Remorque génératrice solaire - Système électrique

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Dernière modification le 07/09/2022

Difficulté

Medium Moyen

Durée

3 day(s) jour(s)

Coût

3000 EUR (€)

Description

Ce tutoriel présente le dimensionnement et la construction du système électrique d'un générateur solaire (1kWc) déplaçable à vélo. Cette structure a été conçue pour s'adapter sur la CHARRETTE, une remorque assistée conçue par l'association Véloma et dont les plans sont disponibles librement.

Sommaire

générateur, remorque, remorque solaire, générateur mobile, panneaux solaires, photovoltaique, seconde main

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Matériaux

Quantité	Désignation	Prix matériel neuf	Prix matériel projet (don/occasion/récupération)
3	Panneau solaire Peimar 330W	500	105
1	Onduleur Victron EnergyPhoenix 24V / 1200VA	503	200
1	Régulateur de charge MPPT Schneider Electric Conext 60A / 150V	650	0
12	Batterie de traction Hawker4PzS240 - 2V 240Ah	1980	650
1	Contrôleur batterie Victron Energy BMV700 + câble serti + support mural + VE Direct Bluetooth Smart Dongle	250	250
1	Fusible MEGA-Fuse 125A / 32V (x5) + Porte fusible MEGA Victron Energy	33	33
1	Disjoncteur Schneider Electric C120N 125A	320	0
2	Disjoncteur Schneider Electric iC60N 63A	25	0
1	Disjoncteur Schneider Electric Resi9 10A	15	0
1	Disjoncteur différentiel Schneider Electric 30mA / 40A	90	0
16m	Câble solaire rouge / noir 1x4mm² avec connecteur MC4	24	0
1	Connecteur MC4 mâle	4	0
1	Connecteur MC4 femelle	4	0
6m	Câble rouge / bleu / vert-jaune 1x16mm²	16	16
6	Cosse tubulaire batterie 16mm²-12	4	4
2	Cosse tubulaire batterie 35mm² - 10	2,6	2,6
6	Presse étoupe PG16 Grise + Rondelle	11,5	11,5
6	Presse étoupe PG11 Grise + Rondelle	9,5	9,5
1	Bloc multiprise extérieur IP44	14	14
TOTAL		4442 €	1282 €

Outils

Étape 1 -

Étape 2 - Calculer ses besoins électriques journaliers

Cette étape est la plus importante d'un dimensionnement photovoltaïque autonome. Elle aura une grande influence sur le prix, l'autonomie et la durabilité de l'installation.

Cette étape vous permettra également de voir où se trouvent vos gros postes de consommation électriques et de faire des choix en conséquence (Ex: Un four électrique demande 5000W de puissance. L'énergie électrique est-elle la plus pertinente pour répondre à ce besoin ?)

Il est recommander de ne pas sous-estimer ses besoins et de toujours considérer le cas le plus défavorable !

Exemple: Une journée pluvieuse, pendant un week-end, en hiver. Toute la famille est présente. Les lumières sont allumées 9h par jour. On a envie de manger chaud. Beaucoup d'activités se passent en intérieur.

Plusieurs logiciels peuvent vous aider au dimensionnement d'une installation solaire. Nous avons utilisé le logiciel libre CalcPvAutonome développé par David Mercereau. Une interface dédiée vous permet de calculer vos besoins électriques journaliers. On réalise ce qu'on appelle un audit énergétique (simplifié).

Le principe est simple :

• On détaille tous les équipements utilisés
• On indique leur puissance (en Watt, W)
• On indique leur durée d'utilisation quotidienne(en heure/jour, h/j)
• On précise si certains équipements sont susceptibles de fonctionner simultanément.
• L'outil nous sort une consommation d'énergie quotidienne (en watt heure par jour, W.h/j)

Comment connaitre la puissance d'un équipement ?

