2013-03-07 Energie solaire pour budget limité

Nous avions discuté (voir article Comment continuer à avoir de l’électricité même après une panne SNEL?) comment continuer à avoir de l’électricité pour les applications vitales dans un contexte de coupure du réseau électrique publique se prolongeant pendant plusieurs heures. L’approche retenue était de « stocker » l’énergie publique ou issue d’un générateur dans des batteries, afin de puiser dans cette « réserve » au moyen d’un inverseur de puissance pendant les heures de coupure.

La solution proposée dans l’article évoqué ci-dessus convient lorsque le réseau électrique public (SNEL en RDC) (ou en cette matière un générateur thermique privé) est en moyenne présent au minimum quelques heures chaque jour : les batteries sont chargées pendant ce temps et l’on s’alimente au départ des batteries quand la source publique devient indisponible.

Cette solution ne faisant intervenir aucun panneau photovoltaïque (PV) (panneau solaire), son coût reste modéré.

Mais que se passe-t-il lorsque la coupure d’électricité publique ne dure pas quelques jours mais quelques semaines – cela arrive à plusieurs quartiers de Kinshasa ! – ou quelques mois ? On peut sans doute compter sur les générateurs thermiques ? Mais qu’arrive-t-il lorsque le carburant pour alimenter ces derniers devient rare ou hors de prix ? Ou encore lorsque des problèmes de maintenance indisponibilisent le groupe thermique de manière prolongée ?

Dans ce nouveau cas de figure, nous avons besoin d’une nouvelle solution qui puise son énergie du soleil qui peut chaque jour recharger des batteries via des panneaux photovoltaïques (également appelés panneaux PV ou panneaux solaires) chaque jour, ou presque.

Les panneaux PV coûtent encore cher (le coût d’achat par Watt reste plus cher que d’autres technologies dont nous avons parlé). Pour rester fidèle à notre philosophie d’une source d’énergie alternative de coût raisonnable, nous allons limiter notre étude à un système résidentiel à panneaux PV produisant assez d’électricité pour éclairer pendant 8 heures par jour les espaces de vie d’une famille, ainsi qu’alimenter une radio (il faut bien garder une oreille sur le monde extérieur).

Nous avons légèrement modifié les besoins énoncés dans l’article précédent comme suit :

–          Avoir la lumière dans la maison. Le responsable de la famille estime que les besoins en lumière se résument en 6 lampes de puissance totale équivalente à 90 W alimentant les espaces de vie commune ainsi que les chambres, couloirs, etc. Elles doivent pouvoir être allumées pendant 8 heures chaque jour ;

–          Utiliser une radio, consommant 65W, pendant 2 heures.

Il convient de signaler ici que les panneaux PV fournissent une tension continue : 12 Volts continus (on note 12 V DC) est un standard couramment rencontré. La plupart des appareils électroménagers sont conçus pour opérer à partir des 220 Volts alternatifs (on note 220 V AC) disponibles sur le réseau de distribution public.
On ne peut donc pas alimenter ces appareils directement au départ des panneaux PV. Il y a deux solutions possibles à ce problème :

  1. Convertir les 12 V DC en 220 V AC au moyen d’un inverseur de puissance ;

Ou

  1. Remplacer les appareils électroménagers 220 V AC ou appareils 12 V DC.

La solution A exige l’acquisition d’un inverseur de puissance, tandis que la solution B exige l’acquisition d’appareils pouvant être alimentés en 12 V DC.

Chacune de ces deux solutions est envisageable pour résoudre le problème en étude. En fonction d’une situation particulière, elles ont l’une et l’autre des avantages comme des inconvénients :

Solution Avantage Inconvénient
Utilisation d’un inverseur de puissance Aucune modification ne doit être apportée au câblage électrique de la maison L’inverseur peut être coûteux
Utilisation d’appareils 12V DC –          Pas d’inverseur à acquérir-          Les appareils d’éclairage (lampes) peuvent être alimentés au départ d’une batterie 12V DC –          Le câblage électrique de la maison doit être modifié-          Les appareils d’éclairage (lampes) dans la maison sont dédoublés : à côté des lampes ordinaires 220V AC il faut mettre des lampes 12V DC

Dans le cas de figure où l’on déploie des appareils d’éclairage 12V DC, les câbles électriques installés pour alimenter les lampes 220V AC ne peuvent pas être utilisés et doivent être remplacés par des câbles adaptés. En effet, la puissance électrique consommée par un appareil se calcule comme le produit de la tension et du courant :

