Câblage des batteries solaires

Câblage des batteries solaires en série et en parallèle ?

Pour savoir connecter des batteries solaires entre elles  il suffit de connaître trois règles fondamentales:
 1 : Les tensions des batteries s’ajoutent lorsque elles sont branchées en série, la capacité reste fixe. (on branche les plus avec les moins et les deux conducteurs qui restent donnent les polarités)

2 : Les capacités des batteries s’ajoutent lorsque elles sont en parallèles, la tension reste fixe. (les plus avec les plus et les moins avec les moins

3 : Parallèle/série

Les tensions s’ajoutent lorsque elles sont en série, la capacité reste fixe.

Les capacités  s’ajoutent lorsque elles sont en parallèles, la tension reste fixe

Câblage des batteries solaires 6v en série et en parallèle ?

Câblage des batteries solaires 2v en série et en parallèle ?

En connaissant ces règles, réaliser le câblage de ces différents systèmes en faisant très attention au cour circuit (isoler vos clefs à l'aide d'un scotch, faite attention à ne pas poser les clefs sur les batteries, Utiliser un câble bien dimensionné avec les cosses.
Pour calculer  la section des câbles en courant continu (voici un pdf)

Calcul de la section du câble

Avant de placer les câbles ils doit être bien dimensionnées pour éviter les pertes à cause de l'échauffement:

La formule à utiliser pour des conducteurs en cuivre est :

 S = 0.017 x L x I / PT

S = section du conducteur en cuivre exprimée en millimètres carrés

L = longueur aller + retour du conducteur exprimée en mètres

I = l’intensité exprimée en Ampères

PT = perte de tension acceptée au niveau des câbles exprimée en Volts

L’intensité nominale est parfois fournie : dans ce cas, rien de plus simple.

Souvent, seule la puissance de l’appareil est indiquée. Dans ce cas, il faut calculer

l’intensité en utilisant la formule suivante :

P = U x I soit I = P / U

P = Puissance exprimée en Watts

U = tension nominale de l’installation (12 V, 24 V ou 48 V) exprimée en Volts

I = Intensité exprimée en Ampère

PT ou perte de tension dans les câbles :

Un courant passant dans les câbles génère une tension (loi d’Ohm).

Celle-ci doit rester inférieure à 5% de la tension nominale de l’installation soit :

PT maximale autorisée en 12 V = 0.6 V (5% de 12 V)

 24 V = 1.2 V (5% de 24 V)

PT raisonnable à priori en 12 V = 0.3 V (2.5% de 12 V)

 24 V = 0.6 V (2.5% de 12 V)

Exemple :

Installation d’une pompe de 110 W en 12 V

Distance entre le fusible ou le disjoncteur et la pompe via le cheminement complet : 

7 mètres. Aller + retour = 14 m.

L’intensité nominale est de : 110 / 12 = 9.2 A

La section strictement minimale du conducteur doit être de :

 0.017 x 14 x 9.2 / 0.6 = 3.6 mm2

La section dite « raisonnable » est de :

 0.017 x 10 x 9.2/0.3 = 7.3 mm2

Une section de 42 est suffisante « légalement » mais un conducteur de 62 est préférable.

En ce qui me concerne, je préfère envoyer le maximum de tension sur les pompes et je

réaliserai l’installation en 102
Tableau pour la sélection de câble selon la longueur - la puissance et l'intensité

.

Note:

Ce document n’est pas un document de référence pouvant être opposé aux

administrations ou aux compagnies d’assurance. Il ne s’agit pas non plus d’un manuel suffisant pour réaliser une installation électrique aux normes

Les batteries solaires

Une batterie ou Une batterie d'accumulateurs (Comprendre une batterie)

C'est un ensemble d'accumulateurs électriques reliés entre eux de façon à créer un générateur électrique de tension et de capacité désirée. Ces accumulateurs sont parfois appelés éléments de la batterie ou cellule.

