VERS UN DÉBUT D’AUTONOMIE en ÉLECTRICITÉ : batteries nomades, panneaux solaires, régulateurs, onduleurs éoliennes …

L’électricité est devenue indispensable à notre mode de vie moderne et nous sommes nombreux à souhaiter utiliser cette énergie de manière alternative. Les raisons de cet intérêt sont assez diverses : conscience écologique, préoccupation économique, obligation (mode de vie nomade ou hors réseau ERDF), envie d’indépendance énergétique ou simple curiosité technologique.

Il n’est pas simple de créer son propre système puisqu’il faut souvent combiner plusieurs appareils et faire des calculs parfois complexes. De la source d’énergie renouvelable jusqu’à l’alimentation de votre appareil, il y a des étapes clés que je vous propose de découvrir en détail dans cet article.

Mes exemples concernent de petites installations via des batteries nomades avec un budget maximum autour de 1500€. Alors, si vous voyez plus grand, le principe et les calculs sont identiques, mais il y a encore bien d’autres notions à connaître avant de se lancer dans un système plus élaboré avec un plus gros budget.

Les 5 points clés

  1. Connaître sa consommation
  2. Convertir l’électricité (via onduleur)
  3. Stocker l’électricité
  4. Réguler l’électricité
  5. Convertir une source d’énergie en électricité

On peut aborder ces points dans l’ordre pour dimensionner une installation à ses besoins, ou en sens inverse pour connaître l’énergie fournie par une installation.

1) Comment connaître sa consommation électrique pour bien définir ses besoins ?

Lorsqu’il s’agit d’un logement, on peut trouver sa consommation globale sur sa facture d’électricité ou directement sur un compteur Linky. Mais lorsqu’il s’agit d’une installation plus réduite ou nomade, il faut faire quelques calculs. L’idée est d’avoir un résultat total de consommation en Wh (Watt heure).

On va faire la somme de nos besoins dans une journée (simulation) :

  • une ampoule LED de 6W à faire fonctionner pendant 4 heures : ici c’est facile puisqu’il suffit de multiplier la puissance de l’ampoule par la durée d’utilisation soit 6*4 = 24Wh
  • un ordinateur portable de 100W pendant 2 heures : soit 100*2 = 200Wh
  • 1 chargement de téléphone portable (batterie 2400 mAh) : ici, il n’est pas question de durée. Nous disposons de la capacité de la batterie et de sa tension (5V) nous allons utiliser cette formule (mAh)*(V)/1000 = (Wh). 2400*5/1000 = 12Wh

Pour cet exemple, nous avons un besoin total de 236Wh (par jour).

On comprend bien l’importance de gérer la puissance des appareils et en limiter la durée d’utilisation pour maîtriser ses besoins. Les chiffres peuvent s’envoler avec un réfrigérateur de 300W toute la journée (7200Wh), un chauffage radiant de 2000W pendant 5h (10000Wh), un climatiseur moyen pendant 3h (15000Wh).

Ensuite, pour faire son estimation, je vous conseille d’arrondir systématiquement à un besoin plus élevé pour pallier un éventuel dépassement. Ici, on va partir sur 250Wh (ce n’est qu’un dépassement de 14Wh : 2h de lumière ou 10 minutes d’ordinateur)

2 & 3) Convertir et stocker l’électricité

Dans quelle situation convertir et pourquoi ?

Pour stocker, il va être question de batterie. C’est idéal pour alimenter des appareils spécifiques qui fonctionnent en 5, 12 ou 24V. Mais pour utiliser des batteries sur des appareils en 220/230V, on va devoir convertir le courant AC/DC. On utilise un onduleur/convertisseur pour passer d’un courant continu (DC) à un courant alternatif (AC).

Sur les batteries nomades « tout-en-1 » équipées d’une prise électrique standard (CEE 7/3 ou CEE 7/7), le convertisseur est généralement déjà intégré. Mais si votre système est composé d’une batterie de voiture 12V, ce type de convertisseur existe avec différentes puissances en sortie dans les accessoires de la marque Lescars par exemple.

Comment choisir la bonne batterie ?

Différents critères vous feront préférer une batterie plutôt qu’une autre. Mais l’enjeu principal est de calculer son autonomie. C’est-à-dire « combien de temps vous pourrez alimenter un appareil ? ». Donc; il faut donc connaître aussi bien les informations de consommation de l’appareil que les caractéristiques de la batterie.

On a déjà vu comment calculer notre consommation en Wh plus haut.

Puis, on regarde du côté de la batterie. Voici ensuite, les 3 principales données à récupérer : sa capacité exprimée en Ampère heure (Ah), sa tension (V) et enfin la puissance max en sortie (W).

