Des lecteurs m’ont dit qu’ils aimeraient construire des installations photovoltaïques de petite échelle, comme celles qui alimentent le site web et le bureau de Low-tech Magazine. Cependant, ils ne savent pas par où commencer et quels composants acheter. Ce guide rassemble toutes ces informations : ce dont vous avez besoin, comment tout câbler, quels sont vos choix de conception, où placer les panneaux solaires, comment les attacher (ou non), comment diviser l’alimentation électrique et comment installer des instruments de mesure. Il traite des systèmes d’énergie solaire qui chargent les batteries et des configurations plus simples qui fournissent de l’énergie solaire directe.

Les installations solaires photovoltaïques conventionnelles sont installées sur un toit ou dans un champ. Elles convertissent le courant continu basse tension (DC) produit par les panneaux solaires en courant alternatif haute tension (AC) destiné aux appareils domestiques et dépendent du réseau électrique pendant la nuit et en cas de mauvais temps. Rien de tout cela n’est valable pour les systèmes à petite taille que nous construisons dans ce manuel. Ils sont totalement indépendants du réseau électrique, fonctionnent entièrement avec du courant basse tension et n’alimentent pas un foyer ou une ville entière, mais plutôt une pièce, un ensemble d’appareils ou un appareil spécifique. Les petits systèmes d’énergie photovoltaïque poussent la décentralisation de la production à l’extrême.

La majeure partie du processus de construction d’une installation solaire de petite échelle consiste à déterminer la taille des composants et à construire le support du panneau solaire. Le câblage est assez simple, à moins que vous ne souhaitiez un panneau de contrôle sophistiqué. Vous n’avez besoin que de quelques outils : une pince à dénuder, quelques tournevis (y compris des petits) et une scie à bois sont les seuls outils indispensables. Un fer à souder, des pinces et un multimètre sont utiles, mais vous pouvez vous en passer.

• Avancer de commencer: consignes de sécurité
• Avancer de commencer: basse tension ou haute tension ?
• Avancer de commencer: avez-vous vraiment besoin d’une batterie ?
• Ce qu’il vous faut: les composants d’une petite installation solaire
• Comment connecter des panneaux solaires en série et en parallèle ?
• Comment connecter une installation solaire avec une batterie
  • Batteries
  • Régulateurs de charge solaire
  • Câblage
• Comment connecter une installation solaire sans batterie ?
  • Convertisseur de tension (DC-DC)
  • Câblage
• Comment dimensionner les panneaux solaires, les batteries et les autres composants ?
  • Dimmensionner une installation solaire sans batterie
  • Dimmensionner une installation solaire avec batterie
  • Dimensionner les autres composants: régulateurs de charge, convertisseurs de tension, cables, connecteurs et fusibles
• Comment construire des supports ?
• Comment diviser l’énergie pour faire fonctionner plusieurs appareils en même temps ?
• Comment inclure des instruments de mesure ?
  • Mesurer la tension de la batterie
  • Watt, volt, et ampère mètre
• Panneaux de contrôle et prises de courant
• Comment obtenir des appareils à basse tension ?

Avancer de commencer: consignes de sécurité

Le courant continu à basse tension ne présente pas de risque d’électrocution (une décharge électrique mortelle). C’est particulièrement vrai pour les systèmes à 12 V. En fonction de la conductivité électrique de votre corps (et d’autres facteurs), vous pouvez aller jusqu’à 20 ou 50V avant qu’un choc électrique ne vous tue. ¹

Néanmoins, les installations solaire présentent des risques. Les principaux dangers sont la décharge électrique (non mortelle mais douloureuse), l’incendie, l’explosion de la batterie et l’endommagement des composants. Toutefois, si vous respectez quelques règles simples, tout ira bien. En sept ans d’expériences sur l’énergie solaire, je n’ai jamais provoqué d’incendie ni reçu de choc électrique, bien que j’aie fait griller quelques composants.

• Ne jamais toucher les composants électriques avec des mains mouillées.
• Ne jamais toucher simultanément la partie exposée d’un fil positif et d’un fil négatif. Vous feriez partie du circuit électrique et recevriez un choc électrique. Il est tout à fait possible de ne toucher qu’un seul fil. Il en va de même pour les bornes de la batterie : vous pouvez en toucher une, mais pas deux en même temps.
• Ne laissez jamais un fil positif toucher un fil négatif. Cela provoquerait un court-circuit, entraînant des blessures physiques, des dommages aux composants, un incendie ou une explosion de la batterie. Utilisez des couleurs différentes pour les fils positif et négatif et tenez-vous en à celles-ci.
• Placez toujours un fusible dans votre système solaire.
• Assurez-vous que vos câbles sont suffisamment épais.
• Ne jamais connecter un panneau solaire directement à une batterie. Utilisez un régulateur de charge entre les deux.
• Ne placez jamais une batterie au plomb dans un conteneur fermé.

Avancer de commencer: basse tension ou haute tension ?

La puissance électrique (exprimée en watts) est égale au courant (en ampères) multiplié par la tension (exprimée en volts). Par conséquent, la puissance électrique (W) peut correspondre à une tension faible (V) avec un courant élevé (A) ou à une tension élevée avec un courant faible. Les installations solaires classiques pour les ménages utilisent toujours un onduleur, qui convertit le courant continu basse tension d’un panneau solaire en courant alternatif haute tension utilisé par les gros appareils domestiques. Il est possible de faire de même pour une installation solaire à petite échelle, mais il est plus intéressant de ne pas utiliser d’onduleur et de construire un système solaire à courant continu à basse tension. ^{2 3} C’est le type d’installation électrique des voitures, des camions, des voiliers, des caravanes et des camping-cars.

Puissance (watts) = V (volt) x A (ampère)

L’absence d’onduleur présente de nombreux avantages. Tout d’abord, il rend l’installation solaire moins coûteuse, car les onduleurs sont chers. Deuxièmement, il rend le système photovoltaïque plus efficace sur le plan énergétique. La conversion du courant continu basse tension en courant alternatif haute tension entraîne des pertes d’énergie pouvant atteindre 50 % pour les installations solaires de petite taille. Les onduleurs de haute qualité ont un rendement supérieur à 90 % lorsqu’ils sont utilisés à pleine capacité. Toutefois, si la charge électrique est bien inférieure à la capacité maximale d’un onduleur, ce qui est le cas dans de nombreuses installations solaires de petite taille, le rendement chute rapidement. Il y a souvent une perte d’énergie supplémentaire (au moins 5 à 15 %) lors de la conversion du courant alternatif en courant continu, car de nombreux appareils modernes fonctionnent en interne à basse tension. Cette perte d’énergie se produit dans l’adaptateur CA/CC de l’appareil, qui peut se trouver à l’intérieur ou à l’extérieur.

Le courant alternatif à haute tension (220-240 V en Europe, 110 V aux États-Unis) est le résultat de plus d’un siècle de production centralisée d’électricité. ² Les centrales électriques à combustibles fossiles deviennent plus efficaces sur le plan énergétique à mesure qu’elles s’agrandissent. Il est donc logique d’installer quelques grandes centrales électriques et de distribuer ensuite l’électricité sur de grandes distances à travers une région. La perte de puissance due à la résistance étant proportionnelle au carré du courant, les hautes tensions sont la clé d’un transport d’énergie efficace sur de longues distances. L’énergie solaire photovoltaïque a rendu cette approche obsolète. Contrairement à une centrale à combustible fossile ou à une éolienne, l’efficacité d’un panneau solaire ne dépend pas de sa taille. En outre, comme les panneaux solaires peuvent se trouver au point de consommation de l’énergie, il n’est pas nécessaire de convertir l’énergie solaire en haute tension et de la transporter sur de grandes distances.

