Installation solaire 12 V pour camping-car, fourgon ou chalet : dimensionnement, matériel et câblage

Comment s’organise une installation 12 V

Toute installation autonome en 12 V repose sur quelques éléments, toujours les mêmes. Les panneaux et l’alternateur chargent une batterie, chacun par son propre chargeur ; tout ce que vous utilisez puise dans la batterie, directement en 12 V ou par un convertisseur ; et chaque câble qui part de la batterie a son fusible.

Les éléments de l’exemple ; chaque partie ci-dessous explique comment ils ont été dimensionnés.

Tout part du bilan énergétique

Tout se dimensionne à partir d’un seul chiffre : les wattheures (Wh) consommés en une journée, soit la puissance de chaque charge multipliée par ses heures de fonctionnement. Un frigo à compresseur ne tourne pas en permanence : comptez sa consommation moyenne sur la journée, pas la puissance inscrite sur l’étiquette ; cette moyenne grimpe nettement par forte chaleur. Un wattmètre pour courant continu, ou le moniteur de batterie décrit plus bas, vous dit ce que vos appareils consomment vraiment.

Le frigo, la pompe et le téléphone reprennent les valeurs proposées par le calculateur solaire autonome ; remplacez chaque ligne par vos propres valeurs.

L’ordinateur portable se recharge sur un chargeur USB-C 12 V plutôt que par le convertisseur : comme le montre la partie sur le convertisseur, cela suffit à économiser plus d’énergie que n’en consomment l’éclairage et la pompe réunis.

Le calculateur solaire autonome avec ces six charges, 1,5 jour d’autonomie, 4 heures de plein soleil et des panneaux de 200 W : les chiffres de ce guide.Ouvrir l’exemple dans le calculateur

Dimensionner la batterie

La batterie doit couvrir le nombre de jours sans soleil que vous voulez tenir en autonomie, en n’utilisant que la part de sa capacité qu’elle peut fournir sans s’abîmer. Pour un fourgon qui se recharge aussi en roulant, un ou deux jours suffisent ; un chalet occupé toute l’année en demande en général deux ou trois. Avec 633 Wh par jour, 1,5 jour et une LiFePO4 utilisable à 80 %, le calculateur demande 1,2 kWh, soit 99 Ah en 12 V : une batterie LiFePO4 de 100 Ah.

LiFePO4 ou AGM ?

• La LiFePO4 restitue 80 % ou plus de sa capacité pendant des milliers de cycles et pèse beaucoup moins lourd. Le même exemple en AGM, utilisable à 50 % avec un rendement de charge de 85 %, demande environ 158 Ah. Notre comparatif LiFePO4 et AGM entre dans le détail.
• L’AGM coûte moins cher à l’achat et se recharge même sous zéro ; elle dure bien plus longtemps si elle descend rarement sous la moitié de sa charge.
• Le froid. Les cellules lithium ne doivent pas être chargées sous zéro : le manuel des régulateurs Victron prévient que les batteries lithium risquent d’être endommagées si on les charge sous 5 °C, et la batterie Lithium NG de Victron n’accepte la charge qu’entre +5 et +50 °C. Les décharger au froid ne pose pas de problème. Si votre batterie est exposée au gel, choisissez-la avec une protection contre la charge à basse température ou un chauffage intégré.

D’après la page produit ou la datasheet de chaque fabricant. Les batteries Victron Lithium Smart et Lithium NG exigent un BMS externe : ne les achetez pas sans. Sur toute batterie, comparez le courant du BMS à votre plus grosse charge (un convertisseur peut demander 100 A), et vérifiez les tensions de charge et la protection contre le froid.

Pour lire la charge d’après la tension, utilisez notre tableau de tension LiFePO4 12 V, mais n’en attendez pas trop : au repos, une LiFePO4 12 V affiche entre 12,8 et 13,4 V environ de 20 à 90 % de charge. D’où l’intérêt d’un moniteur de batterie.

