Comment dimensionner une petite installation solaire ?

Nous allons voir dans cet article comment dimensionner une installation solaire autonome, pour une cabane d’alpage, un site isolé, un camion aménagé, un kit mobile. Toutes les informations pour bien choisir la puissance des panneaux solaires, de la batterie, du régulateur solaire et du convertisseur, mais également, et on y pense moins, le diamètre des fils et la taille des fusibles. Tous nos calculs sont prévus pour une installation 12 V. Si les experts qui liront cet article sont choqués par l’imprécision technique, ils sont invités à ajouter leurs corrections éclairées en commentaire.

 

Quels sont mes besoins en énergie solaire ?

 

Pour savoir quelle installation solaire réaliser, d’abord, il est nécessaire de calculer ses besoins réels, au quotidien. Voici un tableau des différentes consommations du matériel électrique 12 V.

 

lampe 12 V	3 à 20 W
rechargement téléphone simple ou petit appareil photo	3 W
rechargement smartphone	10 W
rechargement tablette	20 W
rechargement ordinateur	50 W
rechargement et utilisation ordinateur portable	100 W
enceinte musicale portable	20 W
pompe à eau	100 W
chaîne Hi-fi	50 W
glacière 12V	50 W

 

Pour connaître la consommation réelle de vos appareils, consultez la notice fournie.

 

Pour calculer ses besoins en électricité, il suffit de faire la liste du matériel que vous souhaitez utiliser et estimer le temps d’utilisation quotidien :

 

2 lampes de 10 W 4 heures par jour = 2 x 10 x 4 = 80 wh/j

smartphone de 5 W 2 heures par jour = 10 Wh/j

tablette de 10 w 2h par jour = 20 wh/j

ordinateur portable de 50 W 4 heures par jour = 200 Wh/j

rechargement enceinte portable de 20 W pendant 4 heures = 60 Wh/j

pompe à eau 1 h par jour = 100 Wh/j

On obtient pour cette consommation de base 470 Wh/jour.

 

On pourrait également ajouter le fonctionnement d’une glacière 12V, 24h par jour (1200 Wh/j) ou simplement en appoint 10h par jour (500 Wh/j). Astuce : il est possible de shunter le branchement de la glacière avec un programmateur 12 V (15€) : vous pourrez alors choisir de limiter sa consommation la nuit ou de la faire fonctionner une heure sur deux la journée, comme un petit frigo (doublé avec un thermostat c’est encore mieux). Votre consommation peut ainsi être réduite et vous pourrez maintenir des produits à une température inférieure de 20°C.

 

Ces calculs sont importants. Contrairement à une installation domestique classique reliée au réseau électrique où la consommation est à la demande, dans une installation solaire sur batteries, il est important de bien estimer ses besoins. Faites des simulations pour l’été, mais aussi pour l’hiver, en prenant bien en compte les moments de pointe. Une petite installation solaire, hydroélectrique ou éolienne autonome, c’est un peu comme un être vivant : il faut la gérer, l’observer et s’adapter aux variables météorologiques et géographiques. C’est un magnifique moyen de comprendre ce que nous consommons chaque jour.

 

Après différentes installations, nous avons pu observer qu’en moyenne le prix d’une petite installation de 20 à 200 W, coûte environ 1 € du Wh. Ce chiffre ne veut pas vraiment dire grand-chose, mais il est plus parlant que le fameux calcul de 1 € par Wc qui est souvent avancé pour l’estimation des prix des panneaux solaires, car il prend en compte l’ensemble de l’installation. En gros, si vous souhaitez consommer 400 Wh par jour, comptez un budget de 400 €. Ce prix comprend un matériel correct, c’est le prix maximum que vous paierez en auto-installation. Il est possible de diviser le prix par un tiers au minimum en achetant groupé ou en se fournissant directement aux grossistes.

 

Quelle taille de panneaux solaires choisir ?

