Comment fonctionne ce calculateur solaire pour site isolé
Une installation solaire autonome n’a pas de réseau sur lequel se rabattre : elle doit être dimensionnée pour les pires conditions qu’elle rencontrera, et non pour une année moyenne. Le calculateur suit la méthode classique de conception des systèmes autonomes de la norme IEEE 1562 et du guide de Sandia, avec les vraies données climatiques de votre site.
- Charges. Listez vos appareils (ou saisissez un total journalier). Ils sont additionnés en wattheures par jour, avec une estimation de la pointe de charge simultanée et de l’appel de courant au démarrage des moteurs comme les pompes et les compresseurs de frigo.
- Chaîne énergétique. L’énergie AC est divisée par le rendement de l’onduleur, puis on ajoute sa consommation à vide sur 24 heures. La part d’énergie consommée le soir et la nuit transite par la batterie et subit sa perte aller-retour.
- Soleil. Les moyennes mensuelles de long terme NASA POWER (rayonnement, température et vent) de votre site sont transposées sur l’inclinaison de vos panneaux et converties en kWh que chaque kWc livre réellement à la batterie par jour, mois par mois, pertes thermiques des cellules et rendement du régulateur compris.
- Mois de dimensionnement. Le champ est dimensionné pour le mois le plus sombre (ou le quatrième plus sombre si un groupe électrogène couvre le cœur de l’hiver, ou le mois d’été le plus sombre pour un chalet saisonnier), plus une marge de sécurité.
- Batterie, onduleur, régulateur. Le parc doit couvrir les jours d’autonomie choisis dans la limite de profondeur de décharge de la technologie et en tenant compte de la perte de capacité à la température de batterie la plus basse. Il est ensuite réparti en éléments série et parallèle.
Les formules
Exemple chiffré : un chalet habité à l’année près de Bucarest
La liste d’appareils par défaut totalise 3,18 kWh/jour : huit éclairages LED, un frigo économe, un téléviseur, un portable, une box, une pompe à eau de 750 W une heure par jour et deux lessives par semaine. Avec un onduleur à 92 % de rendement et 15 W de consommation à vide, le bus batterie doit fournir 3,81 kWh/jour. Si 60 % de cette énergie passe par une batterie LFP à 95 % de rendement, le champ doit livrer 3,94 kWh/jour.
Sur des panneaux inclinés à 55°, décembre apporte 2,12 kWh/m²/jour d’ensoleillement, et chaque kWc ne livre que 1,76 kWh/jour après les pertes thermiques, l’encrassement, le câblage et le régulateur. Avec une marge de 10 %, il faut 2,46 kWc, soit six panneaux de 450 W (2,70 kWc). En août, le même champ récolte 10,7 kWh/jour, ce qui laisse un surplus estival d’environ 1 670 kWh par an.
Pour deux jours d’autonomie à 80 % de DoD et 10 °C, le parc doit faire environ 10,4 kWh nominaux. En 48 V, cela donne quatre batteries 12,8 V 100 Ah en série, sur trois branches en parallèle : 15,4 kWh (300 Ah), soit près de trois jours d’autonomie réelle. La pointe de charge (pompe, frigo et résistance du lave-linge en même temps) impose un onduleur de 4 kW supportant au moins 4,4 kW en pointe, et un régulateur MPPT de 80 A. L’estimation grossière matériel et pose avoisine 10 900 €.
Comment lire les résultats
- Le mois de dimensionnement et son ensoleillement expliquent la taille du champ. Regardez le graphique taille du champ par mois : si un ou deux mois seulement imposent la taille, un groupe électrogène ou un réglage saisonnier de l’inclinaison peut coûter moins cher que des panneaux supplémentaires.
- L’autonomie réelle peut dépasser votre objectif, car les batteries s’achètent par unités entières.
- Les mois nécessitant un appoint tombent à zéro quand vous dimensionnez sur le mois le plus sombre. Avec l’option groupe électrogène, ils indiquent combien de kWh le groupe doit fournir.
- La durée de vie de la batterie combine les cycles garantis et le vieillissement calendaire. En site isolé, un parc LFP s’use rarement par le cyclage ; un parc au plomb meurt souvent d’une sous-charge chronique en hiver.
