Calcul de panneau solaire et de batterie : le guide complet

Calcul de panneau solaire et de batterie : le guide complet

 

 

Le panneau solaire et la batterie : le guide complet 

 

L’énergie solaire est en plein développement. Qu’elle se retrouve sur votre toit ou dans votre poche avec Sunslice, il est utile de pouvoir calculer la durée de charge d’une batterie avec un panneau solaire, en passant par sa capacité et la puissance du panneau solaire.

Ce guide expliquera en détail les calculs qui s’appliquent tout aussi bien pour un chargeur solaire portable que pour une installation plus conséquente.

 

Watt crète, watt heure, mAh… : se retrouver dans les unités 

Bien comprendre les unités est la première étape. Une fois comprises, vous avez déjà fait la moitié du travail.

La totalité des explications qui vont suivre va se baser sur le concept de la puissance électrique. La puissance électrique mesure un débit d’énergie électrique, et est mesurée en Watt [W].

 

Les unités relatives au panneau solaire :

Comme on achète de la nourriture en euros par kilogramme [€/kg], les panneaux solaires s’achètent en euros par Watt crète [€/Wc]. Les fabricants doivent donc mesurer la puissance crète de leurs panneaux solaires selon un standard international de mesure : les STC (standard testing conditions). Ces conditions sont fixées à 1000W/m², à une température de 25°C, ce qui correspond à des conditions optimales.  

 

Watt crète [Wc] : La puissance électrique maximale qu’un panneau solaire peut atteindre, en conditions de laboratoire. C’est cette valeur qui est présentée lors de la vente d’une installation ou d’un produit solaire.

Watt [W] : La puissance électrique réelle qui sort de votre panneau solaire. En effet, entre les mesures de laboratoire et ce que vous obtiendrez dans la vraie vie, la différence peut être importante.

 

En effet, un panneau solaire est sensible à la chaleur et à l’intensité lumineuse à laquelle il est soumis. Un panneau solaire d’une puissance crète indiquée de 100Wc pourrait très bien fournir une puissance de 30W ou moins, si le moindre petit nuage se balade au-dessus, si le panneau solaire n’est pas bien incliné, s’il fait très chaud etc.

La puissance réelle de votre panneau solaire est alors bien différente à la puissance crète pour laquelle vous avez payé.

 

Les unités relatives à la batterie

Une batterie va stocker une charge électrique via un procédé chimique réversible. En injectant de l’énergie dans la batterie, elle se rechargera, plus au moins vite en fonction de la puissance (débit énergétique) injectée.

 

Watt [W] : Mesure la puissance électrique entrant ou sortant de la batterie – directement lié à sa vitesse de charge et de décharge. Une batterie externe Sunslice Gravity 20 sortira par exemple jusqu’à 18W en chargeant un smartphone.

Watt heure [Wh] : Une mesure de la capacité totale de la batterie. En multipliant un débit et une durée, vous obtenez une contenance. Cette mesure indique donc pendant combien d’heures la batterie va être capable de fournir une certaine puissance de sortie. Par exemple, une batterie externe Sunslice Gravity 20 possède une capacité de 74Wh, et pourra donc recharger un appareil pendant 4,11 heures avec une puissance de 18W, ou encore pendant 7,4h avec une puissance de sortie de 10W.

Milli-Ampère Heure [mAh] : Une autre mesure de la capacité de la batterie, souvent utilisées pour des plus petites capacités telles qu’une batterie externe - powerbank. Elle peut également se convertir en Wh.

 

Comment convertir des Ah en mAh en Wh ?

 

Comme leur nom l’indique, les Ampères heure sont la multiplication d’un courant (Ampère) et d’une mesure de temps (heure). Il s’agit alors de la quantité de charge totale accumulée lorsqu’un certain courant (débit d’électrons) est récolté pendant un certain temps.