 

Pour les grosses installations solaires, on compte souvent en m². Pour 1 m², vous obtenez en moyenne 1080 Wh par jour. C’est une estimation à la louche, pour faire simple, car pour estimer le rendement précis d’une installation solaire, il convient de calculer le rendement en fonction de la localisation géographique et de l’inclinaison des panneaux, ainsi que du type de technologie des panneaux solaires. Pensez également à la différence de rendement solaire entre l’été et l’hiver si vous utilisez votre installation toute l’année. Cependant, en comptant un peu plus large, vous retombez sur vos pieds sans devoir faire de trop gros calculs compliqués. Nous sommes ici dans de petites installations.

 

Le calcul le plus simple à réaliser pour calculer la taille minimale de ses panneaux solaires est de diviser les besoins journaliers par le nombre d’heures d’ensoleillement moyen (5 heures, sachant que dans le Nord en hiver, c’est plutôt 3h).

 

470 / 5 = 94 W

 

Pour être tranquille, ajoutez une marge de 20 %, vous obtiendrez alors 120 Wc. Dans le commerce, les promesses des panneaux solaires sont les suivantes (variable selon la technologie du panneau) :

 

Puissance panneau solaire	Dimensions habituelles en cm	Rendement théorique	Rendement réel (5h de soleil par jour) hiver/été
180 Wc	158 x 158	1200 Wh	450 à 900 Wh/j
160 Wc	148 x 68	1080 Wh	400 à 800 Wh/j
120 Wc	66,5 x  100	810 Wh	300 à 600 Wh/j
100 Wc	90 x 67	675 Wh	250 à 500 Wh/j
50 Wc	40 x 40	337 Wh	125 à 250 Wh/j
20 Wc	50 x 35	150 Wh/j	50 à 100 Wh/j

 

Dans notre exemple, avec des besoins de 470 Wh/j, il semble plus indiqué de choisir un panneau de 120 W, qui sera un peu juste, mais convenable en hiver, mais puisqu’il s’agit d’équiper une camionnette qui voyage surtout à la belle saison, on espère que cela sera suffisant (il reste possible d’ajouter un second panneau).

 

Si par exemple vous souhaitez réaliser une installation pour le camping en tente, ne comptez pas le rendement hivernal. Pour une petite habitation isolée habitée à l’année, comme un cabanon ou une yourte, en revanche, prenez bien en compte les besoins en hiver, ainsi que la surconsommation d’éclairage due aux nuits plus courtes. L’excédent estival pourra servir à alimenter une petite glacière ou un frigo (alors qu’en hiver les aliments peuvent être stockés à l’extérieur ou dans un sellier).

 

Quelle taille de batterie rechargeable choisir pour mon installation solaire ?

 

Pour une batterie 12V, la taille minimum en Ampères (ah) se calcule de la façon suivante :

 

Besoins journaliers / 12 V = taille batterie en ah

 

Dans notre exemple : 470 / 12 = 40 ah

 

Avec une batterie de 80 Ah, cette consommation va au-delà de 50 % de charge. Il serait préférable de choisir une batterie en comptant une marge de 65 %, soit 3 fois la taille minimum de batterie nécessaire : 120 ah, disponible ici.

 

Il existe un autre calcul : taille batterie X 12 V = énergie disponible en Wh

120 x 12 = 1440 Wh

Sachant qu’il est préférable de maintenir la batterie à 65 % de charge, dans notre exemple, seulement 480 Wh sont disponibles. Soit exactement notre consommation moyenne. Avec une batterie plus faible, les risques de décharge profonde augmentent.

On peut également compter la puissance d’une batterie en watts.  Toujours avec notre exemple, une batterie de 80 ah en 12 V fait 960 watts/heure. Ce qui signifie qu’avec une consommation de 470 wh, la batterie sera presque vide en deux ou trois heures. D’où l’importance de recharger ses appareils la journée plutôt que la nuit, quand c’est possible, et de bien doser sa consommation.

 

Quel régulateur solaire choisir ?

