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Générer de l'électricité hors-réseau - une expérience de première main

Dans ce second billet de la série « Vivre hors-réseau », Craig Anderson décrit les systèmes énergétiques de sa maison, et nous explique ses choix.

off grid, hors-réseau, autoproduction
@Craig Anderson

Cet article est le second d’une longue série issue du blog Sunshine Saved, écrit par Craig Anderson. Il présente l’ensemble de ses recherches et décisions prises lors du long processus de construction qui a mené à une certification LEED Or. Pour lire le premier article, c'est ici...  

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La propriété dont ma femme et moi sommes tombés amoureux se site au bout d’un chemin privé de plus de 1,6 km de long, et nos quelques voisins se limitent à des propriétaires de chalets estivaux. Il n’y a aucun service à proximité: ni téléphone, ni câble, pas de fibre optique, et bien sur, aucun réseau d’électricité. Notre plus proche voisin se chauffe au bois. Il cuisine et produit un minimum d’électricité grâce au propane.

J’ai initialement étudié l’option du raccordement au réseau, mais quand j’ai compris que le prix dépasserait largement les 100 000$, juste pour les pylônes, être hors-réseau s’est imposé comme la solution évidente. J’avais déjà un intérêt prononcé pour les énergies renouvelables et l’énergie solaire, ça m’a donc donné la petite motivation nécessaire à la réalisation d’une maison hors-réseau.

J’énumèrerai en premier les éléments de base qui ont permis d’élaborer notre système, puis j’en dirai un peu plus sur la façon dont il a fonctionné jusqu’à ce jour et sur les améliorations qui ont du être apportées.

Notre système de production électrique:

  • Panneaux photovoltaïques: 12 panneaux Solarworld de 235 watts (2820 W au total). Panneaux additionnels (automne 2015) : 12 panneaux Jinko de 250 watts (3000 W au total).
  • Batteries : 8 accumulateurs électriques à décharge profonde Deka deep cycle de 12V, de capacité 265 Ah (stockage de 25 kWh d’énergie solaire en conditions nominales).
  • Génératrice de secours: Generac Ecogen de 6 kW
  • Composantes électroniques:
    • Contrôleur de charge Schneider MPPT 80 600
    • Onduleur/chargeur Schneider Conext SW 4048
    • Dispositif de suivi et de communications « monitoring » Schneider Combox
    • Démarreur de générateur automatique Schneider
© Craig Anderson

 

Branchement des éléments du système

Tout réseau électrique débute avec la production d’énergie, le nôtre n’est pas différent. La plupart du temps, l’ensemble de nos besoins en électricité sont fournis par les panneaux solaires. Il arrive toutefois que les panneaux ne soient pas assez puissants pour répondre à la demande (par exemple la nuit ou les jours nuageux). En général, les batteries servent à stocker assez d’énergie pour passer quelques jours sans soleil. Quand les batteries sont à vide, une génératrice au propane prend le relais. Elle fournit alors l’énergie nécessaire, via l’alternateur, à l’alimentation de la maison et au chargement des batteries.

Les composantes électroniques servent à la transformation d’énergie et à son acheminement vers les divers éléments du réseau. Le régulateur de charge reçoit la puissance haut-voltage en provenance des panneaux solaires et réduit la tension de sorte que la bonne puissance, à la bonne tension (un peu plus de 48V en courant continu), soit acheminée aux systèmes en aval. 

La majorité de cette puissance est déversée directement dans les batteries, qui stockent chimiquement cette électricité pour une utilisation ultérieure. Lorsque les charges de la maison demandent d’être alimentées, la puissance de 48V en provenance des batteries et des contrôleurs de charge passe dans l’onduleur, lequel convertit cette puissance en courant alternatif de 120V, soit le courant normal dans toutes maisons conventionnelles. Le courant sort d’un panneau électrique standard relié à la maison.