Le couplage direct d’un appareil à courant continu basse tension à l’alimentation en courant continu basse tension produite par un panneau solaire permet d’éviter ces pertes d’énergie et d’obtenir un système plus efficace sur le plan énergétique. Concrètement, cela rend possible l’utilisation d’un panneau solaire plus petit pour alimenter le même appareil. Toutefois, cela implique que vous utilisiez des appareils à basse tension. Bien sûr, vous pouvez brancher un onduleur de temps en temps pour alimenter un appareil classique s’il n’y a pas d’autre solution. Veillez à en acheter un qui ne soit pas trop puissant, car il doit fonctionner à haute capacité pour être efficace. Je n’ai pas trouvé d’onduleurs d’une puissance inférieure à 150 watts.

Avancer de commencer : avez-vous vraiment besoin d’une batterie ?

Le soleil ne brille pas toujours. C’est particulièrement vrai la nuit. Vous pouvez ajouter une batterie et un régulateur de charge à votre installation solaire photovoltaïque, ce qui vous permettra d’utiliser l’énergie solaire lorsque le soleil ne brille pas. Cependant, les batteries sont coûteuses, consomment beaucoup d’énergie et ont une courte durée de vie. Sur l’ensemble de leur cycle de vie, les batteries représentent 80 à 90 % des coûts totaux et de l’énergie investie dans un système solaire hors réseau ⁴. Elles introduisent également des pertes de charge et de décharge qui doivent être compensées par des panneaux solaires plus grands. Pour les batteries plomb-acide, l’option la plus rentable, ces pertes peuvent atteindre 20 à 30 %.

Les batteries représentent 80 à 90 % des coûts totaux et de l’énergie investie dans un système solaire hors réseau.

Ce guide ne s’oppose pas au stockage sur batterie, qui est pratique pour certaines applications. Cependant, il est souvent possible de construire une installation solaire photovoltaïque sans stockage par batterie. Ces systèmes solaires “directs” sont moins chers, plus rapides et plus faciles à réaliser. Une installation solaire directe vous permet d’utiliser une grande variété d’appareils pendant la journée, même assez puissants. Par exemple, des outils électriques et de bricolage, des systèmes audio ou encore des ventilateurs. D’autres appareils, tels que les réfrigérateurs, les cuisinières et les systèmes de chauffage, peuvent utiliser l’énergie solaire directe en combinaison avec le stockage de la chaleur ou du froid comme une alternative bon marché et durable aux batteries. ⁵

Une partie de l’argent économisé sur les batteries peut être consacrée à l’achat de panneaux solaires plus grands, ce qui permet d’augmenter l’alimentation électrique lorsque les conditions météorologiques ne sont pas optimales. Une installation solaire directe peut donc parfaitement fonctionner par temps nuageux, même si elle ne peut être utilisée entre le coucher et le lever du soleil. Ce système est également parfaitement adapté à l’alimentation d’appareils dotés de batteries internes, tels que les smartphones, les tablettes, les ordinateurs portables, les lampes de vélo, les outils électriques sans-fil et les batteries externes portatives. Ces appareils ne peuvent être rechargés que pendant la journé. Vous pouvez toutefois les utiliser après le coucher du soleil.

La différence entre les panneaux solaires avec ou sans stockage d’énergie n’est pas toujours évidente. Par exemple, vous pouvez connecter un panneau solaire à une batterie externe USB (avec un convertisseur de tension CC-CC entre les deux). L’installation devient alors un système de stockage basé sur la technologie lithium-ion, en tirant parti de la gestion de l’énergie déjà disponible dans la batterie externe. Si vous chargez des lampes LED portables équipées de batteries, un panneau solaire peut même maintenir les lampes allumées la nuit - une conception moderne de la torche.

Ce qu’il vous faut: les composants d’une petite installation solaire

Les panneaux solaires sont le principal composant de tous les systèmes que nous construisons ici. Les panneaux solaires sont disponibles en différentes tensions, généralement 12V ou 24V, parfois 36V, 48V, voire plus pour les systèmes connectés au réseau. Pour les installations de petite taille, 12V ou 24V est ce qu’il vous faut, surtout pour commencer. Il est également possible de trouver de petits panneaux solaires d’une tension inférieure à 12 V.

Les gens demandent souvent quels panneaux solaires acheter, mais il y a peu de conseils à donner. Vous avez le choix entre des panneaux solaires monocristallins et polycristallins. Les premiers sont plus puissants et plus chers, mais la différence est minime. Presque tous les panneaux solaires sont fabriqués en Chine, quel que soit l’endroit où vous les achetez. ⁶ Un bon conseil est de comparer les prix et d’en acheter un qui ne soit pas anormalement bon marché ou cher.

Les autres composants dépendent du type d’installation que vous souhaitez construire. Une installation solaire avec stockage sur batterie nécessite également un régulateur de charge et une batterie. Un système solaire direct sans batterie ne nécessite qu’un convertisseur CC-CC. Les deux types systèmes ont également besoin de câbles électriques, de fusibles et de connecteurs. En option, vous pouvez inclure des boutons marche/arrêt et des appareils de mesure.

Comment connecter des panneaux solaires en série et en parallèle ?

Les panneaux solaires peuvent être utilisés individuellement ou connectés en parallèle ou en série. Lorsque vous raccordez des panneaux solaires en parallèle, la tension produite reste la même, mais le courant produit double. C’est la configuration la plus courante. Si vous avez besoin (par exemple) de 50 W d’énergie solaire 12 V, vous pouvez acheter un panneau solaire de 50 W ou plusieurs panneaux plus petits (2x25 W ou 5x10 W) et les raccorder en parallèle.

L’utilisation de plusieurs petits panneaux plutôt que d’un grand panneau n’est pas la solution la plus économique, car les petits panneaux solaires coûtent plus cher au watt-crête. Cependant, c’est parfois le seul moyen de placer les panneaux là où vous le souhaitez. Par exemple, le rebord de ma fenêtre est trop étroit pour un panneau solaire de 60 W, mais je peux installer trois panneaux solaires de 20 W montés les uns à côté des autres. Il serait moins cher et plus facile d’avoir un seul panneau solaire de 60 W dont la taille correspondrait à l’appui de fenêtre, mais ce format n’est pas disponible.

Lorsque vous raccordez des panneaux solaires en parallèle, la tension reste la même, mais le courant est doublé.

Vous pouvez également connecter des panneaux solaires en série. Dans ce cas, la tension produite double, mais l’intensité du courant reste la même. En raccordant des panneaux solaires en série, vous pouvez alimenter des appareils de 24V avec des panneaux solaires de 12V. Bien entendu, vous pouvez tout aussi bien vous procurer un panneau solaire de 24V. Il est préférable de raccorder des panneaux solaires du même type, que vous les raccordiez en série ou en parallèle. Des panneaux solaires de types différents peuvent avoir des sorties de courant différentes, ce qui réduit l’efficacité.

Vous pouvez également raccorder les panneaux solaires en série et en parallèle. Par exemple, vous pouvez raccorder deux groupes de trois panneaux de 12 V en parallèle, puis raccorder les deux groupes en série. Vous obtiendrez ainsi un système de 24 V avec le courant de sortie combiné de trois panneaux solaires. Vous pouvez également connecter des batteries en série ou en parallèle pour obtenir le même effet.

Comment connecter une installation solaire avec une batterie ?

Lorsque vous construisez un système d’énergie solaire avec stockage par batterie, vous avez besoin d’un régulateur de charge solaire et d’une batterie. La plupart des installations solaires hors réseau fonctionnent avec des batteries au plomb. Pour les systèmes solaires mobiles dotés de batteries, le lithium-ion est l’option la plus pratique. Sinon, les batteries au plomb restent l’option la plus sûre et la plus abordable. Elles nécessitent des contrôles de gestion de la batterie moins complexes que les batteries lithium-ion. Il existe de nombreux autres types de batteries moins courants, sur lesquels je ne m’étendrai pas ici.