• Regarder sur la notice ou sur l'étiquette de l'appareil lui même. Si vous avez seulement la tension U (en Volt, V) et l'intensité I (en Ampère, A), vous pouvez la calculer: P=U x I
• Se procurer un Wattmètre (~10€). Il se branche entre la prise et votre appareil et vous indique précisément sa puissance instantanée

Certains appareil ne consomment pas la même quantité d'énergie en permanence. Par exemple, même si un réfrigérateur est branché en permanence, il ne consomme de l'énergie que lorsque la température intérieure dépasse un certain niveau.

Il existe donc une option pour entrer la consommation d'énergie manuellement. Pour cela, il faut la mesurer ! Brancher un Wattmètre-Consomètre sur l'équipement pendant 1 à 7 jours pour avoir la consommation quotidienne moyenne réelle (voir image).

Dans le cas de notre Festival, on avons ainsi évalué nos besoins électriques (voir image) :

• Besoins électriques journaliers: 4080Wh/j
• Besoin en puissance électrique maximum: 177W
  

Nous avons volontairement choisi de ne pas alimenté des appareils électriques gourmands en énergie par de l'électricité !

>La cuisine (pour 100 personnes) a été réalisé à l'aide d'un réchaud à bois.

> Pour servir des boissons fraiches, nous avons convenu d'un partenariat avec la criée de Concarneau qui produit de la glace en permanence et l'avons stocké dans un congélateur débranché (vs 4800Wh/j). De même, les tireuses à bières sont gelés directement avec de la glace et restent débranchées (vs 5600Wh/j).

Étape 3 - Paramétrages des éléments principaux

Une fois les besoins énergétiques entrés dans CalcPVAutonome, il va falloir entrer quelques paramètres importants pour le dimensionnement.

Paramètres des panneaux solaires (PV):

• L'inclinaison des PV: La position du Soleil dans le ciel varie en fonction des saisons (haut l'été, bas l'hiver). Il est donc recommandé d'adapter la positions de ses PV pour être perpendiculaire aux rayons. En France, on recommande 30° d'inclinaison en été et 60° en hiver.
  • Si les PV sont fixes sur le toit, on recommande la position pendant la période la plus défavorable en production, l'hiver, donc 60°.
  • Pour la remorque, nous avons choisi 30° car son utilisation est plutôt prévue pendant la saison estivale. Mais de toute façon l'angle d'inclinaison est modifiable sur la remorque.
• L'orientation des PV: Il s'agit de déterminer l'angle des PV avec le Soleil. S'ils font face au Sud, on entre 0°. Sinon, voir image.
• Autonomie souhaitée: Vais-je utiliser mes PV toute l'année ou ponctuellement ? Pour la remorque, l'utilisation sera "saisonnière", de Juin à Septembre globalement.
• Technologie de PV: Même si les différences sont minimes entre poly et monocristallin (voir comparatif), nous avons choisi "Monocristallin" qui sont les plus récents.

Paramètres du parc de batteries

• Nombre de jours d'autonomie souhaités: Cela représente le nombre de jours consécutifs sans soleil auquel vous pouvez faire face. Ce paramètre a une grande influence sur la capacité du parc batterie et donc sur le coût de l'installation. Pour la remorque, nous avons choisi la durée moyenne d'un Festival sur une journée, c'est-à-dire 8 heures. Cela permet d'avoir un bloc batterie qui reste mobile.
• Technologie de batterie: Pour choisir se référer au tutoriel "Fonctionnement, entretien et régénération de batteries au plomb". Sinon, laisser "Auto." par défaut.

Câblage

• Si vous avez une idée de l'emplacement des panneaux PV par rapport au local technique, préciser ces distances. Dans le doute, surestimer un peu.

Localisation géographique:

• Préciser votre emplacement. Les données de rayonnement moyen par mois sont calculées via la base de données PVGIS.

Étape 4 - Dimensionnement des élèments principaux

Une fois les paramètres entrés, on lance le calcul !