Panneaux et heures de plein soleil

Les heures de plein soleil sont l’énergie solaire de la journée reçue par le panneau, en kWh/m², exprimée en heures d’ensoleillement à 1 000 W/m². Elles dépendent de la saison, de la latitude et de l’inclinaison du panneau, et comptent plus que toute autre donnée. Comme le rappelle notre calculateur solaire autonome, en hiver elles peuvent descendre sous 2 heures en Europe centrale et du Nord, alors qu’en été elles atteignent souvent 5 à 6.

• Dimensionnez sur le mois le plus défavorable à couvrir. Pour un fourgon utilisé de mai à septembre, c’est le plus faible de ces mois ; pour un chalet occupé toute l’année, c’est décembre.
• À plat ou incliné. Des panneaux posés à plat sur le toit d’un fourgon captent en hiver bien moins que des panneaux inclinés vers le soleil sur un chalet. Pendant les mois froids, une forte inclinaison (autour de la latitude ou plus) aide aussi la neige à glisser.
• Cherchez la valeur de votre région. Dans PVGIS, ouvrez les données mensuelles, choisissez le lieu et cochez l’irradiation horizontale pour un toit plat, ou l’irradiation à l’inclinaison de vos panneaux pour un chalet ; divisez les kWh/m² de chaque mois par son nombre de jours.

Pour notre fourgon, nous partons sur 4 heures de plein soleil : vérifiez-le pour les mois où vous voyagez. Le calculateur demande alors au moins 274 W, en tenant compte de 20 % de pertes, du rendement de 95 % du régulateur et de 25 % de marge pour recharger après les jours gris. Deux panneaux de 200 W donnent 400 W, qui récoltent environ 1,2 kWh dans une telle journée et refont le plein de la batterie environ 1,8 jour après un jour et demi sans soleil. Avec 1,5 heure, soit un toit plat en hiver, les mêmes charges demanderaient 800 W (voir le calcul) : plus que ce que peut accueillir un toit de fourgon, d’où la recharge par l’alternateur sur les véhicules.

Série ou parallèle, et ombres

• En série, les tensions s’additionnent et le courant reste celui d’un panneau : câble plus fin depuis le toit et la tension qu’aiment les régulateurs MPPT. Mais l’ombre sur un panneau fait chuter toute la chaîne, ce que seules les diodes de dérivation des panneaux atténuent.
• En parallèle, les courants s’additionnent : chaque panneau travaille de son côté, ce qui convient aux toits où un lanterneau, une galerie ou un arbre fait de l’ombre à un panneau. En revanche, le câble transporte deux fois plus de courant.
• Fusibles en parallèle. La datasheet de chaque panneau indique le calibre maximal du fusible en série : 20 A pour le Renogy RSP200D, dont le courant de court-circuit est de 11,05 A. Avec deux panneaux en parallèle, un panneau défaillant ne peut recevoir que le courant de l’autre, moins de 20 A ; avec trois, il peut en recevoir 22,1 A, et chaque panneau doit alors avoir son fusible.

D’après les datasheets des fabricants. Sur tout panneau, vérifiez Voc, Isc, le coefficient de température de la Voc et le calibre maximal du fusible en série, et mesurez votre toit avant d’acheter.

MPPT ou PWM, et dimensionner le régulateur

Un régulateur PWM relie le panneau directement à la batterie : un panneau prévu pour environ 18 V travaille près des 13 V de la batterie et perd jusqu’à environ un quart de sa puissance. Un MPPT abaisse cette tension plus élevée et conserve presque toute la puissance. Le PWM convient à un petit panneau ; pour une installation comme la nôtre, le MPPT est vite rentabilisé.

Le courant

Le calculateur divise les 400 W des panneaux par 12 V, soit 33,3 A, et arrondit à un régulateur de 40 A. En pratique, la batterie se charge à 13 V ou plus : 400 W donnent au plus environ 31 A, et un régulateur prévu au moins pour ce courant et pour 400 W en 12 V fait l’affaire. Les datasheets Victron indiquent que si l’on branche davantage de puissance photovoltaïque, le régulateur limite sa puissance d’entrée : un modèle un peu plus petit ne fait qu’écrêter la production aux heures les plus ensoleillées.