Régulateur de charge solaire

Ne connectez jamais un panneau solaire directement à une batterie. Si vous souhaitez stocker l’énergie solaire pour une utilisation ultérieure, installez un régulateur de charge solaire entre les deux. Un régulateur de charge solaire régule la tension de sortie du panneau solaire en fonction de la tension dont la batterie a besoin au cours de ses différentes phases de charge. Il fournit également une sortie stable de 12 V à partir de la batterie et arrête le système si la tension tombe en dessous d’un niveau déterminé. La plupart des régulateurs de charge solaire proposent un menu permettant de régler ces valeurs. Certains sont dotés d’un deuxième écran plus élaboré.

Il existe des centaines de types différents de régulateurs de charge solaire. Pour les systèmes solaires à petite échelle, mon expérience est que tout est possible. Les régulateurs de charge solaire les moins chers conviennent parfaitement, mais ils doivent fonctionner à la bonne tension et avoir une capacité suffisante (voir comment dimensionner un système solaire). Les régulateurs de charge solaire plus coûteux (comme les MPPTs) ne valent pas la peine pour les systèmes à petite échelle. Si votre installation utilise des batteries lithium-ion, vous aurez besoin d’un autre régulateur de charge solaire, plus onéreux. Si vous êtes doué en électronique, vous pouvez construire votre propre régulateur de charge solaire. ⁷

Batteries

Le type de batterie dont vous avez besoin pour une installation solaire de petite taille est une batterie au plomb étanche (sealed lead-acid battery en anglais). Si vous utilisez un panneau solaire de 12 V, vous avez besoin d’une batterie de 12 V. Si vous utilisez un panneau solaire de 24 V, vous avez besoin d’une batterie de 24 V. Manipulez bien les batteries au plomb, car vous risquez de les abîmer rapidement. Le plus important est que leur tension ne baisse pas trop et que vous les rechargiez complètement régulièrement. Ne laissez jamais une batterie au plomb sans charge pendant une période prolongée. Gardez-la connectée à un panneau solaire, y compris lorsque vous n’êtes pas chez vous.

Manipulez les batteries au plomb avec précaution, car vous risquez de les abîmer rapidement.

Lorsqu’il est couplé à un panneau solaire et à une batterie, le régulateur de charge déconnecte la batterie lorsque sa tension descend en dessous d’un niveau spécifié, généralement 12V. Vous pouvez ajuster cette valeur dans le menu. Vous pouvez descendre jusqu’à 11V, au prix d’une durée de vie plus courte de la batterie. Si vous souhaitez prolonger la durée de vie de la batterie, vous pouvez régler la valeur sur 12,2 ou 12,5 V, par exemple. Le prix à payer est une capacité de stockage d’énergie plus faible.

Ne placez pas une batterie au plomb dans un conteneur fermé. Placez un fusible au niveau du cable positif entre la batterie et le régulateur de charge solaire, le plus près possible de la batterie. Surveillez la tension à l’aide d’un voltmètre numérique. Si vous souhaitez en savoir plus sur les batteries, l’Université des batteries (Battery University) est un bon point de départ.

Cablâge

Le régulateur de charge solaire relie tous les autres composants : la batterie, le panneau solaire et la charge électrique (les appareils que vous alimenterez). Un régulateur de charge solaire doit comporter six bornes : deux vers la batterie, deux vers le panneau solaire et deux vers la charge électrique. Vous devez toujours relier les composants dans l’ordre décrit ci-dessous.

1. Connectez la batterie au régulateur de charge solaire (symbole de la batterie).
2. Connecter le panneau solaire au régulateur de charge solaire (symbole du panneau solaire)
3. Connecter la charge électrique au régulateur de charge solaire (symbole de la lumière)

Pour débrancher, il faut suivre la procédure inverse :

1. Déconnecter la charge électrique du régulateur de charge solaire (symbole lumineux)
2. Déconnecter le panneau solaire du régulateur de charge solaire (symbole du panneau solaire)
3. Déconnecter la batterie du régulateur de charge solaire (symbole de la batterie).

Ne raccorder jamais le panneau solaire au régulateur de charge s’il n’est lui-même pas déjà raccordé à la batterie. Considérez la batterie et le régulateur de charge comme une seule unité. Vous éviterez des erreurs coûteuses en travaillant sur les systèmes solaires après le coucher du soleil ou en couvrant les panneaux solaires pendant la journée.

Comment connecter une installation solaire sans batterie ?

Dans une installation solaire directe, il n’est pas nécessaire d’avoir une batterie ou un régulateur de charge. Le panneau solaire est soit directement connecté à l’appareil alimenté, soit relié à un convertisseur de tension en courant continu (DC-DC converter en anglais). Certains appareils à courant continu peuvent fonctionner avec des tensions fluctuantes, par exemple les ventilateurs, les pompes et d’autres appareils dotés d’un moteur à courant continu. Le moteur tournera simplement plus ou moins vite en fonction de la tension. Les résistances chauffantes peuvent également fonctionner à des tensions différentes. Cependant, d’autres appareils - comme tous les équipements électroniques - ont besoin d’une tension d’entrée précise et constante. Un convertisseur CC-CC (abaisseur ou élévateur) est essentiel pour fournir cette tension d’entrée stable.

Convertisseur de tension (CC-CC)

Un convertisseur de tension CC-CC est un module électronique qui convertit la tension d’entrée d’un panneau solaire (ou d’une autre source d’énergie) en une tension de sortie stable pour un appareil, par exemple 5V pour les gadgets USB et 12 à 20V pour les outils électriques. Les convertisseurs abaisseurs “step down” ou “buck” diminuent la tension de sortie par rapport à la tension d’entrée. Les convertisseurs élévateurs “boost”, eux, augmentent la tension. Un convertisseur de tension introduit lui aussi des pertes d’énergie, mais elles sont inférieures aux pertes des batteries, des onduleurs et des adaptateurs CA/CC.

Pour les installations solaires sans batterie, il faut savoir que les panneaux solaires 12 V produisent plus que 12 V. En plein soleil, la tension de sortie sera plus proche de 20V. Il en va de même pour les panneaux solaires de 24V, qui produisent en fait une tension d’environ 32V. L’indication 12V ou 24V se rapporte uniquement au type de batterie pour lequel vous êtes censé l’utiliser. Par conséquent, si vous souhaitez faire fonctionner des appareils en 12 V directement sur un panneau solaire, vous avez besoin d’un module CC-CC qui convertit la tension d’entrée de 20 V en une sortie constante de 12 V (à moins que l’appareil ne puisse fonctionner sur des tensions différentes). Si vous voulez faire fonctionner des appareils de 5V, vous avez besoin d’un module qui a une sortie constante de 5V.

Veillez à vous procurer le bon module électronique. Le convertisseur CC-CC le plus polyvalent accepte une large plage de tensions d’entrée et les convertit en n’importe quelle tension de sortie. Ce type de convertisseur CC-CC peut être directement connecté à un panneau solaire et alimenter tous les appareils, quelle que soit la tension à laquelle ils fonctionnent. Ces modules sont equippés d’une petite vis ou d’un bouton qui permet de faire varier la tension de sortie. Certains convertisseurs buck et boost disposent d’un petit écran numérique qui indique la tension de sortie. Sinon, utilisez un multimètre pour ajuster la tension de sortie.

D’autres convertisseurs CC-CC ont besoin d’une tension d’entrée précise, et ne peuvent donc être connectés qu’à une source de tension stable, par exemple une batterie de 12V. Il existe également des convertisseurs CC-CC avec une tension d’entrée variable mais une tension de sortie fixe. Ils peuvent être directement connectés à un panneau solaire, mais il faut en choisir un avec une tension de sortie adaptée l’appareil que l’on souhaite alimenter.

