Utilisez de l'énergie gratuite et inépuisable !


Avec la pollution qui ne cesse d'augmenter, le coût des énergies fossiles qui 'flambent' ne serait-il pas plus raisonnable d'utiliser autre chose qui ne pollue pas et qui est inépuisable ?

La première réponse en ce domaine est le soleil, qui peut nous apporter lumière et chaleur indispensable à la vie et avec notre technologie: de l'énergie gratuite.

Nous pouvons utiliser deux choses dans ce que le soleil nous fournit, les ultra-violets et une partie de la lumière visible pour la convertir en électricité (cellule photovoltaïque) et les infra-rouges pour les utiliser directement sous forme d'énergie thermique ou convertir ceux-ci en électricité.
Pour les infra-rouges convertis en électricité, on peut soit chauffer de l'eau et entraîner un générateur (peu rentable à cause des pertes et lourd à construire), utiliser un moteur Stirling (très rentable au regard de son rendement) ou enfin utiliser des cellules Pelletier (peu encombrantes et facile à utiliser, mais coûteuses à l'achat).

Nous pouvons également utiliser le vent ou la force de l'eau (pour ceux qui ont un ruisseau ou une cascade à disposition), pour le vent le problème est que celui-ci ne souffle pas toujours suffisamment, tandis que la lumière il y en a tous les jours !

Je vais donc vous présenter mes choix (en tant que particulier) dans ces vastes domaines:

Ce dossier va regrouper plusieurs systèmes que chacun pourra utiliser à son gré, il sera constitué au fur et à mesure des installations diverses effectuées, avec les commentaires correspondants aux résultats constatés et éventuellement les inconvénients


Les deux premières acquisitions ont consisté:

Premièrement en un convertisseur thermique à très haut rendement pouvant fournir de l'énergie thermique utilisable à plusieurs usages : Chauffage de la maison au moyen de radiateurs, chauffage d'eau courante froide instantanément en vue d'obtenir de l'eau chaude à la place d'un chauffe-eau classique ou chauffage différé d'eau en remplacement d'un ballon d'eau chaude.

Deuxièmement en un convertisseur électrique à haut rendement plus communément appelé cellule photovoltaïque ou panneau solaire, c'est d'ailleurs celui-ci que je vais vous présenter dans un premier temps !







Une fois le panneau solaire déballé, il n'y a plus qu'à l'installer sur le toit de l'habitation coté SUD (un toit est par définition de la surface perdu, alors autant s'en servir utilement), en respectant les directives du constructeur (distance minimum du toit) et en utilisant des fixations suffisamment solide par rapport au poids et aux rafales de vent éventuelles.
Le modèle en photo ici délivre une puissance de 50W au soleil et peut recharger une ou plusieurs batteries au plomb d'automobile de 12V.



Afin de travailler dans de bonnes condition, l'utilisation d'un régulateur de charge/décharge est vivement conseillé !



Le rôle de ce petit boîtier est d'éviter une destruction de la batterie par des surcharges prolongées et des décharges totales fréquentes, ainsi il gère la charge de la (ou des) batterie et la décharge de la (ou des) batterie par le contrôle du courant et de la tension.


Conseils d'utilisation et précautions :

Les cellules photovoltaïque délivrent une basse tension continue, il convient donc de choisir des câbles de bonne section, afin d'éviter de trop importante perte d'énergie par effet joule.
La section est choisie en fonction du paramètre suivant 1 mm2 pour 5 Ampères maximum, dans le cas de ce panneau il a été utilisé du câble de 4 mm2 de section afin de garantir un maximum de rendement (chute de tension faible).

Pour l'utilisation du courant ainsi généré, il convient d'utiliser une batterie au plomb classique d'au moins 50 Ah (toujours prévoir des fusibles, car un court-circuit sur ce genre de générateur est fatal, quant à la batterie elle-même il peut y avoir risque d'incendie et brulure du à l'acide sulfurique de l'électrolyte.
En cas de brûlure à l'acide, rincer abondamment à l'eau du robinet qui est alcaline en raison du chlore et neutralisera plus vite l'acidité.
Pour la ou les batterie, stockez-les dans un local ventilé en raison du dégagement d'hydrogène qui pourrait provoquer une explosion en cas de forte accumulation.

