Comment dimensionner sans se tromper la configuration à installer dans un site isolé?

L'installation de panneaux photovoltaïque permet d'atteindre l'autonomie en énergie si et seulement si vos hypothèses de calcul sont exactes et optimisées afin que le dimensionnement retenu soit au meilleur rapport prix/besoin.

1. de quelle période de temps parle t'on?

Votre site doit vous procurer une autonomie énergétique; soit. Mais de quelle période de temps parle t'on? Le temps d'un week end? tous les week end, un mois l'été, un mois l'hiver, toute l'année? ceci est fondamental pour estimer dans un second temps la capacité de production nécessaire dans la fraction de temps (et de saison) considérée

2. Evaluer au plus près votre consommation

Quels sont les consommateurs? Que consomment ils en moyenne sur la période de production considérée (et donc de consommation). Quel est le plus gros consommateur (en général ce peut etre le frigo)? que va t il réellement consommer in situ (par exemple le frigo dans un chalet peut etre dans une pièce non chauffée  et peut réellement peu consommer l'hiver.

Rappel de règles simples pour le calcul de l'énergie consommée:

Une ampoule de 50 w qui est utilisée 2 heures va consommer 50x2 = 100 wh d'énergie électrique

Un frigo donnée pour 140kwh sur l'année va consommer, en moyenne, 383 wh par 24 heures (140000 wh/365 jours)

Un ordinateur portable dont l'alimentation consomme 65 wh utilisé 2 heures va consommer 130wh pendant cette période

Faites un bilan exhaustif de l'ensemble des consommateurs présents, n'hésitez pas à changer pour des consommateurs moins voraces et surtout pensez à toutes les consommations fantômes liées au bloc secteur perpétuellement branché, même si l'appareil lui même est éteint.

3. évaluer votre besoin de production.

Si vous consommez en moyenne 100 wh d'énergie, soutirée de vos batteries, il faut bien les produire et les rendre à vos batteries. Considérez que le rendement de l'ensemble est entaché du principe mis en œuvre: Panneau photovoltaïque associé à un régulateur de charge, lui même raccordé à une batterie, le processus de charge, le processus de décharge, la mise en place d'un convertisseur éventuel 12/220 v, la perte dans les câbles, etc.... un coefficient de sécurité de 20% est à prendre en considération alors.

Vous consommez 100 wh, il faut produire 100 wh +20% soit 120 wh, au moins, pour que votre batterie reste à son niveau de charge initiale.

4. évaluer votre gisement solaire

Variabilité saisonnière de l'ensoleillement

Evolution du rendement en fonction de l'inclinaison et de l'Azimut

Conséquence sur la production d'un changement d'inclinaison à Azimut constant

Importance de l'inclinaison

Gisement solaire en france (30°, azimut: 0°)

Production sur lyon en kWh/m²/jour  site de référence http://ines.solaire.free.fr/gisesol.php

forte production l'été, quasi nulle l'hiver

Production optimisée pour l'hiver, affaiblie l'été....tout est question de choix et de contraintes

Vous devez estimer maintenant quel est le gisement solaire disponible dans la plus mauvaise configuration d'utilisation, en général au plus mauvais de la saison en question, car les consommations sont normalement peu variables (encore que...)

Au pire de la saison, quel est le nombre d'heures ensoleillées disponibles à l'emplacement dédié à vos panneaux?, quel est l'orientation de l'emplacement, l'inclinaison des panneaux pourra t'elle être optimisée pour cette période?

imaginons

• que votre site se trouve vers Lyon;
• il est optimisé pour prévoir la meilleure orientation au soleil, (hauteur du soleil 15° au 21 décembre, irradiation de l'ordre de l'ordre de 1000wh/m²/jour soit grossièrement 250 wh/m²
• que au creux de l'hiver vous avez 4 heures (10 heures à 14 heures) de "bon vrai soleil" à l'endroit en question.
• que vous installez un panneau de 100Wc,

votre production sera de l'ordre 4h*100W * 0.25 soit 100wh environ

en été, ce même panneau, incliné différement (de façon plus horizontale, la hauteur du soleil à l'apogée étant de 60°), fournira à peu près 6 fois plus, l'irradiation en juillet étant 6 fois plus importante qu'en décembre. Les panneaux ont une production sensiblement linéaire en fonction de l'irradiation.

Conclusions relatives à la saisonnalité: très grosse variation au cours de l'année (sous nos latitudes), très sensible à la disposition (inclinaison) des panneaux. il conviendra de faire les bons choix d'inclinaison (si celle ci est fixe) en fonction de vos impératifs de production.

5. évaluer votre besoin en autonomie

Maintenant que vous savez calculer votre consommation, et évaluer votre capacité de production dans la période de temps considérée, il reste la dernière question à la quelle il faut apporter une réponse: si la période considérée est une période de très mauvais temps, combien de temps je dois tenir sans production photovoltaique? autrement dit comment dois je dimensionner mon parc de batteries pour pouvoir tenir 1 jour, 2 jours ou une semaine sans soleil.

Cette question est cruciale car les batteries sont des produits chers et fragiles; on ne peut ni en mettre 2 fois plus que nécessaire pour des raisons de cout, ni pas assez car le risque de décharger profondément ces batteries serait alors réel, et les batteries au plomb, quelque soit les technologies n'apprécient que très modérément de telles décharges.

AFin d'établir une règle sécuritaire, il convient de ne pas puiser (de manière régulière ou quotidienne) plus de 25 ou 30% de la capacité totale de la batterie.

en se fixant cette règle, on comprend immédiatement qu'avec une telle gestion de ses batteries, on obtient une autonomie de 2 jours (50% à 60 % de décharge) ou 3 jours (75 à 90% de décharge). ce peut être suffisant ou pas du tout en fonction de vos contraintes. Il devient alors de recharger au plus vite vos batteries. En ce cas, si la probabilité de mauvais temps est importante, il convient de surdimensionner la puissance des panneaux afin de rapidement pouvoir ramener à 100% de charge les batteries  dés les premiers jour d'ensoleillement consécutifs à une période de mauvais temps.

 Comme vous pouvez le constater, dimensionner sa solution est une réflexion multi factorielle. Par contre rien n'est définitif; si vous manquez de puissance, vous pouvez toujours augmenter votre parc de batteries ou rajouter un ou plusieurs panneaux sans remettre en cause l'existant, excepté peut être la capacité du régulateur de charge.

Vous pouvez aussi dans ces périodes de mauvais temps diminuer drastiquement votre consommation, souvent durement impactée par le matériel frigorifique, en utilisant des sources d'énergie de secours, comme le gaz. Pensez à regarder nos frigos à gaz.

Vous avez ainsi une solution mixte electricité/gaz qui vous permet de parer aux mauvais coups météo