Cablâge

Raccorder une installation solaire directe sans batterie est relativement aisé S’il n’y a pas de convertisseur de tension, visser simplement le + et le - du panneau solaire au + et au - de l’appareil. Placez un fusible entre les deux. En option, ajoutez un bouton marche/arrêt. Assurez-vous auparavant que l’appareil que vous alimentez peut supporter la tension que le panneau solaire lui fournit.

Si votre système PV solaire direct est équipé d’un convertisseur CC-CC, connectez le + et le - du panneau solaire au + et au - de l’entrée du convertisseur CC-CC. Ensuite, reliez le plus et le moins de la sortie du convertisseur CC-CC au plus et au moins de l’appareil. Placez un fusible entre les deux. Certains modules nécessitent que vous soudiez les fils à ces derniers, tandis que d’autres sont munis de vis ou de fiches. Si votre convertisseur CC-CC a une tension de sortie variable, vous pouvez utiliser le panneau solaire pour différents types d’appareils en tournant la petite vis. Vous pouvez également construire un panneau de contrôle pour alimenter plusieurs appareils avec des tensions différentes.

Comment dimensionner les panneaux solaires, les batteries et les autres composants ?

Vous devez dimensionner correctement tous les composants d’une installation solaire pour qu’ils fonctionnent ensemble. C’est beaucoup plus facile pour un système photovoltaïque direct que pour un système photovoltaïque avec batterie.

Dimmensionner une installation solaire sans batterie

Dans un installation solaire directe, le dimensionnement du panneau solaire n’est pas difficile. Vous devez adapter la production d’énergie du panneau solaire au(x) appareil(s) que vous souhaitez charger ou alimenter. Toutefois, les panneaux solaires atteignent rarement leur puissance maximale, il convient donc de les surdimensionner légèrement. Par exemple, choisissez un panneau solaire dont la production d’énergie est deux fois supérieure à la consommation d’énergie de ou des appareils que vous souhaitez brancher. Si vous souhaitez également que le système fonctionne par temps nuageux, vous devez encore augmenter la taille du panneau. Une couverture nuageuse légère a peu d’effet sur la production d’énergie, tandis qu’une couverture nuageuse épaisse peut presque l’arrêter.

Si vous utilisez un ordinateur portable directement sur un panneau solaire, sachez qu’il aura besoin de beaucoup plus d’énergie lorsqu’il est en charge que lorsque sa batterie est complètement chargée (ou lorsqu’il est utilisé sans sa batterie). Un panneau solaire peut être suffisamment grand pour alimenter un ordinateur portable, mais pas pour charger sa batterie.

Dimmensionner une installation solaire avec batterie

Choisir la taille d’un panneau solaire pour une installation photovoltaïque avec batterie est beaucoup plus compliqué - et comporte également le défi supplémentaire du choix de la taille de la batterie. Une installation solaire dotée d’une batterie nécessitera un panneau plus grand pour stocker de l’énergie supplémentaire pour la nuit et les périodes de mauvais temps. Vous devez également tenir compte des conditions climatiques locales. Dans les climats moins ensoleillés où les différences saisonnières sont plus marquées, il faut des panneaux beaucoup plus grands pour charger les batteries en hiver. En outre, les pertes de charge et de décharge peuvent atteindre 20 à 30 % pour les batteries plomb-acide et environ 10 % pour les batteries lithium-ion.

Stockage d’énergie pour la nuit

Lors du calibrage d’un panneau solaire pour une installation solaire directe, il suffit de tenir compte de la puissance électrique. ⁸ En revanche, lorsque vous dimensionnez une installation solaire avec une batterie, vous devez également calculer la quantité d’énergie dont vous avez besoin. La consommation d’énergie correspond à la puissance multipliée par le temps. Par exemple, si vous voulez faire fonctionner un système d’éclairage de 20 W pendant 6 heures après le coucher du soleil, vous avez besoin de 6 heures x 20 watts de puissance = 120 wattheures d’énergie.

Énergie (wattheures) = puissance (watts) x durée (heures)

Déterminer la taille adéquate d’une batterie et d’un panneau solaire peut sembler délicat au début, car pour calculer la taille de l’un, il faut connaître la taille de l’autre. Le plus judicieux est de commencer par déterminer la taille de la batterie dont vous avez besoin. Si nous nous en tenons à l’exemple ci-dessus, maintenir les lumières allumées pendant six heures nécessite un stockage d’énergie de 120 wattheures.

Cependant, vous ne pouvez pas décharger complètement les batteries. Les batteries au plomb ne doivent pas descendre en dessous de 50 % de leur capacité maximale. les batteries lithium-ion, quant à elles, ne doivent pas descendre en dessous de 15 %. Si vous avez besoin d’une capacité de stockage de 120 wattheures, vous avez donc besoin d’une batterie au plomb de 240 wattheures (ou d’une batterie lithium-ion de 138 Wh). Ensuite, il faut prendre en compte les pertes dues à charge et à la décharge, qui ajoutent au moins 20 % (soit 48 wattheures) au total. Cela donne une capacité de stockage de 288 wattheures pour une batterie au plomb (10 % pour les batteries lithium-ion, soit 152 Wh). Pour trouver la bonne taille de batterie, vous devez convertir cette valeur en ampères-heures, car c’est ainsi que la capacité de stockage des batteries est spécifiée. Pour une batterie au plomb de 12 V, 288 wattheures correspondent à une capacité de stockage de 24 ampères-heures (Ah) (288/12=24).

Maintenant que vous connaissez la taille de la batterie, vous pouvez déterminer la taille du panneau solaire. Au minimum, il doit être assez grand pour charger complètement la batterie par temps dégagé le jour le plus court de l’année. Il s’agit d’un minimum, car les batteries au plomb ont régulièrement besoin d’une recharge complète pour rester en bon état. Si vous vivez dans une région où le temps est souvent nuageux, il est préférable de dimensionner le panneau solaire de manière à ce qu’il charge complètement la batterie lorsque la couverture nuageuse est modérée. Si l’énergie solaire est également utilisée pendant la journée, cela augmente la surface totale du panneau solaire.

Si la batterie est de type plomb-acide (batterie au plomb, ou lead-acid en anglais), le calcul doit commencer par une valeur correspondant à la moitié de la capacité de la batterie. Vous ne déchargez pas la batterie au plomb en dessous de 50 %, le panneau solaire ne doit donc charger que 50 % (ou moins) de la capacité de stockage. Par exemple, pour charger complètement une batterie de 288 watts-heure, le panneau solaire doit fournir 144 watts-heure.

Prenez ensuite un panneau solaire de dimension aléatoire et voyez ce qu’il produit. Dans l’exemple ci-dessus, un panneau solaire de 50 watts produisant la moitié de sa puissance (25 W) produira 144 watts-heures en moins de 6 heures, ce qui devrait permettre de recharger complètement une batterie là où j’habite. En revanche, un panneau solaire de 20 watts produisant la moitié de sa capacité nécessiterait 14,4 heures d’ensoleillement, ce qui n’arrivera pas.

Stockage d’énergie en cas de mauvais temps

La capacité de la batterie ci-dessus ne vous permettra de passer la nuit qu’après une recharge complète de la batterie. En revanche, elle ne permettra pas de faire marcher les lumières le soir si les conditions météorologiques de la journée sont défavorables. Pour résoudre ce problème, vous pouvez augmenter la capacité de stockage de la batterie ou la surface du panneau solaire.

La solution la plus efficace sur le plan énergétique et économique consiste à installer plus de panneaux solaires ou de taille supérieure et à ne pas modifier la capacité de stockage de la batterie, car les panneaux solaires sont beaucoup moins chers et moins énergivores que les batteries. Au fur et à mesure que la surface de vos panneaux solaires augmente, ils pourront recharger complètement la batterie, même par temps nuageux. Toutefois, vous devez disposer d’un espace suffisant pour accueillir la surface photovoltaïque additionnelle, ce qui n’est pas toujours possible.