La tension : la vérification par grand froid

La tension à vide (Voc) d’un panneau monte quand il fait froid, et elle culmine par un lever de soleil glacial, avant que la charge ne la fasse baisser. Deux RSP200D en série donnent 46 V à 25 °C ; avec −0,28 % par °C, à −10 °C cela fait 50,5 V. Le manuel Victron conseille 10 % de marge supplémentaire en climat froid : 55,6 V, bien en deçà de la limite d’un régulateur de 75 ou de 100 V. Un troisième panneau en série atteindrait 75,8 V à −10 °C (69 V à 25 °C), au-delà de la limite d’un régulateur de 75 V, et Victron précise que les dégâts dus à une tension PV trop élevée ne sont pas couverts par la garantie. Prenez la température la plus basse à laquelle vous pouvez vous attendre : en montagne, −10 °C ne suffit pas.

Voc(froid) = Voc × panneaux en série × (1 + coefficient × (25 °C − température minimale))
2 × 23,0 V × (1 + 0,0028 × 35) = 50,5 V

Les panneaux doivent aussi faire démarrer le régulateur : les MPPT Victron démarrent quand la tension PV dépasse de 5 V celle de la batterie, puis fonctionnent jusqu’à 1 V au-dessus. Deux panneaux 12 V en série sont largement au-dessus ; un seul suffit par bon ensoleillement.

D’après les datasheets des fabricants. Pour un seul panneau de 200 W, le Victron 100/20 (20 A, 290 W en 12 V) suffit ; le 75/15 est donné pour 15 A et 220 W. Sur tout régulateur, vérifiez : courant ≥ watts des panneaux ÷ 13 V, tension PV maximale ≥ Voc par grand froid plus 10 %, un profil LiFePO4 aux tensions réglables, et un moyen de ne pas charger sous zéro (sonde de température ou liaison avec le BMS de la batterie).

Câbles, fusibles et sectionneurs

Les câbles trop fins gaspillent de l’énergie en chaleur et trompent le régulateur, qui mesure la batterie à travers eux. Wiring Unlimited de Victron conseille de rester sous 2,5 % de chute de tension ; notre calculateur de section de câble part de 3 % et vérifie aussi le câble par rapport à son fusible. Pour les 40 A du régulateur sur 1,5 m, il indique 10 mm² (1,7 % de chute) avec un fusible de 50 à 60 A : le 6 mm² suffirait pour la chute de tension, mais pas pour un fusible de 50 A.

Du régulateur à la batterie : 40 A, 1,5 m, 3 % de chute.Ouvrir le calculateur de câble

Le câble du toit transporte les 10,42 A de la chaîne sous 38,4 V, il peut donc être fin : pour 5 m, le calculateur indique 2,5 mm² avec 1,9 % de chute (vérifier). Les rallonges solaires à connecteurs MC4 sont de toute façon en général d’une section supérieure ; Victron rappelle que les MC4 acceptent du câble solaire de 4 ou 6 mm². Pour des panneaux portables que l’on sort et que l’on branche, les connecteurs Anderson Powerpole sont un choix courant.

Les fusibles à la batterie

Chaque câble positif qui part de la batterie ou de la barre reçoit un fusible à cette extrémité, calibré d’après le câble, afin qu’un court-circuit n’importe où sur sa longueur le fasse fondre. Avec le lithium, Victron exige en plus qu’au moins un fusible ait un pouvoir de coupure au moins égal au courant de court-circuit de la batterie : demandez ce chiffre au fabricant de la batterie.

Plages tirées de Wiring Unlimited de Victron, avec la datasheet des MEGA de Littelfuse et le porte-fusible MRBF de Blue Sea Systems. Réservez les fusibles à lame aux petites dérivations, dans une boîte à fusibles en aval.

Sectionneurs

• Sectionneur côté panneaux. Le manuel Victron demande un moyen de déconnecter tous les conducteurs actifs du champ photovoltaïque. Prenez un interrupteur ou un disjoncteur prévu pour le courant continu, la Voc par grand froid et le courant des panneaux, pas un composant pour l’alternatif.
• Coupe-batterie. Un interrupteur sur le positif permet de travailler en sécurité ; Victron recommande de ne sectionner que le positif. Son Battery Switch est donné pour 275 A en continu jusqu’à 60 V. Sans interrupteur, retirez le fusible principal.
• L’ordre. Branchez au régulateur d’abord la batterie, puis les panneaux : les MPPT Victron détectent la tension de l’installation à partir de la batterie.