Un accumulateur électrique est un dispositif destiné à stocker l'énergie électrique afin de pouvoir l'utiliser ultérieurement

On en distingue plusieurs types, dont les plus courantes sont : 

au plomb ; Ni-Cd ; Ni-MH ; Lithium-ion

Les batteries au plomb:

Cette batterie est très utilisée dans l’industrie, elle sert aussi à alimenter les

composants électriques des véhicules à moteur à explosion, notamment le démarreur électrique.

Pour des raisons évidentes, la batterie au plomb reste la plus lourde, Cette technologie est aussi utilisée dans des applications fixes pour stocker de

l'énergie produite par intermittence, telle qu’énergie solaire ou éolienne.

Chaque cellule de l’accumulateur au plomb délivre une tension de ≈ 2Volts.

En mettant 6 accumulateurs disposés en série, on délivre ainsi une tension totale

d’environ 12,6 Volts. Expérimentalement, on a mesuré à pleine charge une tension de 12,8V, à 50% on a 12,3 V et déchargée elle est à 12V. La durée de vie est fonction nombre de cycles normalisés décharge/recharge, soit environ 4 à 5 ans. 

Quelques notions d’électricité à connaître en premier :

- Puissance électrique (Volt, Ampère, Watt)

- La loi d'ohm

- Capacité (Ah)

 -Travail électrique (Kwh)

- Comment choisir une batterie ?

Voici un petit cours d'électricité pour se rappeler les notions de base du courant électrique.. On comprendra mieux ce courant électrique en utilisant un exemple: celui du moulin à eau avec lequel on peut retrouver les lois de l'électricité (loi d'ohm, énergie, travail électrique, ...).
La hauteur d'eau dans le lac de retenue correspond à la tension électrique, elle se mesure en Volt (V). La quantité d'eau qui s'écoule, par seconde, au pied de la digue (retenue) est comparable avec l'intensité du courant. Elle se mesure en Ampère (A). Le produit de la tension par l'intensité du courant donne la puissance électrique. Elle se mesure en Watt (W).Plus la hauteur d'eau dans le lac est importante, plus il y a de force dans le courant qui s'écoule. Ce qui se répercute en appliquant plus de force sur la roue du moulin et augmente ainsi sa puissance. De cette façon, la quantité d'eau est décisive pour la puissance de la turbine (roue du moulin).

Ces relations peuvent s'écrire comme suit : 
- La pression d'eau x la quantité d'eau par seconde = Puissance de la roue
- tension x intensité du courant = Puissance électrique
- Volts x Ampères = Watts
- V x A = W
De la même façon, on peut écrire : 
- Volts = Watts / Ampères
- Ampères = Watts / Volts
Quand le niveau d'eau est élevé, la pression sur la turbine est forte. Il n'est pas nécessaire d'ouvrir la vanne beaucoup pour que la turbine puisse tourner. A l'inverse, quand le niveau est bas, il est nécessaire d'ouvrir la vanne beaucoup plus pour que la turbine tourne en produisant la même force. L'ouverture de la vanne correspond à la résistance électrique (inversement proportionnel, plus la vanne est ouverte, plus la résistance est faible). Elle se mesure en Ohms.La quantité de l'eau qui sort à travers la vanne par seconde (A) , est le résultat du niveau d'eau (V) combiné avec le diamètre de la vanne ( Ohms).

On obtient les équations suivantes : 
- Quantité d'eau par seconde = Pression d'eau / Diamètre de la vanne
- Intensité du courant = Tension / Résistance
- Ampères = Volts / Ohms
- A = V / Ohms
Les équations suivantes en découlent: 
- Volts = Ampères x Ohms
- V = A x Ohms
- Ohms = Volts / Ampères
- Ohms = V / AVoici quelques exemples pratiques : 

- Pour savoir combien de watts sont consommés par un ordinateur portable qui a un courant de 3,5 ampères et une tension de 19V, il suffit de calculer 3,5A x 19V = 66,5W
- Un panneau solaire qui produit 16,5V avec un courant de 1,5A, fournit 16,5Vx1,5A=24,75W
- Une ampoule de 20W avec une batterie de 12V nécessite un courant de 20W/12V=1,66A
- Une radio de 5W qui dispose d'une batterie de 12V, consomme 5W/12V=0,416A ou 416 mA
- Un fer à souder 12V d'une puissance de 30W: son courant est de 30W/12V= 2,5A et sa résistance de 12V/2,5A=4,8 ohms.

