Choix, installation et utilisation de panneaux solaires

Note de la Direction: cet article a été écrit par un de nos Membres Privilégiés, Yves Auger, technicien en électrodynamique, qui est également Membre du Forum VRcamping -- http://forum.vrcamping.com/index.php -- sous le pseudonyme « ggtronic » et que nous remercions pour sa très aimable collaboration.

Nécessité, avantages et inconvénients
Êtes vous un bon candidat pour cette source d`énergie ?

• Campez-vous plus de 2 jours de suite sans aucun service?
• Utilisez-vous plusieurs appareils électriques pendant vos séjours sans service?
• Appréciez-vous l’environnement calme, sans bruit et désirez-vous offrir le même avantage à vos voisins campeurs?
• Votre VR est-il souvent stationné/entreposé dans des endroits sans électricité?
• Voulez-vous alléger votre VR, vous passer de génératrice et y avoir le moins de batteries possible?
• Vous êtes alors un bon candidat à l’énergie solaire!

Les situations qui suivent ne conviennent toutefois pas à l`énergie solaire ou requièrent une autre source supplémentaire telle une génératrice:

• Si vous devez utiliser un climatiseur de toit gros modèle (120VAC)
• Si vous avez besoin de chauffer (fournaise au propane) pour de longues périodes (plus de 8 heures par jour)

Choix de la puissance



Compte tenu du prix des panneaux solaires, il vous faudra tout d`abord être prêt à investir un minimum de 200$ et bien connaître les capacités de votre installation. Pour ce prix, vous obtiendrez seulement un panneau de 15 watts bas de gamme, son régulateur, et la quincaillerie nécéssaire. Je déconseille tous les petits panneaux (de moins de 15 watts) qui vous donneront très peu de puissance pour votre argent (watts/ $). Le mieux serait de passer directement a un panneau d'une puissance de 70 watts (ou plus) de type cristallin.

Le prix des panneaux solaires a beaucoup augmenté depuis 2 ans à cause de la demande croissante qui dépasse l'offre ,de la capacité des fabrication et de l'augmentation du prix des matières premières. Au moment d'écrire cet article(juillet 2006), les meilleurs prix se situe a environ 7$ a 8$ le watt (pour les consommateurs Québécois) , pour des panneaux de bonne qualité. Pour les panneaux de plus haute qualités (meilleure efficacité à haute température ou par faible ensoleillement), ça grimpe à 8 ou 9$ le watt...si vous en trouvez ! Les fournisseurs ont parfois des délais de plusieurs semaines / mois avant livraison. Assurez vous que votre fournisseur a en magasin ce qu'il vous propose !

Voici un excellent site pour les prix du marché (USA et Europe seulement) http://www.solarbuzz.com/ . Le prix du grossiste pour les panneaux solaires est de 4.16$ US soit le prix que paient également nos fournisseurs ici au Québec. 

L’ajout de panneaux solaires doit servir a prolonger votre autonomie et non pas a fournir toute la puissance nécessaires en temps réel. La réserve déjà accumulée dans votre batterie accessoire devient donc essentielle !

Le faible taux de rendements des panneaux offerts sur le marché actuellement nous oblige à opter pour un panneau beaucoup plus puissant que les appareils que vous voulez alimenter. Considérez que :

• Lors d`une belle journée plein soleil et avec un bon angle de réception, vous n’aurez que 4 heures d’ensoleillement efficace par jour.
• 50% de vos séjours sans service auront-ils lieu lors de mauvais temps? (Nuages, pluie, etc.)
• L`angle d`inclinaison n'est pas idéale sur un VR à cause de l’installation à plat sur le toit de celui-ci.

Ces facteurs affectent le rendement, et vous n’accumulerez guère plus de 4 heures continue d`utilisation de la puissance offerte par votre panneau pour une journée complète d’exposition en plein soleil. Pour être plus réaliste, on peut même s'attendre a 2 heures dans des situations de passage nuageux, et une forêt d'arbre entourant votre VR.

Par contre, si l’on considère la réserve de votre batterie que vous pouvez dépenser pendant votre séjour, votre panneau solaire pourra possiblement doubler votre autonomie ou même plus !

