Conception de votre système d’énergie solaire DIY
Les systèmes photovoltaïques solaires résidentiels fournissent directement de l’électricité à une maison à l’aide de panneaux solaires montés sur un toit ou dans un espace ouvert, comme le jardin. Ces types de systèmes solaires sont essentiellement les mêmes que ceux installés par des propriétaires pionniers aux débuts du développement solaire. Toutefois, la différence aujourd’hui est qu’installer votre propre système d’énergie solaire DIY n’a jamais été aussi simple, car aujourd’hui, les panneaux solaires sont beaucoup plus efficaces sur le plan énergétique, plus légers, compacts et également beaucoup moins chers.
Le type d’électricité produite par les panneaux solaires est appelé courant continu (CC), le même type utilisé par les batteries. Cependant, la plupart des appareils électroménagers et des luminaires fonctionnent avec de l’alimentation électrique alternative (CA) à un voltage plus élevé.
Par conséquent, tout système photovoltaïque doit inclure une forme d’onduleur pour convertir la faible puissance DC (généralement 12 volts) des panneaux solaires en puissance CA plus élevée (généralement 240 volts) pour une utilisation dans la maison. Les appareils ménagers fonctionnent aussi bien avec l’énergie DC générée par le soleil qu’avec l’alimentation CA fournie par la société de distribution.
Avant de pouvoir commencer à concevoir votre propre système d’énergie solaire DIY ou un kit solaire prêt à l’emploi, vous devez prendre quelques décisions au préalable, comme : souhaite-je un système PV connecté au réseau, ou un système autonome hors réseau. Ai-je besoin de batteries de stockage dans mon système, et quelles sont mes exigences et ma consommation d’énergie, etc.
Les systèmes photovoltaïques (PV) peuvent ne coûter qu’une fraction de ce qu’ils coûtaient il y a 25 ou 30 ans, mais ils restent encore assez chers à acheter et à installer. Ainsi, prendre des décisions et avoir une idée claire au préalable vous permettra d’économiser de l’argent à long terme.
Que vous choisissiez un système connecté au réseau électrique pour toute la maison ou un système autonome hors réseau avec stockage de batteries, vous aurez besoin d’une série de panneaux solaires produisant plusieurs milliers de watts solaires juste pour répondre à vos besoins actuels (en fonction de la taille de votre maison, de son efficacité énergétique, des adolescents, etc.). Donc, avant de commencer à concevoir un kit solaire, vous devrez calculer la puissance totale requise par tous vos appareils électriques.
Calcul de vos besoins énergétiques
La quantité réelle d’électricité générée par un simple système d’énergie solaire DIY est essentiellement fonction de la taille de son panneau (individuellement ou en tant que matrice), de son efficacité solaire, de son positionnement, de son exposition au soleil, ainsi que de divers autres facteurs. Il est donc important que lors de la conception d’un kit solaire DIY, sa taille génère suffisamment d’électricité pour couvrir la consommation électrique moyenne de votre ménage tout au long de l’année.
La puissance électrique nominale d’un appareil typique est généralement indiquée en Watts. Vous pouvez la trouver soit en consultant l’étiquette d’identification de l’appareil, soit dans le manuel d’utilisation du produit. Certains fabricants donnent la valeur en volt-ampères, par exemple 200VA (deux cents volt-ampères). Cette valeur Volt-ampères est plus ou moins équivalente à celle donnée en Watts, car les Watts correspondent simplement au voltage multiplié par le courant, soit volts multipliés par ampères, ou V*A, généralement abrégé en VA.
La consommation quotidienne d’énergie des appareils est simplement calculée en multipliant la valeur en VA ou Watts par le nombre d’heures par jour où l’appareil est allumé ou utilisé (watts multipliés par heures ou W*hr). Par exemple, si notre appareil de 200VA (ou Watts) est utilisé pendant 5 heures au cours d’une période de 24 heures, la consommation totale d’énergie serait de 200VA multiplié par 5 heures, ce qui donne 1 000 watt-heures ou 1 kWh (un kilo-Watt-heure), sachant que 1 000 watts équivalent à 1 kilo-watt (kW).
De même, si vous aviez une lampe de 60W allumée la nuit pendant 3 heures, sa consommation d’énergie serait de 60 multiplié par 3, soit un total de 180Whr (cent quatre-vingts watt-heures), ou 0.18kWhr.
L’avantage d’utiliser des watts est que la puissance représente toujours la puissance électrique d’un appareil, quel que soit le voltage d’alimentation. Une fois fait, répétez les calculs ci-dessus pour tous les appareils électriques que vous souhaitez alimenter à partir de votre kit solaire DIY et additionnez-les.
Notez que, sauf si vous prévoyez d’avoir un système solaire connecté au réseau qui alimente toute la maison, il est bénéfique lors de la conception d’un kit solaire d’avoir un mélange de composants basse tension tels que des lampes de 12 volts ou 24 volts, des batteries et des appareils, et des éléments connectés au secteur, au cas où l’onduleur de réseau ou le circuit tomberait en panne.