Le concept de l’Ampère heure est cependant légèrement trompeur car il omet un détail fondamental : à quelle tension ? En effet, cette information est souvent indiquée ailleurs (e.g. Batterie 12V – 100Ah) ou encore sous-entendu (pour les batteries Lithium-ion, la tension d’opération moyenne est de 3,7V). Sans cette information, il est impossible de déterminer la capacité de la batterie, et de la comparer à d’autres modèles.

Pour calculer la capacité en Wh, il faut multiplier la valeur en Ampère heure avec la tension pour obtenir la capacité de la batterie :

P= V∙I 

P∙t=(V∙I)∙t

Watt∙heure=Volt∙Ampère∙heure

 

Et les mAh ?

 

Un milliampère est simplement un millième d’ampère. Vous pouvez donc convertir une capacité donnée en mAh vers des Wh en faisant :

 
Watt∙heure=Volt∙(milliampère∙heure)/1000

 

Il vous faudra donc trouver la tension de la batterie pour que le calcul soit correct. Pour la majorité des appareils électronique fonctionnant avec des batteries au lithium, cette valeur de référence sera 3,7V.

Exemple : La batterie solaire portable Sunslice Photon possède une capacité de 4’000mAh, et fonctionne avec une batterie lithium à 3,7V. La capacité en Wh est donc de

 3,7 V ×  (4000 mAh)/1000  = 14,8 Wh

Etant donné que la majorité des appareils fonctionnent avec une seule cellule au lithium à 3.7V, vous pouvez comparer les mesures de mAh entre elles sans problème. Dès que vous comparez des appareils qui fonctionnent avec des sources d’énergie différentes, il faudra convertir en Wh.

Exemple : La Station de charge / batterie solaire externe pour van Gravity 500 possède une batterie de 135'000 mAh, ce qui équivaut à 500Wh. Pour comparer avec une batterie de voiture 12V-74Ah, vous pouvez calculer la capacité : 12V x 74Ah = 888Wh.

 

Combien de temps pour recharger ma batterie solaire portable ?

 

Maintenant que vous maîtrisez les concepts et les unités, vous pouvez calculer le temps nécessaire pour charger votre batterie solaire portable :

 temps nécessaire à la charge [h] =   Capacité de la batterie [Wh]              
                                                             Puissance du panneau solaire [W]                                                                

 

Cependant, il est fort probable que vous ayez à votre disposition la mesure de la puissance crète du panneau solaire, et non la mesure de la puissance réelle qu’il produit dans les conditions auxquelles il est soumis. Ce calcul vous donnera donc la durée de charge minimum, possible seulement s’il est exposé sous des conditions optimales.   

 

Entre la théorie et la réalité : ce qu’il faut savoir

 

Les calculs présentés ci-dessus permettent de faire des estimations dans un monde parfait. Malheureusement, nous savons tous que la réalité est bien plus complexe et que les subtilités du monde réel ont tendance à faire diverger la théorie et la pratique.

Panneaux solaires:

Un panneau solaire est sensible à plusieurs facteurs.

Le facteur principal est l’intensité lumineuse qu’il reçoit. Heureusement, le soleil brille de manière (plus ou moins) constante, et la terre reçoit 1360 W/m² à l’extérieur de son atmosphère. Mais l’intensité lumineuse qui arrivera à la surface de la terre peut être considérablement réduite, et varie en fonction de

  • La position géographique
  • La saison
  • L’heure de la journée
  • L’orientation du panneau solaire par rapport au soleil
  • La météo (nuages, humidité)

 

Le deuxième facteur secondaire mais important tout de même, est la température. En effet, les panneaux solaires voient leur rendement baisser lorsque la température augmente. La température du panneau solaire dépendra :

  • De l’intensité lumineuse qu’il reçoit
  • De la température de l’air ambiant
  • Du vent
  • Si le panneau solaire est bien aéré à l’arrière

 

Enfin, certaines caractéristiques du panneau solaire auront une influence sur sa puissance de sortie :

  • La propreté du panneau solaire
  • Le choix du matériau recouvrant la cellule solaire
  • L’âge du panneau solaire
  • La qualité des cellules et la résistance aux microfissures
  • Les pertes ohmiques internes lors de la récolte et de la transmission de la puissance.

