Ceci est le troisième article d'une série de blogues rédigée par Craig Anderson, qui documente la conception et la construction d'une maison hors-réseau, chauffée passivement et certifiée LEED Or. Voir le premier article du blogue sur les maisons hors-réseau ici, l'aperçu. ou le deuxième article sur les choix de conception et de construction ici.
Pour le meilleur ou pour le pire, le terrain dont ma femme et moi sommes tombés amoureux se trouvait à plus d'un mille au bout d'un chemin privé, et nos quelques autres voisins n'ont que des chalets d'été. Aucun service de quelque nature que ce soit ne dessert notre chemin - pas de téléphone, pas de câble, pas de fibre optique, et bien sûr, pas de lignes électriques. Le voisin le plus proche se chauffe au bois et s'occupe de la cuisine et d'une petite production d'électricité avec du propane.
J'ai brièvement envisagé d'amener les lignes électriques jusqu'à notre site, mais une solution hors-réseau est devenue le choix évident lorsque j'ai réalisé que le prix dépasserait largement les 100 000 $ juste pour installer les poteaux électriques. J'avais déjà un grand intérêt pour l'énergie durable et l'énergie solaire, cela m'a donc donné l'élan nécessaire pour poursuivre la construction d'une maison hors-réseau.
Je vais d'abord énumérer les caractéristiques essentielles de notre système énergétique hors-réseau, puis je parlerai un peu du fonctionnement du système jusqu'à présent, ainsi que des mises à jour qui ont déjà été mises en œuvre.
Notre système de production d'électricité hors-réseau :
Panneaux photovoltaïques : 12 panneaux Solarworld de 235 watts (2820 W au total)
Panneaux supplémentaires (automne 2015) : 12 panneaux Jinko de 250 watts (3000 W au total)
Batteries : 8 batteries solaires à décharge profonde Deka, plomb-acide AGM 12V 265 Ah (un stockage nominal de 25 kWh)
Génératrice de secours : Generac Ecogen, 6 kW
Électronique :
- Contrôleur de charge Schneider MPPT 80 600
- Onduleur/Chargeur Schneider Conext SW 4048
- Schneider Combox
- Démarreur de génératrice automatique Schneider
Comment intégrer le solaire photovoltaïque avec des batteries domestiques
Tout réseau électrique commence par la production d'énergie, et notre système de production hors-réseau n'est pas différent. La plupart du temps, tous nos besoins en électricité sont fournis par des panneaux solaires. Cependant, il y a des moments où les panneaux ne peuvent pas produire assez d'énergie (la nuit et les jours nuageux) pour répondre à la demande.
Généralement, les batteries servent à stocker suffisamment d'énergie pour nous permettre de passer quelques jours sans beaucoup de soleil, mais lorsque la charge de la batterie devient trop faible, la génératrice de secours au propane se met en marche et fournit de l'électricité à la maison via un alternateur qui alimente à la fois la maison et recharge les batteries.
L'électronique assure les transformations d'énergie et les communications. Le contrôleur de charge prend l'énergie haute tension provenant des panneaux solaires et la réduit pour que juste la bonne quantité et la bonne tension (un peu plus de 48V DC) d'énergie soient transmises aux autres systèmes.
La majeure partie de cette énergie est directement injectée dans les batteries, qui stockent chimiquement cette électricité pour une utilisation ultérieure. Lorsque de l'énergie est nécessaire pour les charges de la maison, cette énergie de 48V provenant des batteries et du contrôleur de charge est acheminée vers l'onduleur, qui convertit l'énergie en courant domestique normal que l'on trouve dans n'importe quelle maison, soit un courant alternatif de 120V, qui est distribué à la maison par un panneau de disjoncteurs standard.
L'onduleur est en fait un onduleur/chargeur, donc en plus de prendre l'énergie DC des batteries et des panneaux solaires pour l'envoyer à la maison, il peut aussi convertir l'énergie AC de la génératrice (ou pour d'autres configurations, du réseau électrique) en énergie DC pour charger les batteries. Le démarreur de génératrice automatique est capable de démarrer la génératrice chaque fois que la tension de la batterie tombe en dessous d'un certain niveau, garantissant que les batteries ne sont jamais déchargées trop profondément. Enfin, le Combox fournit une interface pour contrôler tous les autres appareils, tout en pouvant se connecter à Internet, ce que j'utilise pour vérifier le système à distance et m'envoyer des mises à jour régulières de l'état du système par courriel.