Si vous recherchez la fiabilité grâce à un système de batteries plus important, multipliez la capacité de stockage requise par le nombre de jours de mauvais temps pendant lesquels vous avez besoin d’électricité. Par exemple, si vous avez besoin d’une batterie de 24 Ah (ampère-heure) pour faire fonctionner les lumières pendant une soirée, vous avez besoin d’une batterie de 3 x 24 Ah = 72 Ah pour compenser trois jours sans production d’électricité. Il s’agit là d’un scénario catastrophe, et au lieu d’ajouter de la capacité de stockage, vous pouvez également réduire la demande en énergie en réduisant l’éclairage ou en l’utilisant pendant une période plus courte. La taille de la batterie est toujours un compromis entre la fiabilité d’une part et les coûts (financiers et énergétiques) d’autre part, de sorte qu’adapter la demande est inévitable.⁹

Si vous choisissez une plus grosse batterie adaptée à à vos besoins, vous devez également augmenter la surface du panneau solaire. Toutes ces batteries doivent être rechargées. Calculez de la même manière que ci-dessus.

Outils en ligne

J’ai dimensionné toutes mes petites installations solaires à l’aide de petits calculs, comme expliqué ci-dessus, et par tâtonnement. Cependant, vous pouvez également utiliser des calculateurs en ligne, par exemple celui-ci. Après avoir sélectionné le type de système (choisissez “hors réseau”) et votre latitude, entrez les valeurs de la puissance PV crête installée (en Wp), la capacité de la batterie (en Wh), la limite de décharge (en %), la consommation d’énergie (en Wh), l’angle d’inclinaison de la pente (en degrés) et l’azimut (en degrés, la position du panneau PV par rapport à la direction plein sud). Vous obtiendrez une estimation quotidienne de la production d’énergie pour tous les mois de l’année. Vous pouvez ensuite jouer avec les différentes variables pour obtenir la production d’énergie et le stockage minimum dont vous avez besoin.

Dimensionner les autres composants: régulateurs de charge, convertisseurs de tension, cables, connecteurs et fusibles

Une fois que vous avez déterminé la taille du panneau solaire et, le cas échéant, de la batterie, vous pouvez dimensionner tous les autres composants : régulateur de charge, convertisseur de tension, câbles, fusibles, connecteurs et interrupteurs. Ici, le terme “taille” ne se réfère pas tant à la taille physique qu’à la puissance électrique qui peut circuler à travers un composant. Chaque composant nécessite une tension (V) et une intensité (A) adaptées. Choisissez la bonne “taille” de convertisseur CC-CC dans une installation solaire directe. Choisissez la bonne “taille” de régulateur de charge solaire dans un système solaire à stockage par batterie. Dans les deux cas, choisissez la bonne “taille” de câbles, de fusibles, de connecteurs et d’interrupteurs.

Régulateurs de charge et convertisseurs DC-DC

Les régulateurs de charge (dans le cas d’une installation solaire avec batterie) et les convertisseurs DC-DC (dans le cas d’une installation solaire directe) doivent être compatibles avec la tension produite par le panneau solaire. Si vous utilisez un panneau solaire de 12V et une batterie de 12V, vous avez également besoin d’un régulateur de charge de 12V. En revanche, si vous utilisez un panneau solaire de 12V sans batterie, vous avez besoin d’un convertisseur DC-DC dont l’entrée correspond à la tension réelle de sortie du panneau solaire (19-20V en plein soleil).

Si votre panneau solaire produit un courant de 3A, vous avez besoin d’un convertisseur CC-CC ou d’un régulateur de charge solaire qui puisse supporter un courant d’au moins 3A.

Cependant, il est tout aussi important que les deux composants puissent supporter la quantité de courant (A) qui les traverse. Pour ce faire, vous devez connaître la quantité de courant produite par votre/vos panneau(x) solaire(s), qui est indiqué à l’arrière. Vous pouvez également la mesurer à l’aide d’un multimètre. Par exemple, si votre panneau solaire produit un courant de 3A, vous avez besoin d’un convertisseur CC-CC ou d’un régulateur de charge solaire qui résiste à un courant d’au moins 3A. Si deux de ces panneaux sont connectés en parallèle, vous avez besoin de composants capables de supporter un courant de 6A. Les convertisseurs CC-CC les moins chers ne supportent qu’un courant de 2 à 5 A, tandis que les régulateurs de charge solaire les moins chers supportent un courant de 5 A au maximum. Le prix des régulateurs de charge et des convertisseurs CC-CC augmente avec leur capacité de courant.

Cables

Les câbles électriques sont disponibles dans de nombreux diamètres. Veillez à ce que vos fils soient suffisamment épais pour le courant qui les traverse. Dans le cas contraire, vous risquez un incendie électrique. Les systèmes électriques à basse tension nécessitent des câbles de plus grand diamètre que les systèmes à haute tension, car ils sont traversés par un courant plus important. Il peut être difficile de faire le bon choix en raison de plusieurs normes, dont aucune n’est facile à comprendre. Une solution consiste à raccorder tous les composants à un câble de diamètre relativement important, tel que 20AWG (maximum 11A) ou 18AWG (maximum 16A). Le choix d’un câble plus épais vous permet d’étendre votre installation solaire ultérieurement sans avoir à remplacer les câbles. Le seul inconvénient des fils plus épais est qu’ils sont plus chers. Une solution bon marché consiste à réutiliser des câbles électriques provenant d’appareils hors d’usage, que vous pouvez dénuder pour exposer les fils positif et négatif.

Fusibles

Le fusible est un composant de protection essentiel qui rompt le flux d’électricité dans le circuit. Vous pouvez construire une installation solaire sans fusible, mais vous risquez alors de provoquer un incendie électrique ou d’endommager des composants en cas de court-circuit. Un fusible doit avoir une capacité de courant maximale qui dépasse légèrement le flux de courant de crête dans votre système. En cas de court-circuit, le courant augmente et le fusible saute. Une fois le problème résolu, vous pouvez remplacer le fusible.

Un fusible doit avoir une capacité de courant maximale qui dépasse légèrement le flux de courant de pointe dans votre système.

Si le courant maximal de votre système est de 5A, choisissez un fusible de 6A ou 7A. Le courant maximal de votre système est déterminé par le panneau solaire et la batterie. Dans une installation solaire avec batterie, il faut savoir que le courant qui circule entre votre batterie et la charge électrique peut être plus élevé que le courant qui circule entre le panneau solaire et la batterie. C’est le cas si vous connectez un appareil de grande puissance à la batterie (en passant par le régulateur de charge ou en le contournant). Il se peut donc que vous ayez besoin de fils plus épais et de fusibles plus puissants entre la batterie et l’appareil. Enfin, si vous souhaitez utiliser des instruments de mesure dans votre circuit, dimensionnez-les en fonction de la tension et du courant qui circulent dans votre système.

Les fusibles doivent être placés à proximité de la source d’énergie (panneau solaire ou batterie), mais des fusibles supplémentaires peuvent protéger les appareils contre les problèmes liés aux convertisseurs CC-CC. Il existe deux types de fusibles : les anciens, qui consistent en un petit tube de verre placé dans un boîtier, et les plus récents, qui ressemblent davantage à des cartes et sont plus faciles à remplacer. Un disjoncteur peut remplacer un fusible.