Valeurs typiques
| Lieu | Ensoleillement de décembre sur panneaux à 55° | kWh/kWc/jour (déc.) | kWc pour ≈ 3 kWh/jour de charges |
|---|---|---|---|
| Helsinki, Finlande | 0,3–0,6 kWh/m² | 0,3–0,5 | 10 et plus (un groupe électrogène revient en général moins cher) |
| Berlin, Allemagne | 0,9–1,2 kWh/m² | 0,7–1,0 | 4,5–6 |
| Bucarest, Roumanie | 2,0–2,3 kWh/m² | 1,6–1,9 | 2,3–2,7 |
| Madrid, Espagne | 3,5–4,2 kWh/m² | 2,8–3,3 | 1,3–1,6 |
Chiffres issus du modèle de ce calculateur, avec la liste d’appareils par défaut, 12 % de pertes PV, une régulation MPPT et une marge de 10 %.
Conseils pour une installation autonome fiable
- Réduisez d’abord les consommations. Chaque kWh/jour économisé retire environ 0,5 à 0,8 kWc de panneaux et 2 à 3 kWh de batterie en hiver aux latitudes moyennes. Choisissez un frigo économe, de l’éclairage LED, et évitez le chauffage électrique. Cuisinez et chauffez l’eau au gaz, au bois ou avec un capteur solaire thermique.
- Inclinez fortement. 55 à 65° en Europe augmentent la récolte de décembre et font glisser la neige. Vérifiez avec le calculateur d’inclinaison en choisissant hiver.
- Préférez le LFP. Il bat le plomb en capacité utile, en rendement et en nombre de cycles. Ne le chargez simplement pas sous 0 °C.
- Passez en 48 V dès que l’installation dépasse celle d’un petit chalet, et dimensionnez les câbles pour limiter les pertes avec le calculateur de section de câble.
- Adaptez les chaînes au régulateur. La tension à vide du champ par temps froid doit rester sous l’entrée maximale du régulateur MPPT. Le calcul de chaîne photovoltaïque le vérifie.
- Envisagez un petit groupe électrogène pour les semaines les plus sombres. Dimensionner sur le quatrième mois le plus sombre divise souvent par deux le coût des panneaux et des batteries sous les climats nordiques.
Limites
Les moyennes climatiques mensuelles ne voient pas les séries de jours nuageux consécutifs ni les écarts d’une année à l’autre : c’est à cela que servent les jours d’autonomie et la marge. Les charges sont supposées constantes toute l’année ; les usages saisonniers comme des ventilateurs de chauffage ou la climatisation d’été doivent être saisis pour le mois de dimensionnement. L’ombrage, l’enneigement et l’autodécharge des batteries ne sont pas modélisés séparément. Les coûts sont des estimations grossières qui varient beaucoup selon le pays et l’installateur.
Méthode et hypothèses
Énergie quotidienne E = Σ (puissance × heures) de toutes les charges AC. Au niveau du bus batterie : E_dc = E ÷ η_onduleur + consommation à vide × 24 h. Énergie que doit fournir le champ : E_pv = E_dc × [(1 − f) + f ÷ RTE], où f est la part consommée la nuit via la batterie.
Champ = E_pv ÷ (Y_dimensionnement) × (1 + marge), où Y_dimensionnement est le nombre de kWh par kWc et par jour fourni pendant le mois de dimensionnement, calculé à partir du rayonnement mensuel NASA transposé à votre inclinaison, de la température des cellules et des pertes, multiplié par le rendement du régulateur (MPPT 97 %, PWM ≈ 80 %).
Batterie : Wh nominaux = E_dc × jours d’autonomie ÷ √RTE ÷ profondeur de décharge ÷ facteur de température ; Ah = Wh ÷ tension du système ; éléments en série = V_système ÷ V_élément, branches en parallèle = ⌈Ah ÷ Ah_élément⌉. Onduleur ≥ 1,25 × pointe de consommation, surcharge ≥ plus fort démarrage de moteur. Régulateur : courant = W du champ ÷ V_système × 1,25.
Questions fréquentes
Quelle taille d’installation solaire faut-il pour vivre en site isolé ?
Combien de batteries faut-il pour une installation solaire autonome ?
Faut-il une installation autonome en 12 V, 24 V ou 48 V ?
Que sont les jours d’autonomie ?
Régulateur MPPT ou PWM ?
Pourquoi le champ de panneaux est-il si grand par rapport à mes besoins d’été ?
Sources et références
- IEEE Std 1562 : Guide for Array and Battery Sizing in Stand-Alone Photovoltaic (PV) Systems
- IEC TS 62257 : Recommendations for renewable energy and hybrid systems for rural electrification
- NASA POWER : climatologie mensuelle de long terme du rayonnement solaire et de la météo
- Sandia National Laboratories : Stand-Alone Photovoltaic Systems, A Handbook of Recommended Design Practices (SAND87-7023)
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