Photovoltaïque » Bien dimensionner son installation solaire
Mise à jour : 07.04.2022 | Durée de lecture : 7 minutes
Une tonnelle dans la verdure, une cabane en lisière de forêt ou une petite maison près d’un lac sont des îlots de tranquillité où il fait bon vivre et se détendre tout partir camper dans la nature avec sa caravane. Toutefois, aussi beau et reposant que soit un séjour en pleine nature, il manque souvent l’approvisionnement en eau et en électricité. Concernant l’approvisionnement en eau, il est possible d’utiliser des bidons pour l’eau potable et l’eau de pluie récupérée pour l’eau sanitaire et l’arrosage.
Concernant l’alimentation en électricité, ce n’est pas aussi simple. Bien entendu, il n’est pas question ici du montage et du câblage d’une installation solaire de 12 V. C’est à la portée de tout bon bricoleur du dimanche sans grands efforts.
Il s’agit plus de déterminer les bons composants nécessaires à une installation photovoltaïque pour alimenter de façon fiable les appareils consommateurs à faire fonctionner.
L’énergie solaire est captée et exploitée par les panneaux photovoltaïques.
Pour cette raison, nous avons mis à votre disposition un calculateur pour installation solaire ou un planificateur d'installation solaire pour dimensionner des installations photovoltaïques autonomes de 12 V. Il vous suffit seulement d’indiquer le nombre et la puissance de vos consommateurs ainsi que la durée de fonctionnement par jour et le programme calcule et détermine pour vous les composants nécessaires pour votre installation. La limite de calcul pour les modules solaires est de 800 Wp et pour les accumulateurs électriques est de 1200 Ah. Ainsi, même si la consommation électrique est importante, il devrait être possible de trouver les composants adéquats.
Le planificateur d'installations solaires présenté ici convient exclusivement aux installations photovoltaïques autonomes (dites "en îlot"). Dans une installation solaire en îlot, l'électricité solaire produite est chargée dans une batterie solaire. Les appareils consommateurs raccordés sont alors alimentés ultérieurement en énergie électrique à partir de la batterie. Pour que l'installation fonctionne de manière fiable, les différents composants tels que le module solaire, la batterie solaire et le régulateur de charge doivent être parfaitement adaptés les uns aux autres sur le plan électrique. De plus, la taille de l'installation doit être adaptée aux besoins énergétiques des appareils consommateurs.
Pour pouvoir calculer et déterminer les composants d'une installation PV en tant que solution en îlot, il faut quasiment travailler de "l'arrière vers l'avant".
En clair, cela signifie qu'il faut d'abord déterminer la puissance des différents appareils électriques et définir les temps de fonctionnement. La taille de la batterie solaire nécessaire est ensuite calculée en fonction des valeurs déterminées.
Pour que l'énergie prélevée sur la batterie soit ensuite rechargée en temps voulu, le module solaire doit avoir une taille optimale. Une fois la taille ou la puissance du module solaire déterminée, il est possible de choisir le régulateur de charge correspondant.
Ci-dessous, nous vous expliquons plus en détail les différentes étapes du calcul d'une installation solaire. D'ailleurs, le calculateur en ligne que nous mettons à disposition fonctionne selon le même schéma.
Au début de la planification, il faut déterminer le besoin en termes de puissance. Pour ce faire, il convient de déterminer d’abord la puissance nécessaire au fonctionnement des consommateurs. La puissance en W (Watt) est indiquée soit sur l’appareil, soit dans les fiches techniques.
Dans certains cas, à défaut de mention de puissance, c’est la consommation électrique de l’appareil qui est indiquée en mA (milliampère) ou A (Ampère).
Si ni la puissance, ni la consommation électrique ne sont indiquées sur l’appareil, il faut alors mesurer l’intensité à l’aide d’un multimètre ou d’une pince ampèremétrique. Nous avons expliqué la procédure sur notre guide relatif aux multimètres.