 

Il est préférable de choisir un régulateur MPPT plutôt que MPW, ce type de régulateur intelligent permet de mieux doser le rechargement des batteries et de prolonger la durée de vie des batteries.

 

Les régulateurs sont vendus entre 15 et plus de 100 € pour les modèles de base. En dessous de 100 W, les régulateurs bas de gamme suffiront. Pour une plus grosse installation, choisissez un bon régulateur. Certain, de la marque Victron permettent d’afficher des données complètes grâce à une application sur le smartphone en bluetooth : voir le produit ici.

Toujours brancher la batterie sur le régulateur avant de brancher les panneaux, sous peine de griller le régulateur.

Quelle est la différence entre un régulateur 10A, 20A, 30A ou plus ? Tout dépend de la taille de vos panneaux solaires. Pour 100 W, un régulateur de 10A suffit. Pour 200 W, 20 A, etc. Mais on peut tout à fait avoir un régulateur de 30A pour des panneaux de 100 W, sans risques. Le régulateur limite la charge des panneaux et empêche la batterie de trop se décharger, entre 14,7 et 10,8 V en général. Selon les régulateurs, il est possible de changer ces réglages, notamment pour éviter les décharges profondes.

 

Quels fusibles pour mon installation solaire ?

 

Les sites marchands qui fournissent des kits solaires prêts à monter oublient souvent de préciser qu’il est nécessaire de poser des fusibles sur son installation électrique. S’il n’est pas nécessaire de mettre un fusible entre le panneau photovoltaïque et le régulateur solaire, il est important d’en mettre entre la batterie et le convertisseur et sur chaque circuit d’alimentation.

Pour calculer la taille d’un fusible, il faut prendre en compte l’épaisseur des fils utilisés dans l’installation : si le fusible est trop élevé, ce sont les fils qui chaufferont s’ils sont plus fins. La longueur des fils est également à prendre en compte, il est d’ailleurs conseillé de réduire la distance entre les panneaux, le régulateur et la batterie au maximum. Plus ils sont éloignés, plus les fils doivent être épais.

 

La formule est la suivante :

 

Taille fusible = (0,6 x diamètre fil) / (0,021 x longueur du fil x 2 en m)

 

Pour une distance de 1,8 m entre la batterie et le régulateur avec un fil de 2,5 mm², mettez un fusible de 20 A. Avec 3,5 m de distance, il aurait fallu mettre un fusible de 15 A. Avec un fil de 6 mm², vous pouvez monter jusqu’à 50 A. Autrement dit plus vous mettez un fil fin, plus vous baissez la taille du fusible.

 

En général, les tailles standard sont les suivantes :

 

Port USB 3 à 30 W : 5 A, fil 2,5 mm²

Lumière 20 W : 2 ou 3 A, fil 1,5 mm²

Allume-cigare 3 à 50 W : 10 à 15 A, fil 2,5 mm² minimum

Batterie – régulateur : 7,5 à 30 A, fils 2,5 à 6 mm²

Batterie – convertisseur 300 W : 40 A, fil 4 à 6 mm²

 

Dans quel ordre connecter mon installation solaire ?

 

Pour ceux qui n’ont pas la patience de lire le prochain paragraphe en entier, vous devez savoir qu’il y a un ordre à respecter pour ne pas griller son installation : commencez par fixer le régulateur, puis connectez impérativement la batterie en premier, en commençant par le + (inverser au démontage). Connectez ensuite le panneau solaire.

 

Installation d’un panneau solaire : ce qu’il faut savoir

 

Votre kit solaire, pack solaire ou installation solaire, quelle que soit son envergure, est composé des éléments suivants :

• Des anneaux ou modules solaires photovoltaïques ;
• Un onduleur, des micro-onduleurs ou un régulateur solaire pour les installations plus petites ;
• Un système de stockage (des batteries solaires) ;
• Système de contrôle informatisé ou monitoring pour la gestion de la consommation électrique.