Pour l'utilisation, deux possibilité s'offre à vous :

La première consiste à utiliser la basse tension issue de la batterie directement (en passant par le régulateur de charge) pour alimenter des ampoules de dernière génération par exemple, comme elles consomment très peu de courant, il sera possible d'éclairer toute l'habitation avec un câble de section moyenne.

La deuxième nécessite l'usage d'un convertisseur électronique qui va produire du 230V en 50Hz pour alimenter votre habitacle sans modification, toutefois plusieurs inconvénients majeurs figurent dans ce genre de choix :
1) La puissance disponible est faible.
2) L'autonomie est assez modeste.
3) Le convertisseur absorbe de l'énergie électrique et entraîne des pertes.
4) Un tel appareil coûte cher, et comme tout dispositif électronique n'a qu'une fiabilité relative !


Notes: L'ensemble décrit ici a coûté 450 euro environ, pour une batterie de 65 Ah (achetée dans un magasin en faillite à -50%) au plomb, un régulateur de charge (fournit par le constructeur du panneau) et un panneau solaire (garanti 25 ans) avec un rendement de 15% (rendement correspondant à la puissance solaire par rapport à la puissance produite).



Comme vous pouvez le voir sur ce schéma de principe, il est plus judicieux d'utiliser directement l'énergie électrique basse tension, que de convertir celui-ci en 230V ce qui engendrera obligatoirement des pertes.

Spécification du panneau:
Le panneau est constitué de 18 cellules en silicium multi-cristallines avec une couche anti reflet en nitrure de silicium et une aluminisation au dos, d'une épaisseur de 0,2 mm.
Les cellules sont triées et testées une à une, puis assemblées entre deux parois de verre blindé (pour la face avant) sous vide, entourées d'un cardre en aluminium anodisé et pourvu de plusieurs points de fixation.

Le panneau en photo est un panneau de 50W (55W Max)de puissance, pour un ensoleillement de 1KW/m2 (soit 100 000 Lux) celui-ci délivre un courant maximum de 3,2 A (3,45 A en court-circuit) pour 17,3 V (21,7V Max circuit ouvert).
La surface utile de cellule solaire est de 0,37 m2, sa taille est de 100 x 46 x 2,5 cm (cadre).

Qualité du panneau:
Ce type de panneau est à même de produire un courant même en cas de non ensoleillement (temps couvert) et de fournir un courant constant quelque soit la température extérieur (ainsi que du panneau).

Mesures:
A partir de 3000 Lx, le panneau produit un courant de 100 mA pour une tension de 13,5 V régulée.
A 7500 Lx, on n'a un courant de 250 mA
A 10500 Lx > 350 mA
A 12500 Lx > 430 mA
A 20000 Lx > 610 mA
Et à 30000 Lx > 1A

La production est donc linéaire, à savoir :
100 mA pour 3000 Lx d'éclairement (soit un temps couvert d'hiver).
1 A pour 30000 Lx d'éclairement (soit un temps ensoleillé avec quelques nuages en hivers), soit 320W/m2 d'ensoleillement

Le maximum (3,2 A) de production étant obtenu du printemps à l'automne, en plein ensoleillement de 100000 Lx ou plus (soit 1 KW/m2).

Conseille d'utilisation:
Le panneau doit-être placé à au moins 20 cm du toit afin de garantir un bon refroidissement de celui-ci (dans le cas présent, il est à 21 cm minimum des bosselages des tuiles en terre cuite), le panneau doit être placé si possible plein sud (face au SUD) afin de garantir un maximum d'efficacité; il peut être placé aussi bien verticalement, qu'horizontalement (dans le cas présent, la pente du toit est de 30°) et enfin éviter autant que possible des zones d'ombres (arbres, haies, cheminée, etc...).
Notez que des zones d'ombres nuisent au rendement du panneau, car les cellules étant montées en série à l'intérieur du panneau, il suffit qu'une seule cellule soit ombragé pour faire chuter le courant de l'ensemble !