Exemple de consommation  : 

Ordinateur portable : 70 watts

4 lampes 12 volts type 1141 : 70 watts

Même éclairage que les 1141 avec halogène : 40 watts ou moins

Même éclairage que les 1141 avec néon : 28 watts ou moins

Même éclairage que les 1141 avec LED : 8 watts ou moins

Chauffage au propane : 35 watts (ventilation)

Pompes à circulation d’eau "Shurflow" : 35 watts (ou plus)

Avec l’énergie d'une grosse journée d’ensoleillement et un panneau de 70 watts, on peut accumuler 280 watts/heure si aucun arbre ou objet ne bloque le soleil pendant la journée.

Ce qui correspond à :

2 heures de fonctionnement de votre portable (ou visionner un film)
+2 heures de chauffage
+1 heure avec 4 lampes 1141 allumées.

Les appareils les plus efficaces sont la clé du succès pour profiter de la réserve de votre batterie et le surplus donné par l’énergie solaire. Il faut opter pour des néons ou des LED pour votre éclairage et, si vous en avez un, un ordinateur portable plutôt qu'une grosse télé pour du cinéma. Si vous avez des appareils énergivores (comme un micro-ondes qui devrait se limiter a 600 watts pour un VR), démarrez si possible le moteur de votre VR pendant la consommation de cet appareil ou utilisez votre génératrice.

Choix et achat du panneau

Il existe plusieurs types de panneaux solaires et diverses efficacités qui s’y rattachent. Voici quelques marques les plus souvent offertes au Québec:

SHELL (inclus SIEMENS), BP SOLAR, KYOCERA, SHARP, ENNERWATT (marque maison, autre fabriquant impliqué), ICP (panneaux de type amorphe)

Voici des liens qui expliquent les principes de fonctionnement :

http://www1.eere.energy.gov/solar/photovoltaics.html
http://www.partsonsale.com/learnrv.htm

Voici 2 catégories de panneaux solaires photovoltaïques :

Monocristallin et Polycristallin

Les plus répandus, meilleur ratio qualité/prix, plusieurs procédés de fabrication selon les manufacturiers.

Amorphe 

Les « bas de gamme », souvent offerts dans les magasins à grandes surfaces. Rendement douteux à très long terme, efficacité moindre. Ce type de panneau ne devrait pas être vendu plus de 6$ le watt. Sont reconnaissables par leur surface uniforme (couleur et finition).

Les différentes efficacités des types de cristallin offerts sur le marché auront surtout rapport avec la surface nécessaire (mètre carré) pour produire la puissance voulue.

Dans notre cas (VR) , quelques centimètres carrés de plus ne justifient pas le prix des modèles les plus dispendieux.

Par contre, si vous passez beaucoup de temps dans le sud, dans des endroits très chaud, assurez-vous que votre panneau a une bonne efficacité à haute température.

Voir les spécifications de mon panneau SHELL SQ-70 ici. Mon nouveau panneau que j'ai testé pour cet article est un type monocristallin. Lors des différents tests que j`ai effectués a 22 degrés celcius de température ambiante, mon panneau a souvent atteint 42 degrés C , ce qui est près des températures qui affectent le rendement de vos panneaux . Voir ce document pour un exemple de panneau haute efficacité.

Pour le moment, c’est votre fournisseur local qui sera maître des choix qui vous seront offerts. Il y a peu de marques disponibles au Québec. Voici une liste des fabricants:

http://www.solarbuzz.com/solarindex/CellManufacturers.htm
http://www.consumerenergycenter.org/cgi-bin/eligible_pvmodules.cgi



Voici quelques points techniques à vérifier pour avoir un indice de la qualité du panneau qui vous est proposé:

