Solaire en site isolé

Sans réseau, vous êtes le réseau

Sur le réseau public, la production suit la consommation : vous allumez, la centrale fournit, et personne ne vous demande votre avis. En site isolé, c'est exactement l'inverse ; c'est la consommation qui doit suivre la production.
Imaginez une citerne d'eau de pluie. Le toit la remplit quand il pleut, le robinet la vide quand vous ouvrez. Si vous ouvrez plus souvent que le ciel ne donne, la citerne se vide, et aucune conduite de ville ne vient prendre le relais. Une installation autonome, c'est cette citerne, avec des wattheuresWh : de l'énergie, pas de la puissance. 100 W pendant 3 h font 300 Wh. à la place des litres.

Ce que fait chaque maillon :

Le panneau produit quand il y a du soleil, et seulement là. Le régulateur de chargeIl dose ce qui entre dans la batterie et la protège de la surcharge. Un MPPT tire davantage d'un même panneau qu'un simple PWM : c'est tout le chapitre suivant. dose ce qui entre dans la batterie. La batterie encaisse le décalage entre midi et minuit : c'est elle, et pas le panneau, qui alimente votre soirée. Enfin le convertisseurAussi appelé onduleur autonome : il fabrique lui-même sa tension et sa fréquence, contrairement à l'onduleur raccordé au réseau, qui se contente de suivre celle du réseau. fabrique du 230 V pour les appareils qui l'exigent ; tout ce qui peut rester en 12 ou 24 V a intérêt à y rester, car chaque conversion coûte.
Ce type d'installation a d'ailleurs son propre cadre, le guide UTE C 15-712-2Installations photovoltaïques autonomes avec stockage par batterie. Distinct du 15-712-1, qui vise les installations raccordées au réseau..

On ne raisonne plus en watts :

Ici, la bonne unité n'est ni le watt ni le kWc, c'est le wattheure par jour. Un réfrigérateur affiché 100 W ne consomme pas 100 W dans la journée : il consomme ce que tire son compresseur, multiplié par le temps où il tourne réellement. Si les Ah, les Wh et leur conversion par la tension ne vous parlent pas encore, faites un détour par le cours Puissance et énergie avant d'aller plus loin.

Compter avant d'acheter

Le bilan de consommation est la seule étape que personne ne peut faire à votre place : elle dépend de votre maison, de vos horaires et de vos habitudes. Un vendeur qui vous propose une puissance de panneaux sans avoir posé la question ne dimensionne pas, il devine.
La méthode tient en une ligne, appliquée appareil par appareil : puissance réelle × temps de marche réel = wattheures par jour. Puis on additionne. Voici une petite kaz isolée, entièrement en LED.

Les postes qu'on oublie toujours :

Regardez le graphique : l'éclairage, celui dont tout le monde parle en premier, arrive cinquième. Le réfrigérateur pèse à lui seul plus du tiers de la journée, parce qu'il travaille aussi la nuit, quand les panneaux dorment.
Et juste derrière lui, une surprise : la box. Dix watts de rien du tout, mais vingt-quatre heures sur vingt-quatre ; elle passe devant la pompe à eau et devant tout l'éclairage de la maison. Si la fibre ne monte pas jusqu'à chez vous, le routeur 4G reste le plus sobre ; en revanche l'internet par satelliteLes paraboles en orbite basse consomment 40 à 60 W en moyenne, jour et nuit : environ 1 200 Wh par jour, soit presque le budget complet de cette maison. À prévoir dès le bilan, jamais après. joue dans une tout autre catégorie et doit entrer dans le bilan dès le départ. Ajoutez les veillesUn convertisseur laissé sous tension consomme de 5 à 20 W à vide, même sans rien alimenter derrière. Un interrupteur général, et la nuit coûte moins cher., et vous avez trois postes permanents qui tournent pendant que vous dormez.
Méfiez-vous enfin des puissances lues sur les étiquettes : elles annoncent souvent le maximum, pas l'usage courant. Le plus sûr reste de mesurer : un wattmètre de prise vous donne l'énergie réellement consommée sur 24 h, sans supposition.
Ce total de 1 346 Wh, c'est ce qui sort des prises. Ce qu'il faut produire est nettement plus élevé : entre le panneau et l'ampoule, chaque maillon prélève sa part. C'est l'objet de l'écran suivant.

Ce qui arrive vraiment à la prise

Les 1 346 Wh de l'écran précédent, c'est ce que vos appareils réclament. Ce n'est pas ce que vos panneaux doivent produire : entre le module et l'ampoule, il y a quatre péages, et chacun prélève sa part au passage. On remonte donc la chaîne à l'envers, du besoin vers la production.