 

Batteries

Les batteries sont moins sensibles à leur environnement que les panneaux solaires. Cependant, voici quelques aspects importants à savoir sur les batteries :

Pertes de conversions

Une batterie externe portable (powerbank) se recharge historiquement avec une tension de 5V pour fonctionner avec les protocoles USB (récemment aussi avec des tensions plus élevées telles que 9V et 12V).  Cependant, la cellule en lithium nécessite une tension autour de 3,7V. Afin de ne pas endommager la cellule en lithium, il est nécessaire de convertir la tension de 5V en 3,7V au travers un circuit de conversion. Lorsque la batterie se décharge, ce procédé est inversé, et la tension doit être augmentée de 3,7V à 5V pour pouvoir recharger un appareil portable.

Cette conversion est malheureusement accompagnée de pertes, et une partie de l’énergie qui était stockée dans la batterie sera perdue.

De plus, lorsque l’appareil se recharge depuis votre batterie externe portable, il va lui-même devoir faire redescendre la tension pour recharger sa propre batterie, ce qui engendrera des pertes supplémentaires.

 

Ces pertes dépendent de la qualité du circuit de régulation qui est intégré dans le produit. Un produit peu-onéreux sera souvent susceptible d’être équipé d’un circuit moins optimisé.

Vitesse de charge

Au plus la batterie se décharge rapidement, au plus son courant de sortie sera élevé. Une augmentation du courant de sortie engendrera également des pertes internes plus élevées, signifiant qu’il restera moins d’énergie à transmettre à votre smartphone ou autre appareil portable. Avoir une batterie qui recharge plus lentement vos appareils présente dès lors un avantage en ce sens.

 

Quelle capacité doit avoir ma batterie externe pour recharger mon smartphone?

Vous pouvez estimer la capacité qui vous convient le mieux en cherchant la capacité de la batterie qui équipe votre smartphone. Une rapide recherche sur Google vous permettra de trouver cette information.   

Une fois que vous avez trouvé cette information, déterminez combien de fois vous souhaitez que la batterie soit capable de recharger votre téléphone. Vous pourrez ensuite appliquer la formule suivante:

 

Capacité souhaitée = capacité de votre smartphone × nombre de recharges × 1,25

Exemple: Un iPhoneX possède une batterie de 2716mAh, et vous souhaitez une batterie externe qui puisse le charger au moins 2 fois. La capacité qu'il vous faut est donc de 2716 × 2 × 1,25 = 6790 mAh. 

 

Combien de fois ma batterie externe pourra-t-elle recharger mon téléphone?

A l'inverse, vous pouvez aussi calculer combien de fois vous pouvez vous attendre à ce que la batterie recharge votre appareil, en procédant à la réflexion inverse. 

nombre de recharges =            Capacité de ma batterie externe           
                                             capacité de votre smartphone × 1,25 

Exemple: Vous souhaitez acquérir une batterie externe portable Sunslice Gravity 20 ayant une capacité de 20000 mAh. Elle sera capable de recharger un iPhoneX 20'000 / 2'716 / 1,25 = 5,89 fois.   

 

L’importance du rendement des panneaux solaires

 

Une des caractéristiques les plus discutées dans l’univers du panneau solaire est le rendement énergétique. Mais qu’est-ce que c’est exactement ?

 

Le rendement d’un panneau solaire est défini comme la puissance qu’un panneau solaire va pouvoir générer à partir de la puissance lumineuse qui lui est fournie :

 Rendement =  puissance électrique générée par le panneau solaire [W/m²]
                                      puissance lumineuse incidente [W/m²]   

 

Comme il s’agit d’un rapport de puissances surfaciques et que nous divisons des Watts/m² par des Watts/m², le rendement n’a pas d’unité. Il est dit adimensionnel.