• La date de fabrication (témoins de la nouvelle technologie utilisée pour la fabrication de votre panneau et de son efficacité). Dans ce domaine, un panneau fabriqué il y a 2 ans est vite dépassé... et le prix doit aller en conséquence...
• La valeur efficace minimale garantie par le fabriquant (pourcentage d’erreur possible, 65W pour la fiche ci-jointe)
• Le courant maximum livrable (haute intensité nécessaire lorsque la tension de travail est basse ).
• La puissance et la performance du panneau à haute température (les panneaux solaires ont une baisse marquée d’efficacité à haute température).Moins important si vous ne séjournez pas à l'extérieur du Québec.
• Les bons fabricants offrent la courbe de rendement dans leur fiche technique. (Pmpp a 46 degré C dans la fiche ci-jointe)
• La garantie du fabricant et ce qu’elle couvre.
• Les différentes combinaisons parallèle/série des cellules, et l’ajout de diodes de dérivation favorisent l’efficacité a faible luminosité, ou lorsque des objets cachent une partie du panneau pendant son fonctionnement. Certains panneaux ont plus de cellules pour obtenir une tension approprié même a faible luminosité .
• Type de verre utilisé (réflexion/ conservation de l’énergie)
• Solidité de la construction, pour usage sur les routes du Québec

Installation

Il faut avoir de bonnes connaissances en électricité pour faire tous ces branchements soi-même. Et il serait dommage d'abîmer vos composantes à cause d'une erreur. Même principe pour l'installation du panneau sur votre toit de VR. Tout le travail nécessaire est assez long s'il est bien fait. Il faut compter un bon 4 heures facturé au tarif de votre installateur pour ce travail délicat.

Emplacements



Compte tenu du prix de cet équipement, il est préférable de choisir un emplacement discret sur le toit de votre VR. Votre panneau pourrait devenir tentant et 500$ "vite gagné" pour certaines personnes mal intentionnées qui le verraient facilement accessible à partir du sol ! Les panneaux doivent êtres soulevés de quelques centimètres pour éviter la surchauffe et une installation aux abords de votre VR le rendrait un peu trop visible à partir du sol croyons-nous, les bris accidentels devant être pris en considération .

Votre intérêt pour cette énergie gratuite risque de grandir, et les prix baisseront peut être éventuellement ? Donc envisagez tout de suite l'installation de 1 ou 2 autres panneaux supplémentaire, surtout pour les gros VR (Classe A ou C de plus de 24 pieds). Je suggère de laisser le double des montants d'aluminium nécessaire pour accueillir ces ajouts. Le filage qui entre dans votre VR devrait lui aussi pouvoir satisfaire et prévoir des ajouts de panneaux ultérieurement (calibre de fils plus gros que nécessaire).

Régulateur

Important : les panneaux solaires ont tous une limitation assez basse en courant, tel que mentionné sur leur plaque signalétique. Il faut additionner ces courants pour déterminer le type de régulateur nécessaire, plus une marge de manoeuvre pour une expansion de votre système et une autre marge pour sécurité et fiabilité.

Pour un gros VR, je conseille un minimum de 12 a 20 ampères comme régulateur et de 7 a 12 pour les plus petits VR, Class B ou autres (caravane, tente roulotte, etc.) Si vous choisissez un régulateur trop petit, votre ancien sera un gaspillage d'argent advenant un ajout supplémentaire de panneaux .

Les gens qui investissent autant dans ces installations aiment bien visualiser le rendement de leur système. Les régulateurs plus avancés peuvent vous donner une lecture de voltage, courant DC et même watts/heures! (voir l'article de Stéphane Legault sur les compteurs de consommation électrique). Certains régulateurs ont des caractéristiques beaucoup plus avancé appelé MPPT (Maximum Power Point Tracking), qui augmente l'efficacité de votre installation, mais coûte très cher (plus approprié pour les installations de plus grande puissances, sur les gros VR) .Certains régulateurs haut de gamme ont parfois une sonde de température pour votre batterie, pour en éviter la surchauffe.

Voici des liens qui expliquent bien les caractéristiques de ces régulateurs:

http://em.ucv.ro/eLEE/EN

http://www.solar-electric.com/

Document sur les gains obtenu avec ce type de régulateur

Ces régulateurs MPPT permettent de récupérer de la puissance perdue dans certaines circonstances.

Exemple de gains :

Si votre batterie est déchargée (40% restant), et son voltage se situe a 11.9 volts , lorsque votre panneau solaire débutera la charge , il sera soumis a une grosse demande, et atteindra vite son courant maximum (5.15 ampères pour mon panneau SQ-70). Si on calcule le rendement à ce point précis, 5.15A X 12 volts = 61 watts, le panneau ne peut donner son plein rendement !.