CalcPVAutonome propose un dimensionnement du matériel nécessaire en accord avec ces paramètres. Celui-ci est donné à titre indicatif et demande à être analysé. Dans notre cas, nous avons réajuster en fonction du matériel déjà disponible dont nous disposions.

Panneaux photovoltaïques :

Pour satisfaire nos besoins journaliers de 4080Wh/j, une puissance minimale de PV de 937W est nécessaire (calcul détaillé par le logiciel). Le logiciel nous indique que 5 panneaux monocristallins de 190W pourraient convenir.

Mais 5 panneaux étant trop encombrants pour notre remorque + nous avions déjà 1 panneau solaire de 330W. Nous avons choisi 3 panneaux de 330W pour une puissance totale de 990W.

Batteries:

Généralement, la tension d'un parc batterie est déterminée en fonction de la puissance des PV:

• <500W: 12V
• 500 -1500W: 24V
• >1500W: 48V

Dans notre cas, nous avons 990W de PV, donc la tension finale de notre parc batterie sera de 24V.

Pour permettre une autonomie de 8h (~0,3j), le logiciel calcule la capacité nominale des batteries de 170Ah en C10. (Voir détail calcul en image)

Or, pour assurer la longévité du parc batteries, le courant de charge de celui-ci ne doit pas dépasser 20% de sa capacité nominale. (Voir Fonctionnement, entretien et régénération de batteries au plomb)

Soit: 170 x 20% = 34A.
Or avec 990W de PV le courant de charge est de 990 / 24 = 41,25A.

On peut choisir de brider la production des PV grâce au régulateur de charge, mais généralement on conseille d'augmenter la capacité du parc batteries en conséquence. Donc ici, 41,25 x 100 / 20 = 206Ah.

Ayant trouvé une bonne occasion, nous avons finalement opté pour l'achat d'un parc de batteries de traction régénérées de 240Ah. Il consiste en 12 batteries de 240Ah-2V assemblées en série pour avoir une tension de 24V. Cela fait augmenter notre autonomie à 10h.

Régulateur de charge :

Les caractéristiques du régulateur de charge sont déterminées en fonction des caractéristiques de courant maximum sortant des PV. Nous avons donc besoin des caractéristiques des PV données par leur fiche technique ou à l'arrière des panneaux. Il faut connaître la "Tension en Circuit Ouvert" (V_oc) et l' "Intensité de Court-Circuit" (I_sc) des PV.

Dans notre cas, pour chaque panneau : V_oc= 40,49V et I_sc= 10,25A

Lorsqu'on ajoute les panneaux en série: V_{oc_tot}= 121,5V et I_{sc_tot}= 10,25A

En prenant des marges de sécurité de 20%, un régulateur MPPT 150V 20A aurait pu convenir.

Ayant eu l'occasion de récupérer un régulateur Conext MPPT 150V/60A, nous avons opté pour ce modèle.

Convertisseur - Onduleur :

Le choix du convertisseur s'effectue en fonction de la puissance que doit délivrée l'installation (en AC) et en fonction de la tension du parc batterie.

Nous souhaitions pouvoir ponctuellement alimenter des appareils allant jusqu'à 1000W.

Nous avons opté pour un convertisseur Victron 24V/1200VA qui monte en puissance maximum de sortie à 1200W avec des pointes possibles à 2400W.

Contrôleur de batterie

Pour connaitre l'état de charge de nos batteries et en prolonger la durée de vie, nous avons choisi d'utiliser un contrôleur batterie (fortement conseillé).

Étape 5 - Dimensionnement des protections et du câblage

Notes et références

• Pour reprendre en détail le fonctionnement et le dimensionnement d'une installation solaire autonome, le très bon e-learning de l'INES, l'Institut National de l'Energie Solaire (en anglais): https://e-learning.ines-solaire.org/course/index.php?categoryid=194

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