Si l’on mesure une intensité de 0,5 A pour une tension de 12 V, il est possible de calculer la puissance (P) selon la formule suivante :
P = U x I (12 V x 0.5 A) = 6 W
Important :
Plus la puissance nécessaire au fonctionnement des consommateurs est faible, plus le module solaire requis sera petit et bon marché. Pour cette raison, il est judicieux d’utiliser des ampoules LED basse consommation à 12 V au lieu des lampes halogènes 12 V impliquant de fortes déperditions d’énergie.
Remarque :
Pour certains consommateurs, comme par ex. des radios, la consommation électrique dépend du volume sonore émis. Dans le cas d’un niveau normal, la consommation électrique réelle est nettement inférieure à la puissance maximale indiquée dans les caractéristiques techniques.
A noter :
Pour les consommateurs tels que les radios et les amplificateurs, la consommation momentanée d'électricité dépend du volume sonore. Lorsque le volume de la pièce est élevé, la puissance absorbée est nettement inférieure à la puissance maximale indiquée dans les caractéristiques techniques.
Quelques infos sur les réfrigérateurs :
Le calcul de la consommation d'énergie d'un réfrigérateur est problématique, car le compresseur ne fonctionne pas en continu. Le rapport entre les temps de fonctionnement et de pause dépend de nombreux facteurs tels que la température ambiante, la température de réfrigération réglée, l'isolation et le degré de remplissage. A cela s'ajoute la fréquence et la durée d'ouverture de la porte du réfrigérateur.
Lors de l'utilisation d'un réfrigérateur 230 V via un onduleur 12 V, vous devez tenir compte du fait qu'au moment de la mise en marche du compresseur, la puissance absorbée par le réfrigérateur est environ 10 fois supérieure à la puissance continue pendant le fonctionnement. Tous les onduleurs ne sont pas conçus pour supporter des courants de démarrage aussi élevés.
La durée de fonctionnement des appareils consommateurs est bien entendu tout aussi importante que leur puissance absorbée. En effet, le fait qu'un appareil consommateur doive être alimenté en électricité pendant 30 minutes ou 3 heures joue un rôle important. Surtout si le consommateur a besoin de beaucoup de courant. Les données relatives à la durée de fonctionnement sont prises en compte dans le calcul du besoin énergétique requis (voir paragraphe suivant).
Une fois la puissance et les durées de fonctionnement déterminées, il est possible de calculer les besoins énergétiques réels.
Si les appareils consommateurs et/ou les durées de fonctionnement sont différents, la valeur de la consommation d'énergie doit être calculée séparément et ensuite additionnée.
Exemple :
Dans notre exemple de calcul, nous partons du principe que le soir, 2 lampes de 6 W chacune doivent s'allumer pendant deux heures et qu'une lampe de 10 W doit fonctionner pendant 30 minutes. A cela s'ajoute un téléviseur 12 V de 30 W qui doit être alimenté pendant une heure.
2 x 6 W = 12 W x 2 h = 24 Wh
1 x 10 W = 10 W x 0,5 h = 5 Wh
1 x 30 W = 30 W x 1 h = 30 Wh
Le travail électrique nécessaire pour tous les appareils consommateurs est donc de 59 Wh (wattheures). Si nécessaire, d'autres consommateurs sont déterminés selon le même schéma et le résultat est ajouté aux 59 Wh.
La durée de fonctionnement des consommateurs est bien entendu tout aussi importante que leur puissance absorbée. En effet, le fait qu'un appareil consommateur doive être alimenté en électricité pendant 30 minutes ou 3 heures joue un rôle important. Surtout si le consommateur a besoin de beaucoup de courant.