P = V.I

Dans le cas d’un appareil 12V DC, V vaut 12 Volts tandis que I est le courant (en Ampères). Pour un appareil 220V AC, V vaut 220 Volts et I est la valeur quadratique moyenne du courant variable. Les deux types d’appareils faisant le même travail, on peut comparer leur puissance par l’équation

(220 Volts) X Iac  =  (12 Volts) X Idc

D’où l’on peut tirer

Idc  =  18,5 X Iac

Ainsi la lampe 12V DC, pour produire la même puissance que la lampe AC, tire un courant qui peut être jusqu’à 18,5 fois plus important ! C’est la raison pour laquelle les câbles d’installation domestique ordinaire, conçus pour 220 V AC, ne peuvent pas gérer les courants importants des circuits 12V DC. Pour ces derniers, on doit tirer des câbles adaptés, qui auront une section plus grande pour éviter le chauffage voire la consumation, ou au minimum des pertes Joule exagérées. Les équipements de protection (fusibles, disjoncteurs) dédiés doivent également accompagner les câbles 12V DC : les fusibles et disjoncteurs 220V AC n’apporteront probablement aucune protection.

Nous allons adopter de manière arbitraire la solution n° 1 utilisant un inverseur de puissance (si vous voulez explorer la solution n°2 avec des appareils 12V DC, contactez-nous à spbutsana@yahoo.fr ).

Le bilan de charge à remplir se résume comme suit :

bilan

Le système à concevoir doit assurer une puissance de 160 W et être capable de fournir une énergie totale de 0,9 KWh.

La puissance de 160 Watts va servir à choisir les panneaux PV et l’inverseur, tandis que l’énergie totale permettra de dimensionner la taille de la ferme de batteries.

Choix des panneaux PV

Pour couvrir le besoin de 160W, nous allons utiliser deux panneaux de 145W (total 290W). Cela dépasse la capacité exigée, mais c’est de bonne guerre pour nous rassurer que les batteries seront toujours bien chargées pour alimenter les appareils même les jours de faible insolation.

Par ailleurs, en supposant 6 heures d’insolation directe chaque jour (de 9 heures à 15 heures), et un rendement énergétique de 80% dans le processus de charge des batteries par les panneaux PV, la puissance capturée utilisable sera de

P = (290 Watts) X (6 heures) * 80% = 1,4 kWh

Régulateur de charge

L’installation en étude a besoin d’un régulateur de charge : c’est un appareil qui contrôle le processus de charge des batteries en extrayant une puissance optimale des panneaux PV. Nous utiliserons un régulateur de charge de 30A.

Deux coupe-circuit DC viendront aussi compléter l’installation.

Les batteries

Deux batteries à cycle profond de 12V et 0,75 kWh chacune, mises en parallèle, suffiront à stocker et générer l’énergie dont nous avons besoin.

L’inverseur

Un petit inverseur de 200W sans chargeur de batterie complétera notre liste d’équipements.

Schéma

Le schéma de l’installation conçue se présente comme suit :

schema

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3 Réponses

  1. Eh oui, on ne retrouve plus la cusinière ou le four micro-ondes dans vos calculs. Mais que dit votre épouse? À ce point là, on peut utiliser le soleil directement, sans le convertir d’abord en éléctricité, en préparant avec un four solaire.

    Vous trouvez des plans en suivant le lien. Ma mère l’utilise depuis des années déjà. Elle a le modèle simple, mais en bois (pas de carton). Au lieu du papier aluminium, nous avons pris un métal un peu plus dure: des anciens clichés d’imprimerie. Ce qu’il faut faire pour plus d’éfficassité, c’est de repaindre l’intérieur avec une peinture noire qui résiste à la chaleur (peinture de four).

    • Excellente suggestion Tonton! Cela fait un certain temps que je considere les cuisinieres solaires. Le site que vous recommandez est plein de suggestions interessantes. Je pense que cette technologie doit necessairement faire partie d’un eventail de technologie energetiques pour le developpement. Dans quelle partie de la RDC (ou autre pays) votre mere utilise-t-elle sa cuisiniere solaire? Avez-vous des informations sur d’autres installations en RDC? L’un des nos amis, professeur a l’INBTP, a experimente une cuisiniere solaire construite autour d’une chambre a air (recuperee d’un vieux pneu) – je lui demanderai de partager son evaluation avec nous. (Toutes mes excuses pour les accents manquants).

  2. Bonjour! Votre étude est vraiment intéressante. J’aimerais juste savoir les prix des différents équipements utilisés dans une installation solaire pour faciliter un bon dimensionnement. Merci bcp,
    Alexis.

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