Comment le système est dimensionné
Tout part de l’énergie journalière : la puissance de chaque charge multipliée par ses heures de fonctionnement. Les charges sur l’onduleur comptent un peu plus à cause de ses pertes, et sa consommation à vide s’additionne sur 24 heures. La batterie doit couvrir cette énergie pendant les jours sans soleil choisis, en n’utilisant que la part de sa capacité qu’elle peut fournir sans dommage. Les panneaux doivent restituer la même énergie lors d’une journée moyenne du mois le plus défavorable, après pertes.
E_jour = Σ (W × h) + charges CA ÷ rendement onduleur + conso. à vide onduleur × 24 h batterie = E_jour × jours d’autonomie ÷ profondeur utilisable (Wh, puis ÷ V pour les Ah) panneaux = E_jour ÷ rendement de charge ÷ (heures de soleil × (1 − pertes) × facteur régulateur) × (1 + marge) MPPT = watts des panneaux ÷ tension de la batterie (A)
Heures de plein soleil : le chiffre qui compte le plus
Les heures de plein soleil sont l’énergie solaire journalière reçue par le panneau, exprimée en heures d’ensoleillement à 1 000 W/m². 3 heures de plein soleil signifient que le panneau collecte autant qu’en 3 heures à son irradiance nominale, réparties sur toute la journée. La valeur varie beaucoup selon la saison et la latitude : en hiver, elle peut descendre sous 2 heures en Europe centrale et du Nord, alors qu’en été elle atteint souvent 5 à 6.
Dimensionnez pour le mois le plus défavorable que le système doit couvrir. Pour un chalet utilisé l’été, ce peut être septembre ; pour une station de capteurs qui doit fonctionner toute l’année, décembre. PVGIS, de la Commission européenne, et PVWatts, du département de l’Énergie des États-Unis, couvrent la majeure partie du monde et donnent des valeurs mensuelles pour votre emplacement exact et l’inclinaison de votre panneau.
LiFePO4 ou plomb
Une batterie LiFePO4 peut fournir 80 % ou plus de sa capacité nominale pendant des milliers de cycles, alors que les batteries au plomb durent beaucoup plus longtemps si elles descendent rarement sous 50 %. C’est pourquoi un parc au plomb doit avoir une capacité nominale d’environ 1,6 fois celle d’un parc LiFePO4 pour la même énergie utilisable. Le plomb garde deux avantages : il coûte moins cher à l’achat et il peut être chargé sous zéro, ce que la LiFePO4 ne permet pas.
MPPT ou PWM
Un régulateur PWM relie le panneau directement à la batterie : un panneau 36 cellules travaille alors vers 13 V au lieu des 18 V de son point de puissance maximale et peut perdre jusqu’à environ un quart de sa production. Un régulateur MPPT abaisse la tension plus élevée du panneau à celle de la batterie et en conserve presque toute l’énergie. Le PWM convient encore pour un seul petit panneau ; au-delà d’environ 200 W, ou avec des panneaux de 60 et 72 cellules, le MPPT est vite rentabilisé.
Consommation typique des charges courantes
| Charge | Puissance | Heures par jour | Énergie par jour | Alimentation |
|---|---|---|---|---|
| Routeur 4G | 6 W | 24 h | 144 Wh | CC |
| Caméra IP | 4 W | 24 h | 96 Wh | CC |
| Lampe LED | 5 W | 4 h | 20 Wh | CC |
| Raspberry Pi 4 | 3,5 W | 24 h | 84 Wh | CC |
| Carte ESP32, Wi-Fi toujours actif | 0,5 W | 24 h | 12 Wh | CC |
| Passerelle LoRaWAN | 4 W | 24 h | 96 Wh | CC |
| Frigo à compresseur 12 V (moyenne) | 15 W | 24 h | 360 Wh | CC |
| Pompe à eau 12 V | 60 W | 0,5 h | 30 Wh | CC |
| Charge du téléphone | 10 W | 2 h | 20 Wh | CC |
| Chargeur d’ordinateur portable | 45 W | 3 h | 135 Wh | CA (onduleur) |
| Routeur Wi-Fi sur son adaptateur secteur | 8 W | 24 h | 192 Wh | CA (onduleur) |
| Téléviseur | 40 W | 3 h | 120 Wh | CA (onduleur) |
Valeurs typiques. Lisez l’étiquette de vos appareils ou mesurez-les avec un wattmètre pour courant continu, car la consommation varie beaucoup d’un modèle à l’autre.
Questions fréquentes
Combien de panneaux solaires faut-il pour mes charges ?
Additionnez les wattheures journaliers de vos charges et divisez par les heures de plein soleil du mois le plus défavorable à couvrir, puis comptez environ 20 % de pertes et un peu de marge. Par exemple, 260 Wh par jour avec 3 heures de soleil demandent environ 150 W de panneaux avec un régulateur MPPT, soit en pratique deux panneaux de 100 W.
Quelle capacité de batterie pour une installation autonome ?
Multipliez votre consommation journalière par les jours d’autonomie voulus, puis divisez par la profondeur de décharge utilisable. 260 Wh par jour pendant 2 jours sur une LiFePO4 utilisable à 80 % demandent 650 Wh, soit environ 54 Ah en 12 V. Le même système au plomb à 50 % demande environ 87 Ah.
Régulateur de charge MPPT ou PWM : lequel choisir ?
MPPT pour la plupart des installations : il peut récupérer jusqu’à environ un quart d’énergie en plus avec les mêmes panneaux, et il fonctionne aussi avec des panneaux de tension plus élevée, tant qu’ils restent dans la limite d’entrée du régulateur. Le PWM n’a de sens que pour un seul petit panneau 36 cellules sur une batterie 12 V, où le prix plus bas compense l’énergie perdue.
Que sont les heures de plein soleil ?
Elles représentent l’énergie solaire journalière reçue par le panneau, en kWh par mètre carré, exprimée en heures de plein soleil à 1 000 W/m². Elles dépendent du lieu, de la saison et de l’inclinaison du panneau, et c’est la donnée la plus importante pour dimensionner les panneaux.
Pourquoi l’onduleur consomme-t-il autant d’énergie ?
Un onduleur consomme tant qu’il est allumé, même sans rien de branché. Un petit modèle de 8 W consomme 192 Wh par jour, parfois plus que les charges qu’il alimente. Alimentez les petites charges en courant continu avec des adaptateurs 12 V et éteignez l’onduleur quand vous n’en avez pas besoin.
Puis-je utiliser une batterie 24 V au lieu de 12 V ?
Oui, et au-delà d’environ 1 kW de panneaux ou d’onduleur, c’est le meilleur choix : le courant est divisé par deux, donc les câbles, les fusibles et le régulateur peuvent être plus petits. L’énergie en wattheures reste la même : une batterie 24 V a donc besoin de deux fois moins d’ampères-heures qu’une batterie 12 V.