Dans le cas d'une installation solaire avec une batterie solaire de 12 V, le besoin en énergie de 59 Wh correspond à une capacité de batterie de 59 Wh : 12 V = 4,92 Ah (ampères-heures). Cela signifie que pour pouvoir alimenter tous les appareils consommateurs pendant la période donnée, l'accumulateur électrique doit mettre à disposition une capacité de 4,92 Ah. Pour éviter que l'accumulateur ne se décharge trop profondément et ne tombe ainsi dans le fonctionnement cyclique (déchargement et rechargement permanents), la capacité prélevée doit être de 20% maximum de la capacité de la batterie. Dans ce cas, la batterie solaire doit avoir une capacité d'au moins 24,6 Ah.
Déterminer la taille du module
Pour les modules solaires, les fabricants indiquent toujours la puissance de crête maximale (Wp = Watt Peak) dans les données techniques. Toutefois, cette valeur n'est atteinte que lorsque le soleil brille à pleine puissance sur le module avec un angle de 90°. Dès que le rayonnement ou l'angle ne conviennent pas, la puissance du module chute. Dans la pratique, il s'est avéré qu'un module solaire fournit environ 45% de sa puissance de crête pendant une journée d'été moyenne et ensoleillée, sur une période de 8 heures. Pour recharger dans la batterie l'énergie requise à partir de l'exemple de calcul, le module solaire doit être dimensionné comme suit :
(59 Wh : 8h) : 0,45 = 16,39 W
Le module solaire doit avoir une puissance de crête de 16,39 Wp voire supérieure.
Le module solaire doit être orienté de façon optimale par rapport au soleil.
Notre conseil pratique : Placement en fonction de la position du soleil
En raison de la position du soleil, un panneau solaire doit être plus incliné au printemps et en automne qu'en plein été. C'est pourquoi il est conseillé d'utiliser un support réglable pour le module solaire. Si cela n'est pas possible, il est préférable d'incliner le module afin d'obtenir un rendement optimal (récolte) au printemps et en automne. En plein été, l'angle trop raide est compensé par la durée d'ensoleillement plus longue.
Le coeur électronique d'une installation photovoltaïque
Lors du choix du régulateur de charge, le courant délivré par le module est le principal critère de sélection. En effet, lorsque la batterie solaire est entièrement chargée, le module solaire est séparé de la batterie et court-circuité par le régulateur. Cela permet d'éviter que la tension générée par le module solaire soit trop élevée et que le module solaire soit endommagé.
Le courant de module du régulateur de charge doit donc être égal ou supérieur au courant de court-circuit du module solaire utilisé. Si plusieurs panneaux solaires sont montés en parallèle dans une installation PV, c'est la somme des courants de court-circuit de tous les panneaux qui est déterminante. Les régulateurs de charge assurent également en partie la surveillance des consommateurs. Si, pendant une période de pluie, un consommateur décharge trop profondément la batterie solaire, le régulateur déconnecte à temps le consommateur de la batterie.
Notre conseil pratique : Choix du régulateur de charge
Si vous prévoyez d'étendre votre installation PV ultérieurement, ne lésinez pas sur le régulateur de charge et choisissez plutôt un modèle avec un courant de module plus élevé. Vous pourrez ainsi raccorder ultérieurement un autre module solaire ou un accumulateur d'énergie supplémentaire sans devoir changer de régulateur de charge. Lors du câblage du régulateur de charge, il convient de choisir un câble avec la plus grande section possible. Cela permet de réduire au maximum les pertes en ligne pour le courant solaire. Au besoin, il est possible de consulter les caractéristiques techniques du régulateur de charge pour savoir pour quelles sections de câble les bornes de raccordement sont conçues.
Dimensionner une installation photovoltaïque ou effectuer un dimensionnement solaire est en principe assez simple. Il suffit de suivre les étapes décrites précédemment. Le montage et la mise en service d'une installation photovoltaïque sont tout aussi simples. Ensuite, la question des coûts de l'électricité ne se pose plus pour vous. En effet, l'électricité produite par l'énergie solaire est gratuite et votre installation photovoltaïque ne génère pas non plus de frais d'exploitation courants. Ce sont vraiment de bonnes raisons d'opter pour l'électricité solaire.