Avec cette situation , le procédé MPPT isole le panneau et fait une conversion de la puissance pour maintenir au moins 13.6 volts aux bornes de ce dernier, et envoie toute cette puissance a une tension inférieur ( DC to DC converter ).

Les régulateurs de qualité ont plusieurs points en commun avec les nouveaux types de chargeur "intelligent" apparus dernièrement sur le marché. Ils comportent quelques fois 3 étapes de charge:

1. Charge de base, courant disponible de votre panneau. Cette étape démarre lorsque votre batterie descend sous 13 volts au repos, et certains régulateur ont un ajustement pour ce point.
2. Recherche de voltage maximum atteint (14.4 volts), puis période de repos (surveillance du voltage de votre batterie)
3. Un troisième mode (pas toujours présent) ne laisse plus dépasser 13.2 volts à votre batterie et utilise la puissance de votre panneau solaire au besoin pour conserver cette tension(ce mode évite d'atteindre trop souvent le 14.4 volts , qui provoque l'évaporation du liquides des cellules a long terme)

Je recommande de choisir un régulateur de qualité car ces modèles plus "haut de gamme" ne font pas une grosse différence sur le prix de votre installation par rapport au prix très élevé de votre panneau solaire ! Les modèles avec affichage (LED ou voltmètres) sont intéressants s' ils sont installés dans un endroit visible dans votre VR. Pour les gros VR, le prix de ce régulateur pourra facilement atteindre 100$ a 300$ ! Dans les petit VR, ou dans le cas ou l'affichage n'est pas souhaité, ce sera 30$ a 75$ pour un plus petit régulateur de base .

Dans mon cas, mon ancien panneau produit 15 watts (0.9 amp max) et le nouveau 70 watts mentionne 5.15 amps maximum, total de 6.05 amps, ce qui me laisse une petite marge pour mon régulateur 7 ampères déjà en place. Et je suis satisfait de ce régulateur bas de gamme qui m'a coûté seulement 20$ ! Je songe quand même a changer mon régulateur pour profiter de l'affichage avancé que procurent les modèles MPPT, ainsi que leur 2 ou 3 palliers de charge très précis.

Branchement



Le câblage exposé à l'air libre sur votre toit devrait avoir une qualité supérieure, afin d'éviter sa détérioration causée par les rayons UV, pluies acides, etc. Une fois à l'intérieur de votre VR, la qualité importe peu, sauf pour le calibre. Ici aussi, le calibre du fil doit faire face à une expansion et le faible voltage requiert lui aussi une meilleur marge de manoeuvre. Un calibre # 10 (30 ampères ) devrait suffire amplement pour les gros VR et un peu moins pour les autres petites installations. Pour les fils extérieurs, un fil a brin multiple mou, étamé (enduit de plombs) est préférable.

Dans mon cas, un # 14 (15 ampères) donne une excellente marge de manoeuvre pour mes 6 ampères occasionnels.

Il est risqué de faire des trous dans votre toit à cause des possibilités d'infiltrations d'eau. J'ai préféré utiliser l'accès de ventilation de mon frigo (fils le plus loin possible des éléments très chaud à l'arrière du frigo). Le tuyau de ventilation de votre plomberie est aussi une option, mais le scellage du fils à sa sortie est problématique...

Une bonne protection par fusible est nécessaire à la sortie de votre régulateur, surtout pour protéger le courant élevé que peut générer votre batterie. Une autre fusible peut protéger la sotie du panneau solaire, selon la valeur suggérée par le fabriquant du panneau.

Essais et utilisations

Dans mon cas à moi, j'ai soigneusement pris le temps d'effectuer mes essais avant d'installer mon panneau, pour me permettre de changer l'inclinaison et l'orientation du panneau. Mes tests ont pour but de vérifier la performance selon les différentes conditions d'ensoleillement et d'orientation. Mon premier essai a eu lieu avec une vielle batterie défectueuse, que mon panneau a réussi a monter a 15.6 volts ! (essai sans régulateur). J`ai réussi à atteindre la pleine puissance du panneau avec cet essai , soit plus de 70 watts. (Les voltages de travail plus haut favorisent l'efficacité du panneau)

Par la suite, j'ai branché ce panneau à ma roulotte, avec tout les accessoires en marches pour éviter d'atteindre la pleine charge. Il serait bon d`effectuer au moins un test pendant les conditions idéales pour valider la capacité de votre panneau . La puissance nominale de votre panneau est souvent garantie plus de 25 ans. Par contre , il ne faut modifier aucune partie du panneau pour que cette garantie s`applique (cadrage d`aluminium, boite de jonction, etc.).