Afin de pouvoir fournir suffisament d'énergie électrique et de garantir une sécurité totale dans la distribution, qui pourra remplacer totalement la distribution secteur classique; il convient d'utiliser plusieurs panneaux solaires, régulateurs et batteries.
Ainsi, même en cas de disfonctionnement d'un élement (panneau, régulateur, batterie, etc...), l'alimentation de la centrale solaire ne sera jamais inopérante.

Voici ci-dessous un schéma de principe d'une centrale électrique solaire sécurisée.



Avec un tel montage, l'alimentation électrique ne pourra jamais être défaillante, ainsi même en cas de disfonctionnement d'un des éléments de la centrale solaire, seul le courant de sortie sera éventuellement réduit, mais l'alimentation en elle-même sera toujours utilisable !

Dans la réalité, il faut au minimum utiliser tout en double, à savoir:
2 panneaux solaires, 2 régulateurs et 2 batteries
Le tout assemblé indépendement afin de garantir une totale sécurité dans l'alimentation permanente de la centrale solaire.
Comme il est quasi improbable que deux dispositifs tombent en panne simultanément, on n'a ainsi une garantie de non rupture d'alimentation.


Dans mon cas, le choix de 4 ensembles séparés est justifié pour plusieurs raisons:

1° Utilisation d'un courant de 15 à 25A
2° Sécurisation de l'alimentation maximale (4 ensembles indépendants)
3° Débit de courant constant jour et nuit, nécessitant une recharge permanente des accumulateurs.
4° Nécessité de stockage important de l'énergie électrique pour les cas de mauvais temps sur plusieurs jours.

(5) Possibilité d'utiliser du 24V, voir du 48V sans conversion (ces possibilités supplémentaires ne sont pas indispensables et n'entre pas en ligne de compte du choix effectué).

Au final 8 panneaux solaires de 50Wc/12V installés par pair (en parallèle), soit un courant effectif de 6,5 Ah par unité sur un ensoleillement de 1KW/m2.
Ce qui donne plus de 50A par jour et par unité, soit 200A par jour pour 12V (production solaire); pour pouvoir utiliser 25A en permanence, il faudra installer 16 panneaux au minimum (ensoleillement correct) et 32 panneaux au maximum (ensoleillement faible). Dans ce cas, on pourra se passer de l'alimentation secteur et être totalement autonome coté électricité !

Bien entendu, tout ceci à un côut, mais la durée de vie d'un tel ensemble correctement installé et utilisé est de 10 à 20 ans pour les batteries au plomb, 40 ans pour les panneaux solaires et 20 à 30 ans pour les régulateurs.

Un panneau solaire de qualité industrielle vaut environ 380 euro (garantie 25 ans), un régulateur 30 à 40 euro (garantie 1 à 3 ans), une batterie (prix variable selon la capacité et la qualité) une centaine d'euro.

Petite précision concernant les panneaux solaires, il existe plusieurs modèles à ce jour:

- Les panneaux en silicium amorphe qui sont coûteux, mais qui en revanche produise de l'électricité uniquement à la lumière (absence de soleil); leur production électrique est très faible et le soleil nuit à leur rendement, car la chaleur ainsi produite fait chuter leur rendement.

- Les panneaux en silicium monocristalin d'un coût moyen, il produisent de l'électricité qu'avec le soleil, si le soleil est voilé ou absent, ce type de panneau ne produit plus d'énergie électrique !

- Les panneaux en silicium polycristalin (ou multicristalin) d'un rendement un peu plus élevé que les précédents, ils ont l'énorme avantage de produire de l'électricité par tout temps ! Le maximum de rendement est bien sur avec un soleil à peine voilé (en été) ou un soleil non voilé les autres saisons.