L’onduleur est en fait un onduleur/chargeur, donc en plus d’acheminer la puissance des batteries et des panneaux solaires vers la maison, il peut aussi convertir le courant alternatif du générateur (ou du réseau dans le cas d’autres sortes de systèmes) en courant continu, ce qui permet de charger les batteries. Le démarreur automatique déclenche la génératrice dès que la tension dans la batterie tombe en-dessous d’un certain niveau, veillant ainsi à ce que les batteries ne soient jamais déchargées totalement. Finalement, l’appareil de monitorage Combox fournit une interface permettant de contrôler tous les éléments du réseau. Elle est aussi en mesure de se connecter à internet, ce qui fait en sorte que je peux vérifier le système à distance et m’envoyer, via courrier électronique, des mises à jour régulières de son état.

Orientation des panneaux solaires

Alors qu’on discutait de la configuration du système, notre installateur solaire nous a expliqué une règle de base toute simple: la meilleure orientation pour des panneaux solaires fixes étant plein sud, son angle doit équivaloir sa latitude sur Terre. Ceci maximise la production annuelle d’énergie pour chaque panneau. Étant au 45e parallèle, nos panneaux devaient donc être posés avec un angle de 45 degrés par rapport au sol. Pour les panneaux solaires originaux, nous avons été en mesure d’obtenir cette orientation plein sud, avec un angle de 45 degrés.

Notre premier hiver m’a fait réalisé que lorsqu’on est dans un système de production énergétique non connecté au réseau, dans un climat nordique, il y a des nuances dont cette règle bien simple ne tient pas compte. En fait, il y a deux problèmes principaux avec cette règle. Premièrement, la neige. Il se trouve que des panneaux fixés à 45 degrés ne laissent pas glisser la neige aussi bien que je l’espérais. Elle fini toujours par fondre après quelques jours ensoleillés, mais pendant qu’elle est présente, nulle production électrique n’est possible! Bien sûr, il est facile de retirer manuellement la neige, mais nous ne sommes évidemment pas toujours présents pour le faire.

La deuxième problématique résulte du fait qu’une maison hors-réseau n’est pas conçue pour produire une puissance maximale à l’année longue, mais plutôt d’en produire assez pour répondre aux besoins ponctuels. Le chauffage de la maison et la lumière artificielle étant bien moins nécessaires, nos charges estivales sont très faibles. En contrepartie, nos besoins en électricité sont beaucoup plus élevés en hiver, alors qu’il y a beaucoup moins de soleil.

Ces deux problèmes partagent toutefois une solution commune: poser les panneaux à un angle plus obtus. La pente forte permet à la neige de glisser plus aisément et ils reçoivent ainsi beaucoup mieux les rayons hivernaux, qui sont à angle bas. Bien sur, il est possible de contourner ce problème avec des panneaux ajustables selon les saisons, ou des systèmes bien plus complexes qui suivent la course du soleil à travers la journée, mais la simplicité (et les coûts réduits) des panneaux fixes est bien plus attrayante. J’irais même jusqu’à dire que si vous habitez une maison hors-réseau au nord des États-Unis ou au Canada, mieux vaut orienter les panneaux en vue d’une meilleure production électrique en hiver.

© Craig Anderson

Nous avons donc été très dépendants de notre (très mauvaise) génératrice pendant deux hivers consécutifs. À l’automne 2015, nous avons finalement ajouté un panneau solaire supplémentaire, fixé cette fois-ci à un angle de 65 degrés par rapport au sol. Il a permis de réduire considérablement l’utilisation de la génératrice. Comme vous pouvez le remarquer sur la photo ci-contre, les panneaux sont orientés un peu plus vers le sud-ouest. C’était intentionnel, le couvert forestier étant un peu plus dégagé vers l’ouest. Les panneaux reçoivent ainsi de la lumière directe sur une plus grande partie de la journée.

Production électrique tout au long de l’année

Finalement, j’ai joint l’estimation de la production d’énergie que l’installateur avait créé pour moi avant la mise en place du système (en anglais). Bien que certains détails aient changés après que les estimés aient été faits (tel que l’ajout de panneaux PV), elle présente une multitude de données sur la ressource solaire locale, la consommation en puissance attendue pour la maison, l’efficacité de différentes composantes en production hors-réseau et bien plus.

Pour tout lecteur qui envisage la construction hors-réseau, c’est le genre de petits détails pratiques qui doivent absolument être pris en considération.

Voir les estimés de production d’énergie.

@ Craig Anderson

 

Les autres billets du blog 

Vivre Hors-réseau 3 : Systèmes de chauffage

 

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