Capacité Ampère/heure

Dans notre modèle, il s'agit du volume du lac. Pour savoir combien de temps va fonctionner un appareil jusqu'à ce que la batterie se vide, il faut connaître l'intensité (A) du courant consommé par l'appareil et le temps (h) nécessaire pour vider la batterie. La capacité d'un accumulateur se représente en Ampères par heure (Ah), avec les petites batteries on utilise les milliampères par heure (mAh).
- Une batterie de camion qui a une capacité de 100 Ah, pourra faire fonctionner en théorie* un outil pendant 100 heures avec un courant de 1A, ou pendant 1 heure avec un courant de 100 ampères.
- Pendant combien de temps fonctionnera en théorie* une ampoule 20W qui consomme 1,66A avec une batterie de 100 Ah? Ah /A => 100/1,66 => 60 heures
- Pendant combien de temps fonctionnera en théorie* un moteur électrique qui consomme 10 A avec une batterie 12V de 100 Ah? Ah / A => 100 / 10 = 10 heures

Cette quantité correspond à celle de la farine produite par le moulin. L'unité c'est le kilowatt/heure, que l'on peut lire sur les factures d'électricité !!! Le travail électrique est égal au produit de la puissance par le temps. Par exemple, un outil de 1000W qui fonctionne pendant une heure, consomme un kilowattheure. On peut calculer le travail électrique d'une batterie en multipliant la capacité par la tension. Par exemple 100Ah x 12V = 1200 Wh = 1,2 Kwh  

Comment dimensionner votre batterie ?

Dimensionner votre batterie

Il faut commencer par additionner sur une journée l'ensemble de vos consommations d'énergie, exprimées en Watt par heure (Wh), 

Ensuite comparer cette quantité énergie "quotidienne" en Wh, à celle que la batterie peut contenir, également exprimée en Wh (V x Ah).

Exemple : 

1 TV de 60W fonctionnant pendant 3h par jour, soit 180Wh/jour
+ 1 frigo consommant 500Wh par jour
= 680Wh au total / jour.

Sur une batterie de 12V, vous consommez sur une journée:
680W / 12V = 57,00 Ampères / jour
Sachant qu’il ne faut pas décharger une batterie à plus de 50% de sa capacité pour prolonger sa durée de vie, il faut choisir dans ce cas une batterie de:
57 x 2 = 114 Ah minimum.
L'énergie stockée est de (12V x 114Ah =) 1368 Wh; une consommation quotidienne (entre 2 recharges), de 680 Wh conduira à ne pas décharger cette batterie de plus de 50% de sa capacité.

Choix des batteries solaire

Nous allons identifier les principaux critères qui définissent une batterie adaptée aux énergies renouvelables, et en particulier à l'énergie solaire.

Les batteries solaires subissent un grand nombre de cycles charge / décharge et leur état de charge évolue au fil de la journée et encore plus au cours des saisons : c'est souvent à la fin de l'hiver que les batteries sont le plus déchargées.

Les batteries solaires doivent supporter un grand nombre de cycles et doivent supporter la décharge profonde :
- On installe généralement des batteries pouvant supporter plus de 300 cycles

qui doit résister à une profondeur de décharge pouvant dépasser les 80 % et avoir un bon rendement de charge qui atteint atteindre 100 % de décharge.