La formule pour connaître la capacité d’une batterie en Wh est :

E (Wh)= U(V)*capacité(Ah)

On calcule 2 exemples très différents :

– Le modèle tout-en-1 HSG-1000 de Revolt : NX6266

3,7V*216Ah=800Wh

– La batterie du petit kit solaire Revolt : kit NX2756

12V*7,2Ah=86,4Wh

Bilan :

Si l’on reprend les besoins de notre simulation de consommation initiale de 250Wh.

Avec le modèle HSG-1000, (800Wh/250Wh=3,2) on peut tenir 3 jours sans charge.

Par contre, avec le petit kit solaire, il faudrait 3 batteries du même type pour tenir 1 journée.

Il faut prendre le temps de faire ces calculs pour bien dimensionner sa batterie. Trop petit, ça ne fonctionnera pas longtemps et trop grand, le budget risque d’exploser rapidement.

L’autre critère à connaître est la puissance max de sortie. Cette valeur indique la puissance maximum que peut délivrer la batterie. Cela veut dire que la batterie ne fonctionnera pas si vous branchez un appareil qui dépasse cette limite. C’est important si vous souhaitez brancher des appareils gourmands ou de l’outillage par exemple, une perceuse dépasse souvent les 800W. Donc, soyez vigilant puisque cette limite varie d’un modèle à l’autre, mais aussi d’une prise à l’autre (prise USB, USB-C, DC ou standard).

Les autres critères vont être ensuite le nombre de prises disponibles, le poids & la transportabilité, le temps de chargement de la batterie, l’apparence, les fonctions et accessoires disponibles … et la possibilité ou non de rechargement par panneau solaire !

4 & 5) Convertir l’énergie en électricité

Il existe aujourd’hui différents dispositifs accessibles au grand public à des prix très attractifs. Voici les 2 types/familles les plus adaptés à une installation rapide chez soi ou en déplacement : les panneaux solaires et les éoliennes

Les panneaux solaires :

Le principe est génial, puisqu’il permet de créer de l’électricité à partir du rayonnement lumineux. Les photons de la lumière transmettent de l’énergie aux électrons de silicium qui se déplacent et créent un courant électrique continu. Ce courant est récupéré par un matériau semi-conducteur pour être transmis à des fils classiques. A l’échelle de l’humanité la source d’énergie du soleil est inépuisable, on parle donc d’une énergie renouvelable.

La plupart des modèles que vous trouverez actuellement sur le marché sont monocristallins (couleur noire). Ça tombe bien puisque ce type de panneau est plus performant dans quasiment tous les domaines que les polycristallins (couleur bleue).

Spécifications techniques des panneaux solaires

Les caractéristiques techniques d’un panneau solaire indiquent plusieurs chiffres intéressants :

– La puissance du panneau en Watt (W) : la puissance est mesurée dans des conditions standardisées d’ensoleillement qui correspondent à un beau soleil de midi par temps clair en inter-saison.

– La tension (max) du courant fournie en Volt (V)

– L’intensité (max) du courant fournie en Ampère (A)

Ce sont des données bruts qui indiquent les performances optimales du panneau afin de concevoir un système équilibré. Mais, le moins que l’on puise dire, c’est que le soleil n’est pas une source d’énergie stable et homogène donc il faut en tenir compte dans son projet.

La puissance du panneau est de manière générale liée à sa taille, à son prix aussi. C’est une histoire de compromis lorsque l’on doit choisir un modèle, mais attendez de lire la suite avant d’acheter un modèle …

Les trucs pour optimiser des panneaux solaires :

C’est l’intensité lumineuse qui va fournir de l’énergie. C’est problématique puisque l’intervalle va vite de « rien » à « trop ». Voici les points importants à connaître et quelques astuces :

On ne peut rien y faire :

Jour/nuit : la nuit par exemple, un panneau solaire ne produit rien (logique).

Les saisons : les journées d’été sont plus longues qu’en hiver, donc potentiellement + d’électricité produite alors qu’on en a moins besoin.

La météo : la pluie, les nuages sont des filtres qui réduisent l’intensité lumineuse, donc moins ou pas de production ces jours-là.

On peut parfois changer les choses :

Localisation : selon l’endroit où vous vous trouvez en France, le potentiel n’est pas le même (voici une carte utile : https://carte-productible.photovoltaique.info/)

L’environnement : un immeuble ou un arbre qui fait de l’ombre réduit votre production

Orientation : vers le sud, vous obtiendrez de meilleurs résultats.

On peut améliorer le rendement :

L’inclinaison du panneau : optimisé pour l’été à 30°, toute l’année à 45° et en hiver entre 45 et 60°. Pour une installation nomade, c’est bien de pouvoir s’adapter en fonction de la saison et de ne pas toujours fixer définitivement les panneaux.

La propreté du panneau : les poussières, le pollen et la pollution se déposent sur vos panneaux et réduit le rendement. Un nettoyage régulier est nécessaire.

Trop de lumière ?

