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L’électricité photovoltaïque autonome est, historiquement, le dispositif solaire de production électrique le plus ancien.
Il est apparu dans les années 1970 avec les panneaux solaires montés sur les satellites, autonomes par excellence.
Ont suivi des applications de pompage et d’électrification rurale dans les pays en voie de développement.
Cela reste l’application la plus intéressante dans un grand nombre de circonstances particulières, installation en site isolé, et pour certains usages professionnels (signalisation routière, signalisation maritime, relais de téléphonie).
Cela reste malheureusement impossible en France comme seule apport d’énergie si vous êtes en zone raccordée au réseau.
Fonctionnement d’un système autonome
L’électricité produite par les panneaux photovoltaïques placés sur le toit ou au sol dans un cadre, est stockée dans des accumulateurs ou batteries, dimensionnées pour répondre aux besoins du site.
L’habitation « consomme » cette énergie stockée.
La difficulté étant de dimensionner les batteries avec suffisamment d’autonomie pour pouvoir couvrir les besoins pendant plusieurs jours sans soleil.
Les composants d’un système autonome
- Les capteurs photovoltaïques : en nombres suffisants, branchés en série avec une certaine puissance suivant les besoins nécessaires ou la surface de toit disponible.
- Les batteries (accumulateurs) : un nombre calculé pour délivrer une certaine puissance pendant un certain nombre de jours. Branchées en série, elles délivrent soit du 12 V, soit du 24 V. Les batteries les plus utilisées sont en général de type plomb-acide (Pb), remplaçantes des cadmium-nickel (NiCd) plus chères et plus polluantes (cadmium = toxique). De nouvelles générations de batteries commencent à voir le jour, surtout dans des applications professionnelles, les nickel-métal-hydrure (NiMH) et les lithium-ion (Li-ion).
- Le contrôleur de charge : il a une fonction primordiale dans un système photovoltaïque autonome. Il influence profondément le coût final de l’énergie produite. En protégeant les batteries contre les surcharges (solaires) et les décharges profondes (utilisateur), il influence grandement la durée de vie des batteries. Il assure aussi la surveillance du réseau (alarme, fusibles, surcharges, inversions de polarité) et peut, pour les modèles les plus sophistiqués, commander la recharge par d’autres sources d’appoint (bascule sur une génératrice d’appoint).
- Le convertisseur DC/AC : c’est un appareil, appelé aussi onduleur (à ne pas confondre avec l’appareil onduleur bien connu des utilisateur d’ordinateur), qui sert à transformer la tension continue délivrée par les batteries, pour l’adapter aux appareils ménagers par exemple, qui fonctionnent avec une tension alternative. En France le courant délivré sur le réseau est de 230 V alternatif 50 hertz, le convertisseur sera donc un système transformant le 12 V (ou 24 V) des batteries en 230 V 50 hertz.
- Le parafoudre : un protecteur indispensable si l’on veut garantir une alimentation fiable. Il conduit le courant de foudre à la terre.
- Fusibles et disjoncteur : éléments indispensables dès que l’on créé un réseau électrique, qu’il soit solaire ou classique. Ce sont les éléments de protection.
Un exemple d’accumulateurs nécessaires pour une installation autonome
Le coût des composants
Dans un système de panneaux solaires autonome, il faut séparer le coût de l’investissement et le coût des frais engendrés par le vieillissement de l’installation :
- Les capteurs photovoltaïques : il représentent de 60 à 70% des investissements totaux de l’installation mais ils ne nécessitent presque pas d’entretien et ont une durée de vie de 25 ans minimum.
- Les batteries : elles représentent 20 à 30 % des investissements mais 70 % des frais totaux sur 25 ans. En effet, il faudra remplacer les batteries plusieurs fois au cours de la durée de service du système (tous les 2, 5 ou 10 ans suivant le type de batteries). C’est le point faible de l’installation.
- Le contrôleur de charge : il ne représente que 5% des investissements mais doit être choisi avec soin.
- Le convertisseur DC/AC : il représente quelques % des investissements, mais peu représenter une part non négligeable du coût d’entretien si l’on ne prend pas garde à choisir un matériel fiable.
- Les accessoires divers : ils représentent la part infime des investissements.
En conclusion
Avec une installation autonome, l’important n’est pas de produire toujours plus, mais d’investir au plus juste et d’essayer de consommer moins.
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