Enfin, il est important de se rappeler que lors de la conception d’un système solaire DIY, il ne suffit pas de déterminer ce que vous allez alimenter, mais il faut aussi envisager comment réduire vos besoins énergétiques. Parce qu’un watt d’énergie économisé dans la maison équivaut à un watt d’énergie qui doit être généré par l’énergie solaire, et si vous parvenez à économiser plus de 200 watts à la maison, cela signifie un panneau solaire de moins à acheter et à installer.
Stockage de l’énergie solaire dans des batteries
Une fois que vous savez combien d’énergie électrique vous allez consommer chaque jour, vous pouvez commencer à réfléchir à des moyens d’en stocker suffisamment, car sans stockage, vous n’auriez de l’énergie disponible que pendant la journée quand le soleil brille. Heureusement pour nous, il y a longtemps, un brillant d’esprit a inventé la batterie de stockage (en réalité, le scientifique français Georges Leclanché en 1866), ce qui nous permet de le faire. Le revers de la médaille, c’est que les batteries ajoutent des coûts et de la complexité à tout système d’énergie solaire DIY, donc choisir la bonne batterie est également très important.
Différents vidéos sur Youtube et sites sur Google montrent qu’il est possible de créer une batterie DIY avec juste un citron, une pièce de cuivre et un clou galvanisé, mais évidemment, un citron n’émettrait pas assez de puissance pour éclairer une seule LED (mais apparemment 4 ou plus fonctionneraient !). Donc, pour avoir une puissance suffisante pour votre TV, vos lumières et vos appareils dans la maison, nous avons besoin de quelque chose d’un peu plus avancé, comme la batterie AGM 12V 100Ah UB121000.
Les batteries modernes pour kits solaires sont disponibles dans une variété de formes et de tailles, allant de quelques ampères-heure (Ah) à plusieurs milliers capables de fournir d’énormes quantités de puissance électrique. Cependant, les batteries de stockage solaires ne sont pas du même type ou de la même construction que les batteries de voiture classiques.
Ces batteries ne devraient pas être utilisées lors de la conception d’un système d’énergie solaire DIY, car ces types de batteries ne peuvent pas être entièrement déchargés et rechargés continuellement sans subir de dommages internes. Cependant, elles peuvent tout de même être rechargées à l’aide d’un panneau photovoltaïque.
Les batteries de stockage solaires sont considérées comme des batteries au plomb de cyclage profond, qui ont des plaques internes beaucoup plus épaisses et qui peuvent supporter de nombreux cycles de décharge profonde, bien que vous ne devriez pas les décharger trop souvent. Lorsqu’elles sont utilisées comme partie des systèmes d’énergie alternative, les batteries à cyclage profond auront une durée de vie raisonnablement longue si elles sont bien entretenues.
Les batteries à cyclage profond de type RV ou marine sont essentiellement classées comme des batteries récréatives utilisées dans les bateaux, les caravanes et les fourgons aménagés. Elles conviennent aux petits kits solaires ou d’éclairage DIY et sont disponibles en tailles de 6, 12 et 24 volts. Une autre batterie très populaire pour les petits systèmes solaires DIY est la batterie de voiturette de golf. Celles-ci sont légèrement plus chères que les batteries récréatives mais représentent un bon choix pour un petit système solaire à budget limité.
Les batteries au plomb de cyclage profond industrielles plus lourdes sont très courantes dans un système hors réseau typique en raison de leur taille physique et de leur puissance nominale. Les batteries au plomb existent en trois types principaux : au plomb inondé, AGM (matelas en verre absorbé) ou batteries GEL scellées. Les batteries AGM et GEL scellées ont l’avantage de ne pas libérer autant de gaz (si ce n’est aucun) dans la pièce lorsqu’elles sont en charge.
Toutes les batteries stockent l’énergie en courant continu, car il n’est pas possible de stocker l’énergie en courant alternatif dans des batteries. Les batteries de stockage solaires sont évaluées en ampères-heures (Ah) et viennent généralement en multiples de cellules de 2 volts, donc les batteries de 6, 12 et 24 volts sont les plus courantes.
Nous avons dit précédemment que nous utilisons des Watts (c’est-à-dire des volts multipliés par des ampères) pour mesurer les besoins en puissance d’un système solaire. Puisque les batteries sont évaluées en ampères-heures (Ah), nous devons calculer combien de puissance électrique en Watts cela représente. Ainsi, une batterie typique de 12 volts évaluée à 80 ampères-heures serait capable de délivrer 960 watt-heures (Wh) de puissance.
Chargement des batteries d’un système d’énergie solaire DIY
Tous les types de batteries rechargeables peuvent être chargés à l’aide de panneaux solaires, d’éoliennes ou d’un chargeur connecté au réseau électrique. Bien qu’il soit possible de charger une batterie de 12 volts directement à partir d’un panneau solaire de 12V sans réguler ou contrôler la quantité de courant de charge, ce n’est pas la meilleure manière de procéder.
Pour charger en continu des batteries de stockage à cyclage profond de manière meilleure et contrôlée, vous aurez besoin d’une forme de contrôleur de charge. Les contrôleurs de charge livrent la bonne quantité de puissance du panneau solaire à la batterie de manière précise et contrôlée et constituent une partie importante de tout kit d’énergie solaire DIY bien conçu.