Connecteurs

Vous avez besoin de connecteurs si vous reliez deux fils, comme lorsque vous placez un fusible dans un circuit. Il existe de nombreux types de connecteurs. Certains d’entre eux sont équippés de vis. D’autres fonctionnent sans tournevis. J’ai utilisé des borniers et des connecteurs à levier pour la plupart des systèmes. Vous pouvez également souder les fils les uns aux autres. ¹⁰ Un outil pratique est une pince à dénuder qui permet d’enlever la couche protectrice à l’extrémité de chaque fil, exposant ainsi le cuivre. Les connecteurs ont souvent une capacité de puissance maximale de 10 A ou 20 A, et conviennent donc à la plupart des petites installations solaires.

Interrupteurs

Les interrupteurs permettent de controller les circuits électriques. Ils sont utiles lorsqu’on partage le courant, pour transmettre du courant électrique à certains appareils, mais pas à d’autres. Le type d’interrupteur le plus simple possède une entrée et une sortie (interrupteur “unipolaire, unidirectionnel” ou “ON/OFF”). Il est placé sur le fil positif, comme un fusible. Les interrupteurs qui s’allument lorsqu’ils sont actifs sont un peu plus complexes à raccorder. ¹¹

Comment construire des supports ?

Il est judicieux de fixer un panneau solaire sur un support. Cela le rend plus pratique et offre une protection à un équipement qui devrait durer 30 ans ou plus. Les supports pour panneaux solaires disponibles sur le marché coûtent souvent plus cher que les panneaux solaires. Voilà une raison de fabriquer soi-même la structure, mais une autre raison est qu’elle permet de l’adapter à un emplacement spécifique. Il existe de nombreuses façons de construire des supports, que ce soit pour un usage fixe ou nomade. Je me contente de présenter les structures (fixes) que j’ai fabriquées moi-même, en utilisant principalement du bois de récupération et des joints métalliques. Vous pouvez également fixer des panneaux solaires sur des structures existantes, telles qu’un chevalet, un vieux cadre de lit ou tout ce que vous pouvez trouver.

Comment attacher le panneau au cadre ?

J’utilise deux méthodes pour fixer les panneaux solaires aux structures. La première méthode consiste à chercher des pièces de bois qui ont plus ou moins la même épaisseur que le panneau solaire, à les glisser à l’intérieur du cadre et à les visser dans les quatre trous prédéfinis du cadre en aluminium du panneau solaire (les panneaux plus petits n’ont que deux trous). Dans l’idéal, vous insérez une pièce de bois pour deux trous, mais quatre pièces de bois peuvent également faire l’affaire.

Reliez ensuite ces pièces de bois à deux autres pièces de bois placées en croix au-dessus d’elles. Le panneau solaire est maintenant solidement fixé à une structure en bois. Mettez suffisamment de bois sous le panneau solaire à l’endroit où vous fixerez les charnières (voir plus loin), qui attachent le panneau solaire à la partie inférieure de la structure et vous permettent de le placer à différents angles d’inclinaison. La structure de support inférieure doit rester stable même si le panneau est en position verticale.

Soyez vigilant car les panneaux solaires sont fragiles. Lorsque vous vissez du bois dans le panneau solaire, veillez à ce que la vis ne soit pas trop longue et qu’elle ne pénètre pas dans le panneau solaire. Même une petite perforation dans un panneau solaire peut suffire à le faire cesser définitivement de fonctionner. Soyez également très vigilant lorsque vous manipulez un panneau solaire dont la face avant est posée à plat sur une surface, ce qui se produit, par exemple, lorsque vous le vissez contre un support en bois. Veillez à ce qu’aucune vis ou autre élément ne se cache sous le panneau solaire lorsque vous exercez une pression sur celui-ci.

La deuxième méthode consiste à construire un cadre autour du panneau solaire comme s’il s’agissait d’un tableau. L’arrière du cadre est une fine planche de bois, légèrement plus grande que le panneau sur les quatre côtés. Vous faites un trou au milieu de la planche pour y faire passer les câbles des panneaux solaires. Ensuite, vous vissez des lattes de bois sur le côté de la planche de manière à ce que le panneau solaire s’y insère. Enfin, vous ajoutez quelques pièces de métal ou de bois sur le dessus du cadre pour vous assurer que le panneau solaire reste fixé à l’intérieur du cadre. Vous pouvez ensuite ajouter une charnière et relier la structure supérieure à une structure de support inférieure.

Comment régler l’inclinaison et l’orientation du panneau solaire ?

Comme l’élévation et l’orientation du soleil varient au cours de la journée et de l’année, un panneau solaire dont la position est fixe n’utilise pas l’énergie solaire de manière optimale. Il ne produira sa capacité maximale que s’il est perpendiculaire aux rayons du soleil.

La plupart des systèmes conventionnels sont équipés de panneaux solaires dont l’angle et l’orientation sont fixes. Les installations solaires de petite taille peuvent également fonctionner avec des angles fixes. Toutefois, contrairement aux systèmes installés sur les toits, les panneaux solaires sont généralement à portée de main, ce qui permet d’ajouter un mécanisme manuel qui permet de faire variexfet peut-être aussi la rotation du panneau solaire. l’inclinaison peut être ajustée à chaque changement de saison, tandis que le panneau solaire peut être orienté plusieurs fois par jour. Tout cela peut se faire automatiquement à l’aide de dispositifs électroniques, mais aussi manuellement. Vous pouvez également ajuster l’orientation d’un panneau solaire en tournant l’ensemble de la structure de support vers le soleil si elle est suffisamment mobile. C’est pratique lorsque l’énergie solaire direct alimente un appareil qui requiert votre attention, comme un outil électrique.

L’ajout de ces deux mécanismes complique la conception. Toutefois, une structure de support qui permet au panneau de varier son inclinaison en fonction des saisons est généralement suffisante. L’inclinaison des panneaux en position presque verticale est la clé pour récolter suffisamment d’énergie solaire pendant l’hiver, lorsque les pénuries d’énergie sont les plus fréquentes.

L’angle optimal d’un panneau solaire dépend de la saison et de l’emplacement. Vous pouvez la calculer rapidement avec des outils en ligne. Par exemple, pour Barcelone en Espagne (41 degrés de latitude), l’inclinaison optimale des panneaux solaires varie de 26 degrés (par rapport à la verticale) en décembre à 72 degrés en juin. Un angle fixe d’environ 40 degrés par rapport à la verticale est un compromis dans lequel les panneaux sont mieux positionnés pour l’hiver que pour l’été.

Pour les panneaux solaires à inclinaison fixe, j’utilise de grandes charnières et des poutres de soutien composées de pièces de bois avec des joints métalliques. Je décide de l’angle et je calcule ensuite la longueur des poutres en bois à l’aide des règles de géométrie. Pour les panneaux solaires à inclinaison variable, j’utilise différentes méthodes. Pour les grands panneaux solaires qui restent à l’extérieur par tous les temps, je remplace les poutres de soutien en bois par d’autres plus longues ou plus courtes, en fonction de la saison. Bien sûr, on peut aussi concevoir un système plus sophistiqué qui permet d’ajuster l’inclinaison du panneau solaire sans changer les poutres.

Pour les panneaux solaires plus petits, j’utilise des charnières pour fixer des poutres de différentes tailles, ou j’utilise une vis papillon pour desserrer et modifier l’inclinaison. Toutefois, ces méthodes ne conviennent pas pour l’extérieur par temps venteux.

Où placer les panneaux solaires ?

Les petites installations solaires peuvent être mobiles ou statiques. Vous pouvez les placer sur des rebords de fenêtre, des balcons, des terrasses et des patios. Vous pouvez les mettre dans un sac à dos et les emporter avec vous. Elles peuvent également être placées à l’intérieur, près d’une fenêtre. J’ai un de ces panneaux sur un bureau devant une fenêtre. Il est relié à une batterie, à un contrôleur de charge et à une lampe intégrée. Il fonctionne bien en hiver, lorsque le soleil est bas dans le ciel et que la lumière pénètre profondément dans la pièce. La récolte de l’énergie solaire à l’intérieur d’un bâtiment n’est peut-être pas la plus efficace, mais la structure du panneau solaire n’a pas besoin de résister au vent et à la pluie.