Première constatation, il est très rare que ces panneaux atteignent leur puissance maximum, surtout sans régulateur MPPT . Le moindre nuage (juste un petit voile tout mince) peut baisser votre efficacité de beaucoup. Même chose pour l'angle par rapport au soleil, votre panneau sera efficace a 100% seulement lorsqu'il sera pleinement perpendiculaire au soleil. Il m'a donc fallu attendre une éclaircie 100% soleil et orienté mon panneau dans un angle parfait pour valider sa pleine puissance. J'ai atteint environ 72 watts a seulement 2 reprises et ce pendant très peu de temps. Tel que mentionné précédemment, si votre batterie est à plat, et que vous n'avez pas de régulateur MPPT, votre panneau travaille a efficacité réduite.

Lorsque installés a plat sur nos VR, votre (vos) panneau(x) ne dépasseront guère 2 heures de rendement à 100% dans une journée 100% soleil. Il passera ensuite rapidement sous les 75%, ou encore moins s’il y a le moindrement des nuages. C’est pour cette raison que la plupart des fabricants mentionnent 4 heures d'accumulation possible pour une journée complète, et encore, ils présument que vous avez un angle initial idéal de quelques degrés pour les périodes de printemps et d'automne.

Le type de régulateur que j'ai utilisé (plutôt bas de gamme) laisse charger ma batterie jusqu'a un voltage de 14.4 volts. Il coupe par la suite complètement l'arrivée de tension du panneau (phase de repos de la batterie) . Lorsque la tension descend sous les 13 volts, il recommence la charge. Il comporte 2 lampes témoins (LED) pour indiquer ces 2 modes de fonctionnement.

Résumé

Avec ce que je sais aujourd’hui, je regrette un peu l'achat original de mon panneau « bas de gamme », de seulement 15 watts (payé 120$, donc 8$ le watts). Je croyais que les prix auraient tendance a baisser ,ce qui n'a pas été le cas. Mais ce panneau a tout de même aidé à plusieurs de mes sorties sans services. Les gens avec de gros VR aurraient intérêt a passer a un panneau de 70 watts et plus au tout début, avec un bon régulateur.

Avec mon nouveau panneau SHELL SQ-70, il m'est possible de maintenir 15 watts de puissance même avec d'épais nuages , alors que mon autre panneau tombe en panne sèche... Et lorsque le soleil est au rendez-vous, ma batterie se charge assez rapidement. Les VR, avec leur installation à plat du panneau et souvent à proximité d'arbres matures ne sont pas la meilleure application pour profiter au mieux des panneaux solaires photovoltaïques (le rendement se situe plutôt a 2 ou 3 heures de potentiel par jour plutôt que 4)

Aussi, 575$ taxes incluses pour ce panneau de 70 watts, c’est beaucoup de sous. On ajoute ensuite :

• 50$ pour le régulateur,
• 50$ quincaillerie et fils
• 100$ environ pour l'installation

Total = environ 800$ !

Seul les gens ayant un bon intérêt pour l'environnement peuvent dire que c'est un investissement justifié... ce qui est mon cas. De plus, mon panneau SHELL est fabriqué en Amérique du Nord, et « boule qui roule », les premiers acheteurs que nous sommes aident donc a faire avancer les recherches.

Selon mes recherches, il n'existerait pas sur le marché une étude comparative comportant plusieurs panneaux côte à côte pour nous dire lequel aurait le meilleur rendement . Dommage!

Merci aux personnes suivantes pour leur collaboration à la rédaction de cet article :

Lisa Dignard, Chef de section, programme PV, centre de recherches CTEC Varennes
(Ressources naturelles Canada) http://cetc-varennes.nrcan.gc.ca/fr/er_re/pva_sapv.html

Alain Caron, Ingénieur en électricité, spécialisé en installation solaires

Claude Charbonneau, représentant pour les panneaux ENNERWATT