La production d'énergie solaire

Le besoin

La réalisation d’une unité de production d’énergie d'origine solaire répond à plusieurs besoins :

1. Disposer d’un backup pour certaines fonctions vitales en cas de coupure générale, en période de mousson, les coupures durent en général toute la nuit et surviennent une fois par semaine.
2. Essayer d’optimiser la consommation d’énergie et rentabiliser un peu plus l’investissement.

Le circuit électrique de la maison était conçu dès l’origine pour intégrer une fonction de backup en séparant entre 2 tableaux électriques ce qui est indispensable et ce qui ne l’est pas. L’indispensable étant la pompe à eau et l’unité de stérilisation UV,  le congélateur, le réseau wifi, le PC et la vidéo surveillance et l’éclairage externe.

J’ai recherché toute la documentation possible sur internet afin de comprendre en détail le fonctionnement des éléments. Les grands principes sont simples, le détail est plus complexe et il faut tenir compte du matériel disponible sur place.

J’ai passé pas mal de temps pour déterminer la consommation moyenne et de pointe des fonctions vitales, le niveau de stockage d’énergie nécessaire, et le besoin de production solaire en prenant en compte les niveaux de déperdition à chaque étape, et l’irradiance dans ma région suivant les saisons.

L’objectif étant d’obtenir le maximum d’efficacité sur chaque unité.

Compte tenu du prix de l’installation, je compte bien consommer quotidiennement une partie de la puissance produite.

Les éléments du système :

4 panneaux solaires de 300w = 1200 w

Inclinés à 18° un peu plus que la latitude, il faut augmenter la pente par rapport à l’optimum pour limiter leur salissure, la mousson les nettoiera durant l’été.

Un chargeur convertisseur de puissance MPPT (Max Power Point Tracking) qui est un convertisseur de puissance, plus performant qu’un classique PWM, il permet de mettre 2 ou plusieurs panneaux en série afin de limiter l’intensité et les pertes par effet Joule.

Je place 2 panneaux de 300 w en série, qui produisent théoriquement environ 70 V en sortie (avec un max à 95 V) sous 8,5 A soit 600 W, le convertisseur est capable de charger les batteries sous 28 V et 25 A.

Avec 2 groupes en parallèle, on double l’intensité et la puissance.

J’ai commandé ce chargeur convertisseur directement en Chine, c’est le seul composant introuvable sur étagère en Thaïlande.

Sachant qu’une batterie ne doit pas recevoir un ampérage supérieur à 1/5 de sa capacité en Ah (soit  et se décharger idéalement à 1/20 (soit 13 A maxi), j’ai pris 4 batteries de 130 Ah en 12 V soit 260 Ah et 24 V.

L’onduleur (inverter) est un 1500 w sous 24 V, bien suffisant car je ne compte pas consommer  plus de 500 W en pic et 300 W en continu 24/24 (soit entre 10 A et 20 A). Un modèle vendu pour 1500 w ne peut donner plus de 1300 w en continu sur 1 h.

A l’usage, je verrai s’il est nécessaire d’augmenter certains paramètres, notamment la capacité des batteries.

La construction

Les panneaux solaires ont été fixés sur la face sud de la dalle en béton du carport pour des raisons esthétiques (on ne les voit pas trop), ce qui à nécessité de poser un câble de 35 mm² (le plus gros que j’ai trouvé) en alu pour relier les batteries à l’onduleur situé dans la maison.

J’ai fait réaliser sur place par le mécanicien ferronnier du village le support des panneaux qui mesure 4.2 m x 2.2m. J’avais réalisé les plans afin d’avoir une structure simple permettant d’avoir un angle minimum de 18° et de pouvoir l’augmenter avec un système simple de cales, si besoin en hiver. J’ai supervisé heure par heure la construction, car j’avais une tolérance maximum de 1 cm sur les longueurs clé. Le plus difficile fut de boulonner la structure à la dalle de béton dont les flancs n’étaient pas rectilignes. On a du refaire les fixations pour épouser le flanc de la dalle.

J’ai ensuite fait réaliser un support pour les batteries que je souhaitais placées dans une partie de la fosse du carport, prévue initialement pour la mécanique auto. La durée de vie et les performances des batteries dépendent de leur température. La fosse est le meilleur endroit pour qu’elles soient au frais.

Le contrôle des mesures clé avec le niveau électronique, et une jauge en bambou (ya pas mieux)

Et voilà le travail ! 4 panneaux inclinés à 18°

Les batteries dans la fosse, au frais, il y a de la place pour en rajouter ...

La partie électrique.