Elle doit aussi avoir une faible autodécharge,

Une bonne acceptation de la charge et une faible auto décharge favorisent un état de charge élevé, ce qui a une influence directe sur la durée de vie des batteries.

La durée de vie d'une batterie dépend beaucoup des paramètres de charge (tensions...) qui eux-mêmes varient avec la température des batteries : une batterie "idéale" sera peu sensible à de mauvais paramètres de charge (régulateur solaire pas adapté, mal réglé, pas de compensation en température...).

Dans le cadre d'une utilisation en solaire, chaque type de batterie Plomb présente des avantages et des inconvénients

Notez qu'à l'intérieur de chaque type de batterie, il y a beaucoup de disparités selon les modèles et les fabricants.

Batterie étanche

Les batteries gel ou AGM sont environ deux fois plus chères que les batteries plomb ouvert (liquide).
Ces batteries étanches seront réservées dans les cas où :
- l'entretien des batteries est difficile à réaliser,
- le local batterie est peu ou pas aéré (hydrogène, odeur, vapeurs acides)
- le risque de gel est important
- les fuites d'acides doivent être évitées en cas de casse des batteries ou renversement
La charge par un panneau solaire est généralement lente et avec un régulateur de charge les dégagements d'hydrogène sont très faibles : dans la très grande majorité des cas, des batteries ouvertes pour des raisons de coûts, surtout si la capacité des batteries doit être importante.

Batterie ouverte

Les BO à plaques épaisses US représentent le choix le plus intéressant dans de nombreuses situations. Cette technologie est particulièrement maitrisée par les fabricants nord américains. Ces batteries solaires sont des batteries dérivées de batteries industrielles utilisées dans les nacelles, voitures de golf, autolaveuses, etc… ils se fabriquent à des millions d'exemplaires par an. Leur prix sont donc très compétitifs et leur technologie est éprouvée.

Pour des utilisations saisonnières, des petites capacités de batteries, choisir des batteries semi traction

Pour des utilisations sous des températures ambiantes > à 25°C -30 °C (incluant la nuit !), choisir des batteries tubulaires. Ces batteries monobloc tubulaires ont une tension de charge supérieure de 14,8V à 15V pour une batterie 12V. Prévoir un chargeur ou/et un régulateur solaire adapté. 

Pour des capacités supérieures à 2000 Ah ou une très longue durée de vie, choisir des batteries 2V.

                      

PLOMB OUVERT à plaques planes         PLOMB OUVERT à plaques tubulaires

Batterie Gel

Les batteries gel doivent être utilisées avec du matériel adapté (régulateur, chargeur). Deux points importants sont à surveiller :
- Ne pas dépasser les courants de charges Max. Dans des sites isolés, ces problèmes de limitations en courant de charge seront rencontrés surtout avec des systèmes hybrides où on utilise en appoint un groupe électrogène.
- Utiliser une compensation en fonction de la température des batteries. Nécessaire si forte fluctuation de la température ambiante et si T ambiante > 30 °C.
Si il y’a respect de ces points, certaines batteries gel monoblocs 12 V peuvent offrir des durées de vie > à 10 ans. 

Batterie AGM
Les batteries AGM sont plus faciles d'emploi que les batteries gel mais comme pour toutes les batteries Plomb, leur durée de vie de vie sera prolongée si on respecte les paramètres de charge ( tension, température...).
Attention ! à ne pas utiliser des batteries AGM standard si il y’a risque de décharge totalement des batteries
Les batteries AGM à décharge profonde présentent beaucoup d'intérêt dans le cadre d'un projet solaire (faible autodécharge, charge rapide, accepte les décharges profondes, facilité d'emploi, durée de vie importante...) et ce sont des batteries proposés de plus en plus.

                         

Dimensionnement des batteries:( site isolé)

  

Pour dimensionner la puissance de vos batteries il diviser la puissance de votre consommation totale y compris l'autonomie par la tension que vous devez utiliser soit 12v soit 24v ou 48v, en tenant compte du 20% de la batterie.