Do it yourself de maison bioclimatique : autonomie solaire effective

Construire soi-même une maison à énergie positive est un projet de Do It Yourself comme un autre. Un peu plus long et compliqué qu’une ouverture de porte à base d’Arduino, certes, un peu plus cher aussi, mais cela reste un DiY. L’article publié il y a un peu plus d’un an présentait cette maison qui devait fournir son énergie en toute autonomie. C’est chose faite : la maison est (presque) terminée (restent le crépi extérieur, des enduits intérieurs, carrelages etc…), elle est en tout cas habitable et habitée. Cette maison  est alimentée en électricité, en 220 Volts, mais par elle-même. Sans EDF. Cela s’appelle un site isolé, puisque l’énergie créée ne sert qu’à la maison, n’est pas réinjectée dans un réseau existant et n’a aucun raccordement vers l’extérieur. Cet article à pour objet de présenter cette installation solaire, d’un point de vue technique.

Les panneaux solaires

Les panneaux solaires peuvent être installés sur le toit ou au sol. Plein sud. Il n’est pas conseillé de les placer sur le toit si vous avez suffisamment de place autour de votre habitation, et ce pour une raison simple : les rayons solaires ne parviennent pas sous notre latitude avec le même angle en fonction des saisons, et les panneaux ne sont pleinement efficaces que lorsque les rayons solaires leur arrivent dessus à 90°. En les plaçant au sol, vous pouvez les changer d’orientation au fur et à mesure que le soleil opère sa course dans le ciel, fonction des périodes de l’année.

Le choix a été fait de créer un plateau de terre à l’arrière de la maison, d’y construire deux cadres de bois pouvant orienter les panneaux de 25° (juin) à 70° (janvier).

 

 

Il y a différents types de panneaux solaires, le but de cet article n’est pas d’aller trop loin dans les spécifications techniques, mais de donner quelques détails importants : les panneaux polycristallins sont moins performants que les monocristallins : le choix s’est donc porté sur des panneaux monocristallins. Les panneaux d’origine chinoise sont à éviter, la maison est donc équipée de panneaux de marque Victron fabriqués aux Pays-Bas. Il y a deux voltages de panneaux : 12 volts ou 24 volts (tension électrique des panneaux). Les panneaux peuvent être couplés en série pour additionner leur intensité. Par exemple, 2 panneaux de 12 volts en série injectent du 24 volts. Les panneaux ont aussi une capacité en Watts-crête, ce qui correspond à la charge maximale qu’ils peuvent produire par jour. Le Watt-crête (Wc) est une valeur moyenne que l’on multiplie par 5 heures de lumière quotidienne pour connaître approximativement la charge que les panneaux peuvent produire en watt-heure (Wh). Il a donc fallu calculer la moyenne de consommation quotidienne de la maison en Wh pour dimensionner la charge des panneaux et leur intensité. Une maison entièrement électrifié consomme en général plus de 3000 Wh/jour, et plus la consommation sur le réseau 220 volts est importante, plus il faut une « basse tension élevée ». Au delà de 3000 Wh, le 48 volts est préconisé. La production électrique des panneaux se fait donc en 48 volts, vers des batteries montées en 48 volts, régulés en 48 volts et ensuite convertie en 220 volts.

Avec une consommation moyenne autour de 4500 watt-heure à 5000 watt-heure par jour, le choix a été fait d’installer 12 panneaux photovoltaïques 24 volts d’une puissance de 180 Wc, montés en série. Ce qui donne 6 champs solaire de 48 volts (2X24 volts en série, fois 6 = 12 panneaux) pour une production de 12X180Wc, soit 2160 Wc. Les deux champs sont raccordés à des boitiers parallèles 48 volts, et les les deux + et deux – des boitiers reliés entre eux par un « sucre » : les deux fils (+ et -) en sortie du sucre partent vers le régulateur dans la maison. La production quotidienne des panneaux se situe donc entre 6000 Wh et 10 000 Wh.

