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Calculateur – Batteries et stockage

Calculateur solaire en site isolé : dimensionner panneaux, parc de batteries, onduleur et régulateur

Dimensionne une installation solaire autonome complète à partir de vos appareils. Le calcul vise le mois le plus sombre de votre lieu, d’après les données climatiques satellite de la NASA, les jours d’autonomie et les vraies limites de chaque chimie de batterie.

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Résultats

Pour 3,18 kWh/jour, il vous faut environ 2,7 kWc de panneaux (6 × 450 W), un parc LiFePO₄ (LFP) de 15,4 kWh en 48 V et un onduleur de 4 kW. Le mois de dimensionnement est décembre : chaque kWc n’y fournit que 1,76 kWh/jour.
Champ solaire
2,7kWc
6 panneaux de 450 W à 55°
Parc de batteries
15,4kWh
300 Ah sous 48 V · 11,6 kWh utilisables
Configuration des batteries
4S × 3P
12 éléments 12,8 V 100 Ah
Onduleur
4kW
en continu ; surcharge ≥ 4,4 kW
Régulateur de charge
80 A
MPPT · 70 A nécessaires sous 48 V
Consommation quotidienne
3,18kWh/jour
3,81 kWh/jour depuis le bus batterie, pertes de l’onduleur comprises
Mois de dimensionnement
déc.
2,12 kWh/m²/jour sur les panneaux (heures de plein soleil)
Autonomie réelle
3jours
facteur de température 94 %
Mois nécessitant un appoint
0/ 12
aucun
Surplus estival (inutilisé)
1 666kWh/an
normal pour un champ dimensionné pour l’hiver
Durée de vie des batteries
15ans
environ 68 cycles/an · 6 000 cycles annoncés, 15 ans de durée calendaire
Coût approximatif du système
10 937 €
estimation matériel + pose
Production solaire quotidienne et besoins quotidiens, par mois
Taille de champ nécessaire si l’on dimensionne sur chaque mois
Où va l’énergie

Bilan énergétique mensuel (★ = mois de dimensionnement)

MoisSoleil sur les panneaux (kWh/m²/jour)Solaire (kWh/jour)Besoin (kWh/jour)Couverture
janv.2,455,513,94140%
févr.3,397,483,94190%
mars4,239,053,94230%
avr.4,8310,033,94255%
mai510,143,94258%
juin5,029,993,94254%
juil.5,2810,373,94264%
août5,4510,73,94272%
sept.4,889,873,94251%
oct.48,43,94214%
nov.2,575,633,94143%
déc.2,124,763,94121% ★

Liste des consommations

ChargeWh/jourPart
Éclairage32010%
Froid80025%
TV / multimédia2408%
Ordinateurs3009%
Appareils toujours allumés2408%
Pompe à eau75024%
Washing machine2297%
Autres3009%

Liste des composants

ComposantCaractéristiques
Champ PV6 × 450 W = 2,7 kWc, inclinaison 55°, azimut 180°
Parc de batteries12 × 12,8 V 100 Ah (4 en série × 3 en parallèle) = 15,4 kWh, LiFePO₄ (LFP)
Régulateur de chargeMPPT, ≥ 70 A sous 48 V (la Voc du string PV doit rester sous sa tension d’entrée maximale)
Onduleur4 kW en continu, onde sinusoïdale pure, entrée 48 V DC, surcharge ≥ 4,4 kW
Câble et fusible de batteriedimensionné pour environ 81 A en continu
  • Soleil : climatologie mensuelle de long terme NASA POWER pour 44,43, 26,1 (données intégrées du site par défaut pour le prérendu), sur panneaux à 55° / 180°, avec température des cellules et 12 % de pertes PV.
  • Chaîne énergétique : charges AC ÷ rendement de l’onduleur de 92 % + 15 W de consommation à vide → bus batterie. 60 % de cette énergie transite par la batterie avec un rendement aller-retour de 95 % ; le rendement du régulateur est de 97 %.
  • Les jours d’autonomie couvrent plusieurs jours nuageux consécutifs. Les moyennes mensuelles NASA ne montrent pas les épisodes de mauvais temps de plusieurs jours : les systèmes isolés critiques prévoient souvent 3 à 5 jours et un groupe électrogène.

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.