Recharger par l’alternateur : le chargeur DC-DC

Coupler les deux batteries par un relais (le classique coupleur-séparateur) marchait avec le plomb sur les véhicules plus anciens. Avec une LiFePO4, non : sa faible résistance interne lui fait absorber tout le courant que l’alternateur peut fournir, aussi longtemps qu’il le peut, et la tension de charge est celle du véhicule, pas celle de la batterie. Un chargeur DC-DC limite le courant et applique le profil de charge de la batterie cellule.

Beaucoup de véhicules récents (les Euro 6, comme le dit le manuel Victron) ont un alternateur intelligent qui fait varier sa tension et se coupe quand le moteur n’en a pas besoin. Un DC-DC s’en accommode s’il sait quand le moteur tourne : l’Orion-Tr Smart de Victron le détecte d’après la tension (démarrage à 14 V, arrêt à 13,1 V dans son réglage pour alternateur intelligent), le DCC30S de Renogy utilise un fil relié au signal d’allumage (+APC). Avant de brancher quoi que ce soit, renseignez-vous sur la gestion de l’alternateur de votre véhicule.

D’après les pages et les manuels des fabricants. Sur tout DC-DC, comparez le courant à ce que votre alternateur peut céder, et vérifiez le profil LiFePO4, la compatibilité avec les alternateurs intelligents, ainsi que le fusible et le câble d’entrée demandés par le fabricant.

Le câble d’entrée du DC-DC est le plus gros : 360 W en sortie à 87 % font environ 414 W en entrée, quelque 33 A tirés de la batterie moteur. Sur 5 m, le calculateur indique 16 mm² avec un fusible de 50 à 80 A, comme le tableau de Victron (16 mm², 60 A).

Entrée du DC-DC : 33 A sur 5 m.Vérifier le câble

Batterie gelée. La documentation de ces chargeurs DC-DC ne mentionne aucune coupure liée à la température de la batterie : avec une batterie qui peut geler, l’alternateur la chargerait gelée pendant que vous roulez. Prenez une batterie qui bloque la charge au froid ou se réchauffe seule (les Renogy Pro chauffantes, la SuperPack NG de Victron), ou faites couper le chargeur par un dispositif qui mesure la température : l’Orion-Tr Smart a une entrée de marche-arrêt à distance qui peut servir à cela.

Le convertisseur : pur sinus, consommation à vide et pointes

Le convertisseur (ou onduleur) transforme le 12 V en alternatif semblable à celui du secteur. Choisissez-le en pur sinus : sa tension a la même forme que celle du réseau, pour laquelle les appareils sont conçus. Dimensionnez-le ensuite sur deux chiffres : la puissance continue de tout ce qui fonctionne en même temps, et la pointe au démarrage des moteurs et des compresseurs. Puis regardez un troisième chiffre : la consommation à vide.

La consommation à vide est celle qu’on oublie. Le Phoenix 12/500 de Victron consomme 6,0 W sans charge, 144 Wh par jour s’il reste allumé : trois fois notre routeur. Rechargez l’ordinateur par le convertisseur plutôt que par le chargeur USB-C, et la consommation journalière passe à 792 Wh, la batterie à 124 Ah (voir dans le calculateur). En mode ECO (1,0 W, il se réveille quand une charge apparaît), on arrive à 672 Wh et 105 Ah. Mieux encore : faites tourner en 12 V tout ce qui peut l’être, et éteignez le convertisseur.

D’après les datasheets des fabricants. Sur tout convertisseur, vérifiez la puissance continue à votre température (celle des Victron baisse à 40 °C), la pointe, la consommation à vide, la tension de sortie de votre pays, et le câble et le fusible côté batterie demandés par le manuel.

Le câble du convertisseur porte le plus fort courant de l’installation : une charge de 1 000 W, c’est près de 100 A en 12 V. Suivez le manuel (pour le 12/500, Victron demande 6 mm² jusqu’à 1,5 m, 10 mm² jusqu’à 3 m, et un fusible supplémentaire près de la batterie au-delà de 1,5 m) et vérifiez que le BMS de la batterie accepte ce courant.