On notera silicium cristalin (mono ou poly) puissance 10 fois plus élevé que silicium amorphe et enfin rendement d'une cellule solaire cristaline 10 à 15% (mono ou poly).

Si un panneau solaire de 50Wc/12V peut être acheté à bas prix (moins de 300 euro), il convient de rester prudent, à ce prix là c'est soit du polycristalin grand public garantie un an (garantie légale en France), soit du monocristalin qui peut être garantie plusieurs années sous certaines conditions (lire la fiche technique avant achat).
Dans le cas présent, mon choix c'est porté sur de la qualité industrielle en polycristalin avec fusible interne de protection, diodes by-pass de sécurité, verre blindée (résiste aux gros grélons) anti-reflets (garantissant un rendement de 15% minimum), un cadre d'aluminium anodisé et l'ensemble monté sous vide et inaltérable.
Bien que ce type soit également proposé en qualité grand publique à 300 euro, cette économie (80 euro) n'est pas conseillé (absence de protection, garantie d'un an seulement au lieu de 25, etc...); comme je n'ai pas envie de jouer les chats sur le toit, j'ai opté pour la qualité !

Pour de plus ample information voici la fiche technique en PDF.

Consulter les caractérisques techniques du panneau solaire.


Si le choix des panneaux solaires est important, cela l'est énormément pour le régulateur qui va non seulement limiter le courant de charge de la batterie, mais également éviter une décharge complète de celle-ci qui provoquerait sa destruction rapide !

Quant aux batteries, il faut utiliser des batteries au plomb classiques comme celles installées sur les voitures; toutefois on choisira de préférence un modèle de qualité, genre plomb/zinc avec un meilleur rendement et une durée de vie plus longue.
Bien que certains vendeurs de panneaux solaires préconisent les batteries plomb/cadnium (plus coûteuses et plus toxiques), cela ne se justifie en rien !
En revanche, il est important de bien choisir la capacité de celle-ci en fonction des besoins et de la puissance de la centrale solaire, car il ne faut pas penser ajouter d'autres batteries en parallèle par la suite. On ne peut assembler des batteries en parallèle sans protection, car même dans le cas de capacité identique, il y aura toujours une batterie plus forte que l'autre (ou les autres) et leur destruction sera inévitable !!!
La mise en serie de batterie non identique est également sujet à problème, en faite dans le cas du montage schématique présenté plus haut, il s'agit bien entendu de batterie identique en caractéristique et capacité; et les régulateurs et panneaux solaires sont également identiques (les panneaux utilisés peuvent être assemblés en serie et en parallèle sans problème) et de qualité industrielle.
Les diodes anti-retour utilisées dans le montage schématisé sont indispensables afin d'éviter tout court-circuit pouvant être préjudiciable au dispositif, les diodes utilisées doivent être des diodes rapides à faible Vf, évitant ainsi une trop grande chute de tension aux bornes de celle-ci.


Afin d'assurer un maximum d'efficacité, il convient de pouvoir assurer la maintenance si necessaire, aussi il est bon de prevoir une batterie (neuve, sans acide) et un régulateur en résevre.
Et bien entendu un stock de composants et un peu de matériel afin de pouvoir maintenir la centrale solaire en bon état.

Afin de travailler correctement votre dévoué Picchou met à votre disposition ci-dessous un ensemble de document qui vous permettra une plus grande autonomie.
Vous trouverez dans ce fichier zippé, le schéma électronique du régulateur solaire (réalisé par mes soins), la nomenclature (qui sera complété prochainement) et une aide au dépannage du régulateur (également réalisé par mes soins).

Charger le dossier de maintenance.

Ce type de régulateur de fabrication Allemande est très robuste et bien réalisé, mais il n'est pas exclu qu'il puisse tombé en panne, alors autant savoir le remettre en état si besoin est, et à peu de frais.
Si les panneaux choisis sont garantis 25 ans, le régulateur est quant à lui garantie entre 1 et 3 ans, selon le fournisseur et le tarif qui varie entre 30 et 50 euro.