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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

E_dc = E_ac ÷ η_inv + P_idle × 24 h E_pv = E_dc × [(1 − f) + f ÷ RTE] f = share used via battery Array kWp = E_pv ÷ Y_design × (1 + margin) Y = kWh/kWp/day in design month Battery Wh = E_dc × days ÷ √RTE ÷ DoD ÷ k_temp Ah = Wh ÷ V_sys series = V_sys ÷ V_unit parallel = ⌈Ah ÷ Ah_unit⌉ Inverter ≥ 1.25 × peak load Controller A = array W ÷ V_sys × 1.25

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 ?
Divisez votre consommation journalière (pertes de l’onduleur comprises) par l’énergie solaire qu’un kWc fournit par jour pendant votre mois le plus sombre. Dans le sud-est de l’Europe, des panneaux inclinés pour l’hiver ne donnent qu’environ 1,6 à 1,9 kWh par kWc et par jour en décembre (0,7 à 1,0 en Allemagne) : un chalet qui consomme 3 kWh/jour y demande donc près de 2,5 kWc, et 5 kWc ou plus en Allemagne, soit plusieurs fois ce qu’il faudrait l’été pour la même consommation. En Espagne, environ 1,5 kWc suffirait.
Combien de batteries faut-il pour une installation solaire autonome ?
Capacité de la batterie = énergie journalière × jours d’autonomie ÷ profondeur de décharge (et ÷ un facteur de température par temps froid). Pour 3,8 kWh/jour, 2 jours d’autonomie et du LFP à 80 % de DoD, il faut environ 10 à 11 kWh nominaux, par exemple quatre batteries 12,8 V 100 Ah en série (48 V, 5,1 kWh), en deux ou trois branches en parallèle. Le plomb demande environ 60 % de capacité nominale en plus pour la même énergie utile, car il ne doit pas descendre sous 50 %.
Faut-il une installation autonome en 12 V, 24 V ou 48 V ?
Réservez le 12 V aux petites installations (fourgons, bateaux, petits chalets de moins d’environ 1 kW de charge). Le 24 V convient de 1 à 2,5 kW, et le 48 V au-delà. Une tension plus élevée signifie moins de courant pour la même puissance : un onduleur de 3 kW tire environ 270 A en 12 V, mais seulement 68 A environ en 48 V, ce qui permet des câbles plus fins, des fusibles plus petits et moins de pertes.
Que sont les jours d’autonomie ?
C’est le nombre de jours pendant lesquels la batterie seule peut alimenter vos charges sans aucun apport solaire. Deux jours, c’est courant pour une résidence secondaire équipée d’un groupe électrogène ; trois à cinq jours pour une habitation à l’année sous un climat nuageux ou pour des charges critiques comme du matériel télécom ou médical. Chaque jour supplémentaire ajoute une journée entière d’énergie au parc de batteries.
Régulateur MPPT ou PWM ?
Un régulateur MPPT abaisse la tension plus élevée des panneaux à celle de la batterie et récolte environ 15 à 30 % d’énergie en plus qu’un régulateur PWM, qui se contente de relier les panneaux à la batterie. Le PWM n’est acceptable que pour de toutes petites installations 12 V avec des panneaux conçus pour la charge en 12 V. Pour n’importe quel panneau actuel de 400 à 600 W, le MPPT s’impose.
Pourquoi le champ de panneaux est-il si grand par rapport à mes besoins d’été ?
Parce qu’une installation autonome doit fonctionner pendant le mois le plus sombre. Aux latitudes moyennes, décembre n’apporte qu’un quart à un tiers de l’énergie solaire de juillet : un champ dimensionné pour l’hiver produit donc de gros surplus l’été. Beaucoup de maisons en site isolé utilisent ce surplus pour l’eau chaude, ou dimensionnent sur le quatrième mois le plus sombre et couvrent le cœur de l’hiver avec un petit groupe électrogène.

Sources et références

  1. IEEE Std 1562 : Guide for Array and Battery Sizing in Stand-Alone Photovoltaic (PV) Systems
  2. IEC TS 62257 : Recommendations for renewable energy and hybrid systems for rural electrification
  3. NASA POWER : climatologie mensuelle de long terme du rayonnement solaire et de la météo
  4. Sandia National Laboratories : Stand-Alone Photovoltaic Systems, A Handbook of Recommended Design Practices (SAND87-7023)

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