Maintenir les batteries de cyclage profond de votre kit d’énergie solaire en charge et en bonne santé est également important, car elles dureront longtemps si vous en prenez soin, vous offrant ainsi un retour sur votre investissement. Le surchargement et/ou le sous-chargement d’une batterie finira par l’endommager, donc garder les batteries en bonne santé signifie les charger complètement, régulièrement et de manière contrôlée.
Bien sûr, il existe une vaste gamme de contrôleurs de charge à choisir, allant de quelques dollars ou euros jusqu’à plusieurs centaines. Les modèles plus chers ont des écrans numériques intégrés qui vous permettent de surveiller et de voir exactement ce qui se passe dans votre système. Le contrôleur de charge ici représente un excellent exemple de haute qualité et contrôlerait bien un système, mais choisissez-en un qui convienne non seulement à votre système, mais aussi à votre budget.
Panneaux PV pour un système d’énergie solaire DIY
Il est maintenant temps de choisir les panneaux solaires pour votre système d’énergie solaire DIY. Les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en électricité CC (courant continu) et existent dans une large gamme de types pour différentes applications et besoins énergétiques provenant de différents fabricants. Cependant, il convient de mentionner ici que tous les panneaux solaires ne se valent pas et le fait qu’un panneau indique 100 Watts sur la fiche technique du fabricant ne signifie pas qu’il produira cette puissance. Les panneaux solaires photovoltaïques sont généralement notés avec une irradiance solaire de 1000 W/m2, à une température de 25oC.
En plus des variations de taille, de forme, de capacité et d’autres spécifications des panneaux photovoltaïques, les panneaux PV standards sont fabriqués à partir de deux types différents de cellules en silicone. La cellule monocristalline utilise un grade de silicone beaucoup plus pur, offrant la meilleure efficacité de conversion de la lumière du soleil en électricité, et est donc plus chère à produire.
Les cellules multicristallines, ou polycristallines, utilisent des matériaux en silicone moins purs et sont donc plus faciles et moins chères à fabriquer. Cela dit, l’efficacité de conversion solaire de ces types de cellules photovoltaïques est légèrement inférieure à celle de leurs cousines monocristallines plus coûteuses. Donc, si vous avez un budget serré, alors des cellules multicristallines ou polycristallines fonctionneront tout aussi bien.
La taille du panneau solaire doit être choisie de manière à ce qu’elle charge la batterie complètement en une journée ensoleillée. La puissance quotidienne moyenne générée par votre panneau photovoltaïque, ou vos panneaux, devrait être à peu près égale, voire supérieure, à la quantité quotidienne moyenne d’électricité consommée par votre maison ou vos appareils.
Par exemple, supposons que pendant les 12 heures de soleil d’une journée type, nous pouvons nous attendre à avoir 5 heures de soleil effectif pour générer la puissance nominale dont nous avons besoin pour alimenter nos appareils. Notez ici que la lumière du soleil n’est pas toujours constante et uniforme, mais variera en fonction de votre emplacement et de la période de l’année.
Par conséquent, si nous avions un système de 12 volts qui consomme 200Ah de puissance électrique, nous devrions générer environ 12V x 200Ah = 2400Wh (watt-heures). Donc, le système solaire nécessaire serait de 2400Wh divisé par 5 heures de soleil effectif égalerait 480W. Nous aurions donc besoin de 2 x 240W ou 4 x 120W ou 5 panneaux solaires photovoltaïques de 100W pour alimenter notre consommation quotidienne moyenne d’électricité.
Bien sûr, en réalité, il y aura toujours des pertes dans notre système d’énergie solaire DIY dues aux câbles, au contrôleur de charge solaire et à la décharge autonome des batteries. Il est donc préférable de choisir un seul panneau solaire ou une matrice qui puisse générer une puissance quotidienne approximativement 10 à 20 % supérieure à la consommation énergétique quotidienne requise, car après tout, plus de watts égalent plus de puissance.
Nous avons vu tout au long de ce site sur les énergies alternatives que les avantages environnementaux de la production de votre propre électricité solaire sont indiscutables, évidents et manifestes, que vous ajoutiez un nouveau système solaire pour aider à sauver l’environnement ou réduire vos factures d’énergie. Aujourd’hui, le coût des systèmes d’énergie solaire DIY est une fraction de ce qu’il était il y a 20 ou 30 ans.
Cependant, les systèmes solaires sont encore assez chers et pourraient facilement prendre 20 ou 25 ans pour se rentabiliser grâce à la réduction des factures d’énergie. Un système d’énergie solaire DIY typique hors réseau, avec ses contrôleurs de charge et ses batteries à cyclage profond, coûtera même plus cher. Cela dit, passer au vert et utiliser des panneaux solaires peut encore être un investissement judicieux avec un potentiel de taux de retour élevé sur votre investissement, mais le point clé ici est de planifier judicieusement et de vous renseigner sur les incitations et/ou les subventions disponibles par le biais de vos sources locales et gouvernementales.