Mon copain Chris m’a appris à sertir les cosses aux fils (6 mm² en alu). J’ai donc préparé tous les câbles et les cosses associées. J’ai eu du mal à trouver dans les magasins de Chiang Mai, ce que je voulais, mais je me suis débrouillé. J’ai posé, sous le carport, les gaines en pvc jaune dans lesquelles passent les câbles reliant les panneaux au chargeur.

J’ai ensuite réalisé un support en bois pour le régulateur, les diodes, les disjoncteurs et interrupteurs, puis j’ai câblé tout cela à plat dans le patio, puis j’ai installé le support en bois et les accessoires dans la fosse à coté des batteries. Le plus difficile a été de raccorder les câbles des banneaux solaires au bornier d’entrée et de faire rentrer les câbles de 35 mm² dans les gros interrupteurs 60 A, il a fallu couper quelques brins d’aluminium. Ces gros interrupteurs sont une alternative économique aux disjoncteurs mentionnés dans les documentations car outre leur look ‘vintage’ avec un éléphant peint sur la porcelaine, ils coutent 5 fois moins cher qu’un disjoncteur interrupteur.

J’ai connecté les différents éléments après le déjeuner, je préférais avoir les idées claires après un bon café et avoir relu la documentation. D’abord, j’ai connecté la batterie au chargeur, et vérifié que tout fonctionne, le chargeur a déjà  la date et l’heure, il faut lui renseigner le type des batteries connectées, brancher la sonde de température collée à une des batteries, le chargeur compense la température et vérifier que toutes les informations fournies par l’afficheur sont cohérentes. 

Puis, j’ai connecté les prises des panneaux une par une en vérifiant les tensions, puis basculé l’interrupteur les connectant au chargeur. J’avais placé l’afficheur en mode PV Watts, il a commencé à charger et après une minute, il avait trouvé le point de puissance maximum et injectait 730 W dans les batteries. Pas si mal !

Ensuite, j’ai vérifié la tension (et la polarité) aux bout des câbles de 35 mm² dans la maison et j’ai connecté l’onduleur, puis mis sur « On », il a affiché la tension de batteries, j’ai ensuite connecté un petit ventilateur qui s’est mis à tourner et l’afficheur a indiqué 30 W. Plus tard, j’ai connecté un gril pain de 800 W avec le chargeur de batterie déconnecté et l’indicateur a affiché 700 W avec une tension en baisse aux bornes de l’onduleur. Tout était cohérent.

J’ai continué les essais sous diverses conditions d’ensoleillement, le maximum atteint est pour l’instant 930 W, ce qui nécessite des batteries un peu déchargées pour que le chargeur puisse lui envoyer la puissance maximum.

Enfin, mon électricien est venu pour connecter l’onduleur à l’installation électrique de la maison, aux éléments dit indispensables (eau, congélateur, wifi, éclairage de base).  L’alimentation des éléments indispensables bascule sur le réseau filaire ou sur le solaire via un auto interrupteur constitué de relais qui peut fonctionner selon 2 modes : réseau filaire principal et backup solaire si le réseau filaire est en panne, ou autarcie, à l’inverse.

L'onduleur raccordé au réseau de la maison, un relai assure le basculement automatique de l'alimentation vers l'énergie solaire ou l'énergie achetée

Tout a fonctionné du premier coup, il reste à vivre avec et gérer le système de manière optimale selon les saisons, le stock d’énergie des batteries.

Les mesures :

Consommation des éléments dits « indispensables » :

L’éclairage LED : 100 w,

L’internet, le PC et le monitoring video : 70 w,

Le frigo congélateur avec un compresseur ‘digital inverter’ : 50 w en moyenne, 100 w en pic,

La stérilisation UV, les pompes à air pour les poissons : 50 w,

La surprise vient de la pompe à eau, donnée pour 250 w, elle consomme réellement 500 w lorsqu’elle fonctionne soit 20A sur les batteries.

En journée, la consommation s’établit entre 100 et 200 w avec 100 w de plus en soirée.

Production :

Les mesures instantanées sont difficiles à interpréter avec un chargeur intelligent puisqu’il alimente les batteries en fonction de leur cycle de charge et donc limite la moisson d’énergie quand les batteries sont pleines ou presque.

En mars, période ensoleillée, j’ai pu mesurer 930 w au maximum vers 12:30 et 700 w vers 10:30 ou 15:00. Les panneaux pourraient envoyer dans les batteries environ 5000 wh par jour.

Les batteries ont une capacité théorique de 6200 wh, en limitant les décharges à 3000wh pour leur conserver une durée de vie (nombre de cycles) importante, on dispose d’une petite marge en cas de moindre production due à une couverture nuageuse.