Gardez à l’esprit que dans certaines villes, les autorités peuvent avoir interdit l’utilisation de panneaux solaires sur la façade d’un bâtiment. À Barcelone, par exemple, les panneaux solaires ne sont autorisés que s’ils ne sont pas visibles de la rue.

Comment sécuriser la fixation des structures de panneaux solaires ?

Vos panneaux solaires ne doivent pas tomber du rebord de la fenêtre ou du balcon. La structure de soutien doit être suffisamment solide. Elle doit rester en place même en cas de tempête. J’ai coincé mes structures de soutien entre le cadre de la fenêtre et une rambarde en métal. Sans ce support, je n’aurais probablement pas osé installer les panneaux sur les rebords étroits de la fenêtre. J’ai également alourdi les bases de la structure avec des pierres et des batteries au plomb hors d’usage. J’ai aussi attaché les supports à la rambarde métallique. Mieux vaut prévenir que guérir.

Les panneaux solaires installés sur les balcons présentent généralement moins de risques de tomber du bâtiment. Néanmoins, il faut les rendre lourds ou solides, car les panneaux solaires sont de bons attrape-vent. J’ai fabriqué deux grandes structures, l’une pour un panneau solaire de 30 W (qui alimente ce site web solaire) et l’autre pour deux panneaux de 50 W, qui alimentent le salon. La plus petite structure accueille un grand bac à plantes, tandis que la plus grande sert de coffre de rangement. Tous mes panneaux solaires ont survécu à plusieurs tempêtes sans aucun dommage.

Comment diviser l’énergie et faire fonctionner plusieurs appareils en même temps ?

Une fois que vous avez construit une installation solaire, vous pouvez y brancher une charge électrique. Si l’installation solaire n’a qu’un seul but, connectez l’appareil électrique au régulateur de charge solaire, au convertisseur DC-DC ou au panneau solaire. Vous pouvez également ajouter un interrupteur pour allumer et éteindre le système.

Cependant, dans d’autres cas, vous pouvez souhaiter une plus grande flexibilité. Par exemple, vous voudrez peut-être diviser la puissance pour faire fonctionner plusieurs appareils simultanément ou alternativement sur la même installation solaire. Cette opération est simple si tous les appareils fonctionnent sur la même tension. Vous n’avez besoin que d’un connecteur avec deux entrées (plus et moins) d’un côté et plusieurs sorties de l’autre. Vous pouvez également ajouter des interrupteurs pour chaque circuit au lieu (ou en plus) d’un interrupteur pour l’ensemble du système. Si vous souhaitez utiliser des appareils fonctionnant sur des tensions différentes, vous devez diviser l’alimentation et placer le convertisseur CC-CC approprié dans chaque circuit.

La division du courant fonctionne aussi bien pour les installations solaires directes que pour les systèmes dotés d’une batterie. Cependant, il faut les construire légèrement différemment. Lorsque vous utilisez une batterie et un régulateur de charge solaire, la tension de sortie est stable (12 ou 24 V). Si tous vos appareils fonctionnent sur 12V ou 24V, la division de la puissance peut se faire sans convertisseur DC-DC. Si vous souhaitez également inclure un circuit qui nécessite une tension différente (par exemple, 5V pour charger des périphériques USB), vous pouvez utiliser un convertisseur CC-CC avec une tension d’entrée stable (12V/ ou 24V) et une tension de sortie de 5V.

En revanche, lorsque vous utilisez directement un panneau solaire, la tension de sortie dépend des conditions d’ensoleillement. De plus, elle est souvent plus élevée que ce dont vos appareils ont besoin. Lorsque tous vos appareils fonctionnent à la même tension, par exemple 12V, vous installez un convertisseur CC-CC qui accepte une tension d’entrée variable et produit la tension de sortie souhaitée. Ensuite, vous répartissez le courant. Si vos appareils fonctionnent sur des tensions différentes, répartissez d’abord le courant, puis installez un convertisseur CC-CC dans chaque circuit. Divisez à nouveau l’alimentation si vous souhaitez une deuxième sortie avec la même tension de sortie.

Si votre installation solaire est équipée d’une batterie et d’un régulateur de charge, et que tous vos appareils fonctionnent sur la même tension, vous pouvez également utiliser des connecteurs 12V/24V classiques. Vous les branchez ou les débranchez en fonction de l’appareil que vous souhaitez utiliser. Si vous disposez de plusieurs prises, vous pouvez utiliser plusieurs appareils simultanément.

Comment inclure des instruments de mesure?

Une installation solaire fonctionne parfaitement sans instruments de mesure, mais ceux-ci sont utiles pour comprendre et entretenir votre système. Ils permettent également d’optimiser l’efficacité énergétique.

Mesurer la tension de la batterie

Si votre installation solaire comprend une batterie, ajoutez y un voltmètre pour mesurer la tension. Bien que la plupart des régulateurs de charge affichent la tension de la batterie, il faut souvent appuyer sur un bouton pour l’afficher. En revanche, lorsque vous ajoutez un voltmètre directement à la batterie, vous connaissez toujours l’état de votre batterie en un clin d’œil. Les compteurs de tension numériques peuvent être très lumineux, donc si vous voulez pouvoir éteindre le votre la nuit, ajoutez un interrupteur.

Lire la tension sur un voltmètre pour batterie demande un peu d’entraînement.

Lire la tension sur un voltmètre pour batterie demande un peu d’entraînement. En principe, la tension de la batterie ne doit pas descendre en dessous de 12 V (24 V dans le cas d’une batterie de 24 V). Cependant, la tension de la batterie ne reflète correctement le niveau de charge que lorsqu’il n’y a pas d’alimentation (le panneau solaire ne fonctionne pas) ni de consommation électrique (aucun appareil n’est branché). Si le voltmètre de votre batterie indique 12 V dans cette situation, vous devez arrêter de la décharger pour éviter qu’elle ne vieillisse prématurément. S’il indique 12,9 ou 13 V, la batterie est complètement chargée. Au fur et à mesure que la batterie vieillit, cette valeur diminue progressivement (12,6 V est une valeur typique pour une batterie ancienne complètement chargée).

Si vous alimentez une charge électrique, la tension diminue et ne correspond plus à la capacité de stockage de la batterie. Si le panneau solaire est actif, la tension de la batterie augmente et ne correspond plus à la capacité de stockage.

En plein soleil, la tension de la batterie dépasse rapidement les 13V. Si vous connectez un appareil gourmand en énergie au régulateur de charge solaire pendant la nuit, la tension de la batterie peut descendre en dessous de 12V. Cependant, dans les deux cas, la capacité de stockage de la batterie peut être la même, par exemple 12,4V. Par conséquent, pour connaître la capacité de stockage de la batterie, vous devez vérifier la tension la nuit, lorsque rien n’est branché. Il faut un certain temps avant que la tension ne se stabilise, alors patientez un peu avant d’obtenir un relevé exact.

Cela peut sembler fastidieux, mais une fois que vous connaissez mieux votre système, vous pouvez estimer la capacité de stockage même lorsque la batterie est en train de se recharger ou de se décharger. Par exemple, lorsque j’allume l’éclairage dans mon bureau, la tension de la batterie passe de 12,9 V à 12,1 V environ. Après quelques heures d’utilisation, elle se situe à 11,7 V ou 11,8 V. Cependant, lorsque j’éteins les lumières en fin de soirée, la tension remonte à 12,5 V ou 12,6 V. Lorsque la batterie se recharge pendant la journée, la tension affichée indique l’état de la charge. Par exemple, lorsque sa tension monte et descend de manière répétée (entre 13 et 15 V environ), la batterie est complètement chargée.