Les batteries solaires

Un site isolé est entièrement dépendant de sa capacité de stockage : il n’est pas possible de convertir la production 48 volts des panneaux solaire sans passer par des batteries. Les batteries solaires ont évolué, et actuellement, les plus performantes (en termes de durée de vie, capacité de charge, résistance aux décharges profondes) sont des batteries dites « scellées », sans entretien, appelées « Batteries Gel ». Ce sont des batteries 12 volts excessivement lourdes puisqu’elles pèsent 65 kilos chacune. Elles ne nécessitent aucun entretien, ne dégagent aucune vapeur, sont entièrement étanches. Une batterie solaire a un voltage (12 volts en général) et un ampérage : l’ampérage le plus élevé est 220 Ah dans le cas des Batteries Gel. L’ampérage (Ah) est important dans le cas des batteries puisque plus il est élevé, moins la décharge de la batterie est rapide. Des calculs d’ampérage des batteries en fonction de la consommation courante permettent de déterminer l’ampérage le plus adéquat. En réalité, un ampérage élevé va permettre aux batteries de ne pas se vider trop rapidement en cas de journées pluvieuses, sans lumière. Pour additionner les ampères, il faut monter les batteries en parallèle. La nécessité de stocker du 48 volts a imposé 4 batteries montées en série, et l’intérêt d’augmenter la capacité des batteries en Ah a imposé d’installer 4 autres batteries en parallèle :

(Installation de départ : les batteries vont être fermées à terme dans un « local technique », elle ne seront plus visibles dans la pièce).

Les batteries solaires sont donc deux blocs de 48 volts montés en parallèle avec une capacité de 440 Ah.

Le régulateur

Il est indispensable d’installer un régulateur entre les panneaux photovoltaïques et les batteries : si les batteries sont pleines et que les panneaux continuent de les alimenter, celles-ci peuvent être endommagées. De plus, le régulateur est un appareil très important pour connaître à la fois la charge des batteries et effectuer des programmes de maintenance sur les batteries. Le régulateur utilisé est un Tristar 45, programmé (par cavaliers) pour du 48 volts, et batteries GEL scellées. Il ne faut pas hésiter à mettre le prix sur cet appareil qui assurera la durée de vie des batteries et permet d’optimiser la charge solaire. Quand les batteries parviennent à 100% de charge, le régulateur coupe la charge des panneaux et régule le « système ».

 

(Les fils noirs fins (6 mm2) sont les arrivées du solaire, les gros cables noirs (35 mm2) sont les sorties vers les pôles + et – des batteries. Le vert jaune, la terre, les deux petits fils de couleur bleue et verte, les sondes sur les pôles + et – des batteries)

Pour finir : le convertisseur

Le système 48 volts doit être ensuite converti en 220 volts pour électrifier l’habitation. Un convertisseur 2500 watts (pouvant monter à 3000 watts) a été installé. Il est directement couplé aux pôles  + et – du jeu de batteries. De marque Victron, c’est un appareil cher mais indispensable et central dans le dispositif.

Il est raccordé à un tableau électrique de répartition différentiel, duquel tous les circuits électriques de la maison partent.

(L’installation n’est pas encore terminée, les câbles seront scellés dans les murs, sous les enduits plâtre).

Conclusion provisoire

Un frigidaire basse consommation de type A++  (210 Wh) avec congélateur 90 litres, une machine à laver A+++ (consommation difficile à établir), des ampoules à led couleur chaude (4 Wh pour un éclairage équivalent à 50 watts), un Imac 27, un Macbook pro, un moniteur à led 27 pouces (lecture de films par clef USB des backups des DVD des propriétaires , un modem satellite, un switch, une mini chaine stéréo. Pour l’heure, il n’y a jamais de problème de charge, même après des machines à laver (l’appareil le plus gourmand). La semaine qui vient de passer a été particulièrement mauvaise, puisqu’il y a eu un maximum de nuages, mais surtout beaucoup de pluie et la charge des batteries, si elle s’opère plus lentement, atteint les 100% en milieu d’après-midi (au lieu de 9h ou 10 du matin en cas de journées ensoleillés, 11 heures en cas de nuages sans pluie). Les panneaux monocristalins ne demandent pas du soleil, mais de la lumière seulement, cette affirmation est vérifiée. L’autonomie de la maison en électricité est pour l’heure assurée.

(Coût de l’opération : environ 11 500€ mais autonomie totale)

http://reflets.info/diy-de-maison-bioclimatique-autonomie-solaire-electrique-effective/