 

Comme nous l’avons déjà vu, avant de se lancer dans une installation photovoltaïque, il est souhaitable d’avoir de bonnes connaissances en électricité. Une mauvaise manipulation peut être fatale pour le matériel mais également pour l’installateur (vous) car plus l’installation est grande, plus les décharges électriques sont puissantes. Si vous hésitez à vous lancer, faites appel à un professionnel ou prenez des informations sur le site web d’un installateur expérimenté.

 

Le guide de montage respecte toujours l’ordre suivant :

1. Fixer le régulateur ou l’onduleur : l’appareil doit être fixé verticalement, sur un support ininflammable (en cas de surchauffe). Les bornes sont dirigées vers le bas. Il est préférable de monter le régulateur le plus près possible des batteries, à moins de 2 m de distance, mais jamais directement dessus.
2. Connecter les batteries entre elles : si vous avez plusieurs batteries, vous pouvez les connecter en série ou en parallèle (ou les deux pour avoir 24 V).
3. Connecter le régulateur de charge aux batteries en commençant par la borne positive. Les batteries doivent être situées à moins de 2 mètres des batteries, si vous ne pouvez pas respecter cette règle de sécurité, vous devrez augmenter le diamètre des câbles (6mm² jusqu’à 5m de long). Il y a en effet un risque de surchauffe en cas de câbles trop fins (ils peuvent fondre et créer un court-circuit et un incendie).
4. Branchement des panneaux solaires : maintenant que votre installation est prête à recevoir, stocker et réguler l’énergie solaire, vous allez pouvoir connecter les panneaux. Utilisez des embouts spécifiques MC4.
5. Connexion des appareils : l’installation est prête à faire fonctionner votre matériel (12 ou 24V). Elles peuvent directement être connectées au banc de batterie (utiliser des fusibles) ou passer par le régulateur dans certains cas. Ne déchargez jamais la batterie en dessous de 50% au risque de la détériorer de façon irrémédiable.

 

Comment mieux comprendre le solaire ?

L’électricité, le solaire, ça peut paraître compliqué quand on est ni doué pour les maths, ni pour la physique. Sur Internet, les informations disponibles sont souvent écrites par des experts qui s’adressent à des experts. Heureusement, certains vulgarisateurs sont très doués pour expliquer les choses simplement, enfin presque. Barnabé Chaillot est un Youtubeur célèbre pour sa chaîne de bricoleur de génie, dont le but est de « fabriquer en autoconstruction des systèmes simples et accessibles pour utiliser de l’énergie renouvelable ».

Dans cette première vidéo, par exemple, il explique très bien la puissance des différents panneaux solaires et les possibilités offertes pour les différents usages. Vous comprendrez mieux l’utilité des convertisseurs, des régulateurs, etc. Cette vidéo très pratique illustre concrètement les grands concepts de l’électricité.

Dans cette vidéo, intitulée : Transition énergétique d’un enfant, Barnabé Chaillot explique avec humour comment faire une petite installation solaire simple pour 50€. Il transforme un réveil 220V en réveil 12V, utilise une batterie de voiture et un petit panneau solaire de 10 W, et fait fonctionner 3 lampes. Encore plein d’idées précieuses. Au passage, il nous explique comment recycler des anciennes batteries de voiture en fin de vie.

Dans cette vidéo, Barnabé installe des panneaux solaires pour une yourte, rapide, simple et efficace. Il explique notamment comment régler les paramètres du régulateur solaire. Attention : évitez de connecter vos panneaux avec des dominos, des connecteurs dédiés sont plus conseillés.

Enfin, dans cette dernière vidéo (vous retrouverez des dizaines sur la chaîne de Barnabé), vous apprendrez comment charger votre téléphone portable avec n’importe quel panneau solaire. Il explique comment atteindre 5V pour ne pas abîmer le téléphone, le tout sans batterie. Et tout ça pour moins de 20€ !!! L’adaptateur dont il parle coûtera 20€ supplémentaires, il est disponible ici. Il existe des modèles tout faits et fiables pour le même prix : moins de 40€.

D’excellentes introductions à l’autonomie !