En plein soleil avec des conditions optimales, votre panneau risque de s’emballer un peu et de produire trop d’électricité. Le panneau peut surchauffer et les câbles fondent. Mais rassurez-vous la plupart des panneaux sont équipés d’un système de protection pour eux-mêmes et bien souvent, il est nécessaire d’utiliser un régulateur (notre point 2) pour protéger le reste de votre installation.

Pourquoi réguler le courant ?

Le surcroît d’énergie produit par les panneaux lors de journée particulièrement lumineuse peut être dangereux pour votre installation et particulièrement provoquer la surchauffe des batteries. Le régulateur placé entre les panneaux solaires et les batteries assure la protection de l’ensemble.

Dans l’autre sens, de nombreux modèles permettent aussi de servir d’intermédiaire entre les batteries et les appareils consommateurs afin de protéger les batteries d’une trop forte sollicitation ou d’un épuisement complet de la capacité.

Bref, le régulateur est l’intermédiaire qui permet de gérer son système.

Le courant de charge, le premier critère de choix d’un régulateur

Le courant de charge désigne l’électricité produite par les panneaux, et destiné à charger les batteries

La tension (12V ou 24V) : va dépendre de la tension de vos batteries. Prenez le temps de bien consulter les caractéristiques techniques des modèles pour bien choisir votre régulateur, même si de nombreux modèles s’adaptent aux 2 tensions.

L’intensité va dépendre de vos panneaux solaires. Pour la calculer, je vous conseille de vous baser sur “le courant de court-circuit” indiqué sur les panneaux qui correspond à l’intensité max. Si vous avez plusieurs panneaux montés en parallèle vous additionnez ces valeurs. Par sécurité, il est bien d’avoir une marge de 20% en condition normale (Vous pouvez multiplier votre résultat par 0,8). Dans certains cas, il est conseillé d’avoir une marge de 40% si vous êtes en montagne ou en bord de mer (ou si votre installation est mobile).

Le courant de décharge, le second critère de choix d’un régulateur

Le courant de décharge, c’est l’électricité puisée dans les batteries par les appareils consommateurs. 

Il dépend bien entendu de la tension des batteries (12V ou 24V) et est généralement exprimé en A (Ampère). Certains fabricants préfèrent donner une valeur de courant de décharge en W (Watt). Pour connaître vos besoins, il suffit d’additionner les équipements que vous souhaitez brancher simultanément. Vous pouvez ressortir vos calculettes et vous servir de cette formule pour convertir les A en W  (Watt = Ampère*Volt) et les W en A (Ampère = Watt/Volt)

Attention, cas particulier pour les moteurs (pompe) qui demandent de la puissance au démarrage vous pouvez multiplier la puissance nécessaire par 2,5 !

Les options et fonctions supplémentaires, le troisième critère de choix d’un régulateur

Il est important de disposer de certaines options concernant la sécurité comme une protection contre la surcharge, la surtension, le court-circuit, la foudre, la surchauffe, l’inversion de polarité et la décharge profonde.

Les fonctions d’optimisation

  •  MMPT (Maximum Power Point Tracking) garantit une utilisation de la puissance maximale disponible extraite de vos cellules solaires
  • PWM (modulation de largeur d’impulsions), le courant de charge s’adapte au niveau de charge de chaque batterie

C’est bien de disposer de connecteurs USB pour de la charge directe. Indispensable pour les systèmes nomades et pratique pour ajouter quelques dispositifs de domotique à votre domicile.

Un écran LED pour contrôler l’activité du régulateur

Le régulateur connecté pour tout suivre et commander depuis son smartphone.

Les éoliennes une alternative ou un complément

J’ai très peu évoqué les éoliennes dans mes calculs mais on retrouve beaucoup de similarités avec les panneaux solaires. Elles ne produisent pas d’énergie en permanence mais uniquement lorsqu’il y a du vent. Il faut un minimum de vitesse pour la démarrer et produire du courant. Et comme pour le solaire, il arrive qu’il y ait trop de vent. L’éolienne déclenche alors un système de freinage électromagnétique pour éviter son emballement et sa destruction.

Comme pour le solaire, elles disposent aussi d’un courant de charge et d’une puissance délivrée maximum. Les calculs sont donc identiques.

Le temps d’étudier

Vous l’aurez compris en lisant cet article … il faut prendre le temps de se poser afin d’étudier son système. Nous avons déjà mis en ligne un article spécifique sur les batteries qui pourrait vous apporter des informations complémentaires.

Voici la vidéo explicative (en complément à cet article) https://youtu.be/4Ydbn4-gyOQ

A très bientôt,

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Un commentaire

  1. Bonjour

    J’ai un panneau solaire 200W, BLUETTI, branché à sa BATTERIE 1000W/. Puis-je bricoler un branchement à cette batterie pour y adapter un système d’éolienne?

    Dans l’attente de votre réponse, veuillez recevoir mes salutations distinguées.

    Mr Piquet

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