Watt, volt, and ampère mètre

Les wattmètres, les voltmètres et les ampèremètres sont des instruments très pratiques. Vous pouvez les placer entre le panneau solaire et le régulateur de charge solaire, mais aussi entre le régulateur de charge solaire et l’appareil branché. Dans le premier cas, ils mesurent la puissance produite par le panneau solaire. Dans le second cas, ils mesurent la puissance utilisée par l’appareil électrique. La plupart des régulateurs de charge solaire incluent ces mesures dans leur menu, mais la navigation est souvent fastidieuse.

Dans un installation solaire directe sans convertisseur CC-CC, la puissance électrique utilisée par la charge sera toujours égale à la puissance produite par le panneau solaire. Par conséquent, un seul instrument de mesure suffit. En revanche, si vous utilisez un convertisseur CC-CC, vous pouvez placer un appareil de mesure avant et après le convertisseur. La différence entre les deux mesures revelera les pertes d’énergie du convertisseur.

Les instruments de mesure peuvent être numériques ou analogiques. Je préfère que mes appareils de mesure de la tension de la batterie soient numériques, car ils sont visibles de loin. Les compteurs V&A qui affichent des valeurs fluctuantes peuvent être des deux types. Les wattmètres sont difficiles à trouver en version analogique.

Cablâge

Les voltmètres se branchent en parallèle. Par exemple, vous raccordez le fil positif et le fil négatif d’un voltmètre à la borne positive et à la borne négative d’une batterie. Les wattmètres numériques ont deux fils qui entrent et deux fils qui sortent. Les compteurs de courant sont un peu plus complexes à câbler, voir l’illustration ci-dessous.

De nombreuses personnes sont plus à l’aise avec les watts qu’avec la tension et le courant. Pourtant, bien qu’un wattmètre soit un complément précieux à une installation solaire, il est utile d’avoir des relevés de tension et de courant, car ils fournissent plus de données pour diagnostiquer les problèmes. Un voltmètre est un outil de contrôle pratique, en particulier pour les installations solaires directes. Par exemple, pour vérifier si un convertisseur CC-CC produit la tension de sortie correcte ou pour connaître la tension de sortie exacte d’un panneau solaire.

Les ampèremètres sont utiles pour optimiser l’efficacité énergétique. Dans une installation solaire avec batterie, le fait d’avoir un ampèremètre de chaque côté du régulateur de charge solaire vous permet de profiter au maximum de l’excédent d’énergie solaire. Si la charge de la batterie est presque terminée, le panneau solaire ne produira plus sa pleine puissance et vous verrez le compteur d’ampérage baisser. Cela signifie que vous gaspillez de l’énergie solaire. En revanche, à partir du moment où vous branchez un équipement (ou activez un circuit commutable), vous verrez le compteur de la charge électrique et du panneau solaire augmenter jusqu’à ce que vous atteigniez une limite - vous utilisez alors toute l’énergie solaire disponible produite par le panneau solaire. Ainsi, l’énergie solaire qui serait autrement perdue peut servir à charger un ordinateur portable ou à faire fonctionner un outil électrique.

Panneaux de contrôle et prises de courant

Si vous ajoutez des interrupteurs et des instruments de mesure, vous voudrez également organiser ces composants sur un panneau de contrôle, de préférence au même endroit.

Commencez par raccorder le système sans panneau de commande pour vous assurer que tout fonctionne, puis démontez-le à nouveau. Ensuite, mesurez tous les composants et dessinez le panneau de contrôle. Choisissez ensuite un matériau (carton, bois, métal, plastique), découpez-y des trous pour les interrupteurs et les instruments de mesure, et insérez-y tous les composants. Enfin, procédez au câblage et construisez un boîtier autour du panneau de commande. Les convertisseurs CC-CC peuvent être placés derrière le panneau, à moins que vous ne souhaitiez pouvoir régler régulièrement la tension de sortie. Si vous disposez d’instruments de mesure et de boutons on-off, le régulateur de charge solaire peut également être placé derrière le panneau de commande. Le boîtier doit être conçu de manière à pouvoir être facilement ouvert pour l’entretien, la réparation ou le réglage.

Pensez également aux prises de courant. Où voulez-vous pouvoir brancher vos appareils et quel type de connecteurs allez-vous utiliser ? La prise de courant de 12 V (appelée prise allume-cigare) est le type le plus courant, mais il existe d’autres solutions. Si vous souhaitez utiliser les connecteurs standard, ajoutez des fiches femelles à votre installation solaire (une pour chaque circuit) et des fiches mâles à tous vos appareils. Vous pouvez intégrer les fiches femelles au panneau de commande ou acheter des produits commerciaux que vous pouvez visser sur un support. Vous pouvez également raccorder des appareils à votre système solaire en vissant les fils dans un bornier ou en les soudant directement à la sortie d’alimentation. Cela ne convient pas pour les appareils que vous branchez et débranchez souvent, mais pour les charges qui sont toujours connectées (par exemple, une bande de LED). Bien entendu, il faut un interrupteur pour fermer le circuit.

Le principal inconvénient de l’électricité basse tension est la perte énergétique relativement élevée lors de la transmission, en particulier pour les appareils puissants. C’est pourquoi les prises de courant doivent être aussi proches que possible du reste du système solaire. Installez plusieurs systèmes plutôt qu’un système centralisé avec de nombreux mètres de câbles de distribution. Choisissez des fils électriques plus épais si vous distribuez du courant basse tension sur de longues distances. ³

Comment obtenir des appareils à basse tension ?

Ne pas utiliser d’onduleur implique d’utiliser des appareils et des équipements alimentés par du courant continu à basse tension. Ce n’est pas aussi compliqué que cela en a l’air. Tout d’abord, de nombreux appareils fonctionnent en interne sur du courant basse tension. Cela vaut pour tous les appareils USB, les éclairages à semi-conducteurs (LED), d’autres appareils électroniques et les outils électriques sans fil. Tout appareil équipé d’un adaptateur - le pendant de l’onduleur - peut être branché directement sur un réseau basse tension en remplaçant ou en modifiant simplement le cordon d’alimentation. Par exemple, vous pouvez faire fonctionner un ordinateur portable en basse tension si vous remplacez l’adaptateur standard par un adaptateur fonctionnant sur 12 V pour une utilisation dans les voitures¹². Dans la plupart des cas, il n’est pas nécessaire d’adapter vos appareils.

Dans d’autres cas, l’adaptation d’un appareil au 12V/24V demande plus de travail et de connaissances. Certains appareils - tels que les téléviseurs numériques et les luminaires à LED - sont équipés d’un adaptateur CA/CC interne, ce qui nécessite d’ouvrir l’appareil et d’en retirer les composants. Il peut aussi être nécessaire de remplacer un moteur à courant alternatif par un moteur à courant continu. La modification et la fabrication d’appareils à basse tension est un sujet trop vaste pour être abordé en détail dans ce guide. Low-tech Magazine approfondira ce sujet dans de futurs manuels. Par exemple, Marie Verdeil a converti un ventilateur industriel pour qu’il fonctionne de 1 à 24 V, fournissant jusqu’à 250 watts de puissance de climatisation. Il peut être alimenté directement par un panneau solaire (voir la vidéo) ou par une batterie.

Enfin, vous pouvez acheter un large éventail d’appareils dans le commerce à 12 ou 24 V destinés aux usagers des voitures, des camions, des voiliers et des camping-cars. Ils vont des ventilateurs aux réfrigérateurs en passant par les bouilloires électriques. Malheureusement, ces produits sont relativement chers et ne sont pas toujours de qualité. Par ailleurs, ils sont destinés à être utilisés dans de petits espaces et sont donc souvent trop compacts pour être pratiques dans la vie quotidienne. Il est souvent plus intéressant d’adapter un appareil existant ou d’en construire un de toutes pièces.