prêts à brancher, avec fusibles ou protections pré-câblées, et même boitiers pour les batteries, ce sont les plus chers, d’autres sont livrés avec simplement les câbles ou bien sans câbles.
Pour les sportifs
Si il fait moche, 
et que votre batterie est épuisée, pas de panique, vous avez encore la possibilité d’utiliser un générateur à manivelle… entre 20 et 50 watts au bout des bras, dont certains modèles peuvent recharger votre batterie 12V, watt après watt…
A moins que vous ne préfériez la version cycliste assis ou cycliste couché…
ou avec votre propre vélo, jusqu’à 500W de puissance, si votre garde-manger et votre porte-feuille sont bien garnis…
Enfin, dans le cas d’une situation énergétique très dégradée, et d’un immeuble avec balcon bien venté, avec syndic de copropriété compatissant devant le black-out, il ne faut pas négliger les éoliennes de bateau,
très efficaces et peu bruyantes, que l’on trouve à très bas prix maintenant. On peut trouver des régulateurs éoliens seuls, ou même hybrides, comme celui-ci qui gère à la fois 200W de panneaux photovoltaïques, et 300W d’éolien de bateau pour moins de 100 euros.