 

Nous savons que la puissance lumineuse incidente est fixée par l’environnement, et varie donc entre 1360W/m² (en haute altitude, sans nuages) et 0W/m² (la nuit). Cette variable est donc hors de notre contrôle.

Le rendement du panneau solaire va donc déterminer la quantité d’énergie électrique produite par mètre carré.  Un panneau avec un rendement à 20% demandera donc deux fois moins de surface pour produire la même quantité qu’un panneau ayant un rendement de 10%.

Pourquoi ne pas prendre le meilleur rendement dans tous les cas ?

Un panneau solaire ayant un bon rendement vas généralement coûter plus cher qu’un panneau solaire avec un rendement plus bas, à cause des procédés de fabrication plus récents et complexes.

Il existe des cellules solaires ayant des rendements allant jusqu’à 40%.  Ils ne sont pas utilisés à grande échelle car leur prix par Watt peut être jusqu’à 100 fois plus élevé que pour des panneaux résidentiels. Cela n’aurait donc pas de sens car ils ne seraient dès lors jamais rentabilisés. Ce type de cellules n’est utilisé que par des applications où la taille et le poids sont les facteurs les plus importants, et où le coût est secondaire (comme dans les satellites par exemple).

Il faut donc faire un choix judicieux en fonction de vos besoins. Posséder des panneaux solaires ayant un rendement plus faible n’est pas nécessairement une mauvaise chose si vous avez suffisamment de place sur votre toit ou sur votre terrain, car ils vous permettront de réduire le prix total de votre installation et donc de la rentabiliser plus rapidement. Bien sûr, il faut prendre en compte d’autres facteurs tels que la qualité du panneau solaire, sa résistance à la chaleur, sa résistance aux impacts, son espérance de vie afin de faire le meilleur choix en fonction de votre situation.   

Chez Sunslice, notre objectif est de fabriquer des chargeurs solaire portables performants, ultra compacts, légers, de bonne qualité tout en restant abordables.

Pour notre batterie solaire portable Sunslice Photon et Sunslice Electron, nous avons opté pour des cellules monocristallines à haut rendement, plus chères, mais avec un rendement supérieur et qui produisent donc plus d’énergie par unité de surface. Ceci permet à ces batteries solaires portables d’être plus compactes, légères et performantes que nos concurrents.

Pour notre panneau solaire portable souple Fusion Flex, nous avons opté pour des cellules de la technologie CIGS, ayant un rendement légèrement moins élevé que le monocristallin, mais qui ont l’avantage d’être souples et beaucoup plus légères. Cela nous permet dès lors d’obtenir un produit qui sera, à puissance égale, légèrement plus grand mais jusqu’à 40% plus léger que la concurrence.

 

Quel panneau solaire pour recharger ma batterie (12v 100ah par exemple) ?

Si vous possédez déjà une batterie et que vous cherchez un panneau solaire adéquat pour la recharger, voici les points importants à savoir:

  1. Premièrement, il vous faudra un panneau solaire dont la tension nominale est au moins la même que la tension de votre batterie, idéalement 10% à 20% plus élevée. Par exemple, si vous rechargez une batterie 12V 200ah, un panneau solaire avec une tension nominale entre 12V à 14V sera l'idéal. 

  2. Que votre batterie 12v 200ah soit une batterie gel, ou au lithium ou acide-plomb, il est fortement recommandé d'utiliser un régulateur de charge adapté à la composition, PWM ou MPPT (plus efficace mais plus cher). Sans cela, vous risqueriez de surcharger votre batterie et de l'endommager, réduisant fortement sa durée de vie.  

 

Comment calculer la production de mon installation solaire ?