Le moniteur de batterie

La tension au repos d’une LiFePO4 bouge à peine entre 20 et 90 % : un voltmètre ne vous donne pas la charge. Un moniteur à shunt compte chaque ampère-heure qui entre et qui sort. Le shunt se place sur le négatif : seul le shunt est relié à la borne négative de la batterie, et tous les autres négatifs arrivent de l’autre côté du shunt, comme sur le schéma plus haut.

D’après les pages des fabricants. Vérifiez que le shunt supporte plus que votre courant maximal et que rien ne le contourne.

L’exemple, élément par élément

Dans les calculateurs : exemple solaire autonome, câble du régulateur, câble du DC-DC, câble du toit.

Une version entrée de gamme de l’exemple pourrait associer une LiTime de 100 Ah, deux panneaux RSP200D, un EPEver Tracer4210AN et le moniteur Renogy ; une version haut de gamme, la SuperPack NG, le SmartSolar 100/50 et l’Orion-Tr Smart 12/12-30 de Victron : la SuperPack NG intègre déjà un BMS et un moniteur de batterie, le SmartShunt y est donc facultatif. La version entrée de gamme, elle, n’a aucune coupure de charge au froid (ce modèle LiTime n’en a pas et EPEver n’en mentionne aucune) : si la batterie risque de geler, prenez la LiTime chauffante ou une autre batterie protégée contre le froid. Mélanger les marques fonctionne, à condition que chaque chargeur soit réglé sur les tensions de charge de la batterie. Les chiffres du calculateur sont un minimum : un panneau de plus ou une batterie de 150 Ah coûtent moins cher que la panne.

Sécurité

• Fixez la batterie. Dans un véhicule, elle doit rester en place même en cas d’accident : utilisez les points de fixation du fabricant ou un bac sanglé.
• Sertissez, ne torsadez pas. Des cosses de la bonne taille, serties avec la bonne pince, et les bornes serrées au couple indiqué par le manuel. Une cosse desserrée chauffe.
• Protégez les câbles. Passe-fils là où ils traversent la tôle, pas d’arêtes vives, et la traversée de toit étanche.
• Le côté 230 V. La sortie d’un convertisseur est aussi dangereuse qu’une prise murale. Dans un véhicule, renseignez-vous sur les règles locales et auprès de votre assureur avant de modifier l’installation électrique ; dans un bâtiment, faites réaliser ou contrôler le câblage fixe en alternatif par un électricien qualifié lorsque la réglementation l’exige.
• Froid et chaleur. Pas de charge du lithium sous zéro sans protection ; batterie et régulateur ventilés et loin de la chaleur du moteur.
• Un fusible par batterie. Avec plusieurs batteries en parallèle, chacune a son propre fusible, pour qu’un défaut sur l’une ne soit pas alimenté par les autres.
• Préchargez le convertisseur. Ses condensateurs d’entrée absorbent un fort appel de courant au premier branchement : sur une batterie lithium, cela peut provoquer un arc sur la borne ou déclencher le BMS. Chargez-les d’abord quelques secondes à travers une résistance, puis faites le raccordement définitif.
• L’AGM aussi. Une batterie AGM est étanche, mais ventilez-la quand même, et ne la chargez jamais gelée.

Erreurs fréquentes

• Dimensionner les panneaux sur juillet et s’étonner que la batterie soit vide en octobre.
• Un régulateur de 75 V avec trois panneaux 12 V en série : la tension passe à 25 °C, mais dépasse la limite un matin de gel.
• Laisser le convertisseur allumé pour une petite charge : sa consommation à vide peut dépasser la charge.
• Des fusibles choisis pour l’appareil et non pour le câble, ou posés au mauvais bout.
• Un relais entre la batterie du véhicule et une LiFePO4 au lieu d’un chargeur DC-DC.
• Des négatifs branchés directement sur la batterie, en contournant le shunt : le moniteur ne voit pas ce courant.
• Se fier à la tension pour connaître la charge d’une LiFePO4.