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Orientation des panneaux solaires pour la production d'énergie hors réseau
Il y a une règle simple que j'ai apprise de notre installateur solaire lorsque nous discutions de la configuration de notre système : la meilleure orientation pour les panneaux fixes est plein sud, avec un angle égal à sa latitude sur Terre. Cela maximise la production annuelle d'énergie d'un panneau solaire donné. Nous sommes à 45° de latitude nord, nous devrions donc régler nos panneaux au même angle par rapport au sol. Pour nos panneaux d'origine, nous avons pu obtenir cette orientation, plein sud et à un angle de 45°.
Au cours de notre premier hiver, j'ai réalisé qu'il y a des nuances à un système hors-réseau dans le nord du pays qui ne sont pas prises en compte par cette règle simple. Il y a deux problèmes principaux à suivre cette règle. Le premier est la neige. Il s'avère que les panneaux réglés à 45° ne se débarrassent pas de la neige aussi bien que je l'espérais. La neige s'en va après un jour ou deux de temps ensoleillé, mais pendant que la neige est encore là, aucune électricité n'est produite par nos panneaux hors-réseau. Les déneiger manuellement fonctionne bien, mais nous ne sommes pas toujours là pour le faire.
Le deuxième problème est qu'une maison hors-réseau n'a pas pour but de produire le maximum d'énergie totale sur l'année, mais de toujours avoir assez d'énergie disponible pour faire fonctionner la maison. Nos charges électriques en été sont extrêmement faibles, car aucun chauffage n'est nécessaire, les jours sont longs et donc très peu d'éclairage artificiel est nécessaire, et nous passons une grande partie de notre temps à l'extérieur. En hiver, alors qu'il y a déjà moins de soleil, nos besoins en électricité sont en fait beaucoup plus élevés.
Ces deux problèmes ont une solution commune : régler les panneaux solaires à un angle beaucoup plus prononcé. Cela permet à la neige de glisser très facilement et oriente beaucoup mieux les panneaux vers le soleil d'hiver bas sur l'horizon. Bien sûr, il est également possible de contourner ces problèmes avec des choses comme des panneaux solaires réglables selon la saison, ou les systèmes de suivi solaire, beaucoup plus compliqués, mais la simplicité (et le coût réduit) des panneaux fixes est assez attrayante. J'irais même jusqu'à dire que si l'on doit avoir des panneaux fixes dans le nord des États-Unis ou au Canada sur une maison hors-réseau, les orienter davantage pour la production d'énergie en hiver est la meilleure voie à suivre.
Au cours de nos deux premiers hivers, nous étions trop dépendants de notre génératrice (peu performante) pendant l'hiver, et donc l'automne dernier, nous avons ajouté un réseau solaire supplémentaire réglé à un angle de 65° par rapport au sol. Celles-ci ont considérablement réduit le temps de fonctionnement nécessaire de la génératrice. Comme vous pouvez le voir sur la photo adjacente, les nouveaux panneaux sont également orientés un peu vers le sud-ouest. C'était intentionnel. Il y a une meilleure clairière dans les arbres vers l'ouest, et donc les nouveaux panneaux sont tournés un peu pour recevoir le soleil direct pendant une plus grande partie de la journée.
Production d'énergie hors-réseau tout au long de l'année
Enfin, j'ai joint l'estimation de la production d'énergie que mon installateur solaire a créée pour moi avant de mettre en place le système. Bien que quelques détails aient changé après que ces estimations aient été faites (notamment le doublement de notre réseau PV), il y a une mine de données ici sur notre ressource solaire locale, la consommation d'énergie prévue à notre domicile, l'efficacité des divers composants d'un système d'alimentation hors réseau, et plus encore. Pour tous les lecteurs qui pourraient envisager de construire un système hors réseau, ce sont les détails techniques que vous devrez prendre en compte. power_production_estimates.pdf
Les calculs détaillés des besoins de production d'énergie de cette maison hors réseau sont ci-dessous -
pour continuer à lire le blogue hors-réseau, trouvez la partie 4 ici, le chauffage de la maison hors-réseau
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Maîtriser la production d'électricité hors-réseau est une étape. L'appliquer concrètement à un projet de construction ou de rénovation, en est une autre. Explorez ces guides conçus pour les chantiers francais et québécois :
- Aperçu du projet : Lisez la première partie de ce blogue pour un aperçu complet du projet de maison hors-réseau.
- Systèmes de chauffage : Passez à la partie 4 pour tout savoir sur les systèmes de chauffage hors-réseau.
- Suiveurs solaires : Comment choisir entre un suiveur solaire et un support de panneau solaire fixe.
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