 

Vous songez à faire installer des panneaux solaires sur votre toit et souhaitez estimer la quantité d’énergie qu’ils produiront, pour savoir à quelle vitesse ils se rentabiliseront ? Voici comment faire :

Commencez par repérez le potentiel solaire de la zone où vous vous trouvez sur la carte ci-dessous :

 

potentiel solaire installation solaire photovoltaique

 

Vous pouvez ensuite calculer la quantité d’énergie produite annuellement en multipliant cette valeur par la taille de votre installation:
Production annuelle [kWh]= Potentiel annuel[kWh/kWc] ×Puissance de l'installation [kWc]

 

Cette formule vous permettra d’estimer rapidement la production d’électricité annuelle à laquelle vous pouvez vous attendre, pour un panneau solaire bien orienté.

Il s’agit évidemment d’une simplification, car plus de paramètres seraient nécessaires pour obtenir un résultat précis, mais qui permet d’avoir une solution à +-10%.

Exemple : en Belgique, où le potentiel solaire annuel est de 950 kWh/kWc, une installation de 8kWc donnera une production annuelle de 950 x 8 = 7600 kWh ou encore 7,6 MWh.

Une fois la puissance de votre installation calculée, vous pourrez déterminer le retour financier annuel de votre installation solaire en trouvant le prix/MWh applicable dans votre pays.

Exemple : En Belgique, le prix du MWh est actuellement de €217 TTC. Notre installation Belge qui produit 7,6MWh sur l’année nous épargne donc 217 x 7,6 = €1650 par an. Si l’installation a coûté €15'000, elle sera rentabilisée sur 9 ans et continuera à vous épargner €1650 par an jusqu’à la fin de sa vie.

 

Est-il donc avantageux d'avoir des panneaux solaires?

En prenant l'exemple du paragraphe précédent, nous voyons tout de suite qu'une installation solaire, une fois rentabilisée, sera financièrement avantageuse durant toute sa durée de vie. Les installations solaires sont la plupart du temps garanties pour un fonctionnement à 80% de leur valeur initiale après 20 ans, et peuvent même excéder ces durées de vie. 

Le prix de l'électricité provenant de votre fournisseur sur le réseau electrique est composé de 3 "coûts" distincts: 

  1. Le coût de l'électricité elle même - environs 40%
  2. Les frais de réseau (coût de distribution) - environs 40% 
  3. La TVA (pour les particuliers) - 20% (en France). 

Produire sa propre électricité sur place permet donc d'éviter de payer les frais de réseau et la TVA sur l'électricité qui a été autoconsommée. De plus, avoir sa propre source d'énergie permet d'être partiellement indépendant du réseau et donc d'être autonome en cas de coupure de courant ou de catastrophe naturelle.  

Pas que des avantages : ce qu'il faut savoir

En fonction de vos choix d'installations, cela peut se compliquer un peu. En effet, si vous raccordez votre installation solaire au réseau, il est probable que vous injectiez une partie de votre électricité sur le réseau, lorsque vous n'en avez pas besoin au moment où elle est produite.     

Auparavant, en Belgique, cette électricité était rachetée par le réseau (d'où le fameux "compteur qui tourne à l'envers"), rentabilisant l'installation solaire dès qu'elle produisait de l'électricité. Cependant, depuis quelques années, la règle a changé, et l'électricité ré-injectée sur le réseau n'est plus rachetée, et est en plus sujette à une taxe d'injection, ce qui diminue le rendement financier du panneau solaire. Il est donc important de bien se renseigner sur la régulation en vigueur dans votre région ou pays. 

Pour éviter cela, deux solutions sont possibles: 

  1. Autoconsommation (sans revente) d'un maximum l'électricité produite - c'est à dire utiliser l'électricité au moment où elle est produite (e.g: Faire tourner la machine à laver à midi lorsqu'il fait beau).
     
  2. Stocker le surplus d'électricité afin de ne rien ré-injecter dans le réseau. Pour y parvenir, il faudra vous équipper d'un système de stockage par batterie spécialisé, tels que la Tesla Powerwall par exemple (1, 2 ou 3)

 

 Installation de panneaux solaires: peut-on le faire soi-même?