Qui prélève quoi :

Les câbles coûtent environ 3%, et bien davantage si les sections sont calculées au plus juste : en basse tension continue, la chute de tension est féroce, on y revient au dernier chapitre. Le régulateur MPPT en prend 3% de plus, honnête pour ce qu'il fait gagner par ailleurs ; un simple PWM change complètement ce bilan, ce sera tout le sujet du chapitre suivant.
Le gros péage, c'est la batterie : environ 15% chez un plomb, sous forme de chaleur et de gazageUne partie du courant de charge ne stocke rien : elle décompose l'électrolyte. C'est le rendement dit faradique, et il se dégrade quand la batterie vieillit.. Un lithium LFPLithium-Fer-Phosphate. Rendement aller-retour de 92 à 96%, contre 80 à 85% pour un plomb : sur dix ans, cet écart rembourse une bonne part de son prix d'achat. tombe à 5%, et c'est l'un des endroits où il rembourse sa différence de prix.
Reste le convertisseur : 90% quand il travaille dans sa plage, beaucoup moins en dehors. Tout ce qui peut rester en 12 ou 24 V (éclairage, pompe, box, recharges) lui échappe, et échappe du même coup à l'un des deux plus gros péages.Une remarque d'honnêteté sur ce calcul : il applique tous les péages à toute l'énergie, comme si chaque wattheure dormait d'abord dans la batterieEn réalité, ce qui est consommé pendant que le soleil brille ne fait que traverser : il ne subit ni le stockage ni son rendement.. C'est volontairement pessimiste, et c'est la bonne façon de dimensionner en site isolé, où l'essentiel de la consommation tombe le soir. Mais vous pouvez retourner l'argument à votre avantage : tout ce que vous déplacez en plein midi (lave-linge, pompe, chauffe-eau, recharge d'outillage) saute le péage de la batterie et arrive à 85% au lieu de 72%.
Il faut donc produire 1 870 Wh chaque jour. Reste la question qui décide de la surface de toiture : combien d'heures de vrai soleil peut-on compter, et surtout, combien en restera-t-il au pire mois de l'année ?

Combien d'heures de vrai soleil ?

On ne compte pas les heures pendant lesquelles le soleil est levé : à 8 h du matin, un panneau ne donne qu’une fraction de ce qu’il sait faire. On compte des heures équivalentes à pleine puissance.
L’astuce est jolie : l’ensoleillement reçu dans la journée se mesure en kWh par mètre carré, et comme l’étiquette du panneau est établie sous 1 000 W/m²Les conditions STC : 1 000 W/m², cellule à 25 °C. C’est sous cet éclairement qu’un panneau donne sa puissance crête, ses Wc., ce nombre se lit directement en heures. Une journée à 3,5 kWh/m², c’est 3,5 heures de plein régime ; le reste du temps compte pour rien, ou plutôt, tout ce qui a été grappillé tôt le matin et tard le soir est déjà dedans.Regardez la courbe : le soleil se lève, la production monte, un nuage passe en début d’après-midi, puis tout retombe. Le rectangle en pointillé contient exactement la même énergie, mais ramassée en 3,5 heures de pleine puissance. Un panneau de 400 Wc, ce jour-là, aura produit 400 × 3,5 = 1 400 Wh avant pertes.

Le mois qui commande

C’est ici que le site isolé se sépare des installations raccordées. Un toit relié au réseau peut se contenter d’une moyenne annuelle : les mois creux sont couverts par le réseau, et l’excédent d’été rattrape le reste. Vous, vous n’avez personne pour rattraper quoi que ce soit. Vous dimensionnez sur le mois le plus défavorable, celui où le soleil donne le moins, et tant pis si vous êtes large en janvier.
Sous nos latitudes, l’écart entre micro-climats est énorme : une pente sèche de l’ouest et une côte au ventDeux communes distantes de vingt kilomètres peuvent différer de plus d’une heure équivalente par jour. La moyenne d’une île ne veut rien dire pour votre toit. ne jouent pas dans le même monde. Ne vous fiez donc à aucune valeur générale, allez chercher vos propres chiffres, mois par moisL’outil PVGIS de la Commission européenne couvre La Réunion : vous saisissez vos coordonnées, votre inclinaison et votre orientation, il vous rend l’irradiation mois par mois. Gratuit, et c’est la même source que celle des bureaux d’études. pour l’endroit exact où les panneaux seront posés.

Et chez nous, plein nord

Dans l’hémisphère sud, le soleil passe au nord à midi. Les panneaux regardent donc le nord, et non le sud comme le répètent les tutoriels recopiés d’Europe : c’est l’erreur la plus coûteuse qu’on puisse faire, et elle se voit dès la première facture d’énergie manquante.
L’inclinaison, elle, tourne autour de la latitude du lieuEnviron 21° à La Réunion. En site isolé, incliner un peu plus favorise l’hiver austral, quand le soleil est plus bas : on perd un peu en été, où l’on est de toute façon excédentaire., mais en réalité c’est souvent la pente du toit qui décide. Ce n’est pas grave : quelques degrés d’écart coûtent peu. En revanche, en zone cyclonique, la fixation prime sur l’optimisation ; un panneau parfaitement orienté qui part au vent ne produit plus rien du tout.Une précision, car deux rendements se suivent et pourraient sembler comptés deux fois : le 0,72 de l’écran précédent couvre tout ce qui vient après le panneau : câbles, régulateur, batterie, convertisseur. Le 0,85 ci-dessus couvre ce qui se passe dans le panneau : la chaleurUne cellule à 60 °C sous le soleil perd de la tension, donc de la puissance. C’est la première des pertes, et la plus sous-estimée sous les tropiques., la poussière, le vieillissement, l’écart aux conditions d’étiquette. Aucun des deux ne fait le travail de l’autre.
Vous savez maintenant quoi consommer, quoi produire et avec quelle surface. Reste le boîtier placé entre les deux, celui qui décide de ce que vous récupérez vraiment de vos panneaux : le régulateur de charge. C’est tout le chapitre suivant.