L'achat de tels panneaux photovoltaïques étant tout de même couteux, vous pouvez en installer selon vos moyens, grâce à la connection sécurisée (voir schéma de principe dans ce dossier) que j'utilise cela ne pose aucun problème !
A chaque ajout de panneau, il faut bien sur un régulateur pour un ou deux panneaux en parallèle et une batterie, la sortie d'utilisation est reliée au noeux positif, via une diode anti-retour; ainsi la puissance de la centrale s'acroit-elle avec le temps et l'investissement.





Voici ma centrale solaire actuel depuis juin 2006, avec 4 régulateurs et 4 batteries.
Les deux barres qui relient les panneaux ensemble sont des barres en aluminium qui permettent un meilleur maintien de l'ensemble, mais surtout d'assurer un potentiel 0V (mise à la terre) sur l'ensemble des panneaux, dont le cadre en aluminium doit impérativement être relié à la terre (0V différent du 0V de sortie du panneau qui lui n'est pas relié à la terre).
La séparation existante entre chaque panneau permet une meilleure circulation d'air, garantissant un rendement optimal de chaque panneau !

Après bien des essais et tests, voici le schéma retenu pour ma centrale solaire pour 2008:



Comme vous pouvez le voir l'ensemble est constitué de 8 panneaux de 12V pour 50W, assemblés en 2 ensembles distincts et sécurisés par un doublage des circuits (évitant ainsi toute rupture brutale des alimentations en cas de défaillance technique).

Pourquoi un tel choix ?

Tout d'abord pour des raisons de sécurité électrique ne nécessitant pas de protection spéciale (basse tension inoffencive pour l'être humain), ensuite la possibilité d'alimenter un grand nombre d'accessoires.
Le 12V est destiné en premier lieu à l'éclairage de 5e génération super économique, et à tout ce qui peut être alimenté en basse tension (sèche-cheveux, frigo, ventilateur, etc...).
En revanche le 24V constitué d'un -12V et d'un +12V avec un 0V de référence, quant à lui permet d'alimenter tout ce qui ne peut fonctionner en 12 ou 24V, grâce à un convertisseur électronique adapté à l'appareil, ainsi on gagne de la place et on simplifie le système et cela reste sécuritaire !

A titre d'exemple: un appareil comme l'humidificateur d'air (voir sur ce site) étant alimenté en 36V continu, il suffira donc de monter la tension soit par un trippleur à partir du 12V, soit par un doubleur à partir du 24V puis une régulation, soit un convertisseur; dans le cas ici présent un trippleur aura le meilleur résultat, tant au niveau simplicité, qu'au niveau rendement !
Un ordinateur classique (PC) pourra être alimenté directement en +-12V, via un ensemble de régulateurs à faible coût et ne nécessitera nullement d'onduleur coûteux !
Et pour ce qui est du moniteur, le choix d'un écran LCD actuel permettra une alimentation directe 12V, voir une petite adaptation simple (choix du moniteur 12/15/19/24V ou plus ...).
Les imprimantes à jet d'encre fonctionnent en général en +5V et +42V, un doubleur de tension régulé suffira à partir du 24V et éventuellement du 12V (toujours essayer d'équilibrer les courants +12 et -12).
Les imprimantes laser préfèreront un convertisseur 12 ou 24/230V avec transformateur d'isolement.

En règle générale tout ce qui possède un moteur et fonctionne en 230V nécessitera un convertisseur sinusoïdal 50Hz à transformateur, ou un montage moins connu que l'on appelle multiplicateur de tension dont j'ai abandonné l'usage en raison des très importants courants générés et du danger de ceux-ci !!!


Petit rappel important, les alimentations reliées directement aux batteries sont à utiliser avec sagesse, afin d'éviter une décharge profonde des batteries qui entrainerait leur destruction rapide (ce qui n'est pas possible, via les régulateurs de charge qui alerte à 30% de charge et bloque l'utilisation à 20% de charge).


(03/11/07).



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