Etant donné le prix élevé d'une installation solaire, il est pertinent de se demander si l'installer soi-même ne sera pas plus avantageux. Effectivement, dans certains cas, c'est le cas.

Installation sur toitures

Si vous souhaitez installer des panneaux solaires sur le toit de votre maison, il est préférable de passer par des professionnels. Opérer sur une toiture demande de l'expérience et de l'équipement spécialisé. Une erreur de montage des panneaux solaires risquerait d'endommager votre toit et d'endommager votre installation solaire, sans compter les dangers de chute qui peuvent être mortelles. 

De plus, le raccord au réseau doit répondre aux normes électriques, et il est donc préférable qu'il soit effectué par un électricien. 

Pour une installation de ce type, nous déconseillons fortement de le faire soi-même. 

Sunslice ne propose malheureusement pas encore de tuiles solaires comme celles du fameux toit solaire "Tesla solar roof", mais si cela vous intéresserait, ne manquez pas de nous en faire part en commentaire! 

telsa solar roof

 

Installation au sol

Une bonne alternative à l'installation sur toiture est de construire une installation solaire au sol. Les dangers de chute sont quasiment éliminés, et la prise au vent des panneaux solaires sera également réduite, ce qui permettra à quelqu'un de bricoleur de construire une installation solaire à coût réduit. Des kits solaires sont disponibles sur internet pour vous fournir les panneaux, régulateurs et éventuellement des batteries. 

Evidemment il faut avoir accès à suffisamment de place. Certaines régions sont également susceptibles d'exiger l'obtention un permis de bâtir pour ce genre d'installations, pensez-donc bien à vous renseigner avant d'entreprendre un tel projet. 

Ici encore, si vous décidez de vous raccorder au réseau électrique, nous vous recommandons de faire appel à un électricien. 

 

Panneaux solaires et batteries pour camping-car, cabane isolée, caravane ou une petite maison autonome

Avoir accès à l'électricité dans votre cabane de jardin ou dans votre tiny house est souvent essentiel. Cependant, il est souvent contraignant voire impossible d'y tirer un câble pour avoir un accès au réseau électrique. Une petite installation solaire peut dès lors fournir une excellent alternative!

Ce genre d'installation peut être très facilement et rapidement réalisé soi-même, sans avoir besoin de connaissances en electricité, grâce aux générateurs solaires de Sunslice. Nos générateurs solaires tout-en-un offrent:

  • Des prises 220V - identiques au réseau 
  • Une batterie à haute capacité intégrée 
  • Des prises USB et DC pour alimenter vos appareils, lampes etc
  • Une puissante source lumineuse
  • Régulateur solaire MPPT intégré  

En un seul branchement, les panneaux solaires pliables se connectent à la batterie et permettent d'avoir une installation complète à faible coût sans frais ou d'efforts d'installation. Ils forment un véritable kit production électrique autonome, idéal pour un mobile home, site isolé ou pour l'autoconsommation de votre panneau solaire à la maison tout simplement !

 

générateur solaire portable

 

Il s'agit de batteries externes solaires de plus de 50000mah. 

Notre Gravity 756, proposée en kit panneau solaire camping-car 150w sera idéale pour un fourgon egalement, rendant le montage du panneau solaire sur le fourgon plus facile. 

Notre modèle Gravity 2560 (à paraître) est idéal si vous cherchez une batterie pour un panneau solaire allant jusqu'à 300w.

Nous travaillons actuellement sur des kits solaires complets avec batterie pour maisons. Si cela vous intéresse, n'hésitez pas à nous contacter!

 

J'espère que cet article vous a été utile et que le chargement d'une batteries par un panneau solaire ne comporte à présent plus de secrets pour vous. N'hésitez pas à nous communiquer vos impressions dans les commentaires ci-dessous, où à nous faire parvenir vos suggestions par email via le formulaire de contact de notre site web !

 


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