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 Solaire pour sites isolés en Afrique

 

Le solaire photovoltaïque permet d’apporter l’électricité en site isolé, là où elle coûte chère à produire. C’est le domaine d’utilisation historique du photovoltaïque avant le développement de l’injection réseau. Un système solaire autonome nécessite un moyen de stockage de l’énergie : les batteries, qui sont chères et assez fragiles. A l’heure actuelle, l’électricité solaire en site isolé est plus chère que l’électricité du réseau, mais moins chère que celle d’un groupe électrogène.

 

Principe

 

 L’électricité produite en courant continu par les panneaux solaires (1) est stockée dans des batteries au plomb (3). Un régulateur solaire (2) protège les batteries des décharges trop profondes et des surcharges. L’électricité est consommée dans les récepteurs (4), suivant les besoins de l’utilisateur :

  • en courant continu (12V, 24V) directement depuis la batterie, pour les petits systèmes
  • en courant alternatif 230V, via un onduleur, pour les systèmes plus gros

 

Les sytèmes solaires autonomes sont très simples à utiliser, ils ne demandent presque pas d’entretien en comparaison d’un groupe électrogène. Ils sont aussi totalement silencieux et ne génèrent pas de pollution (gaz d’échapemment, huile de de vidange, CO2). 

Pour les gros systèmes, il est intéressant d’associer plusieurs sources :

  • une éolienne pour recharger les batteries quand il y a du vent
  • un groupe électrogène pour faire face aux périodes sans énergies renouvelables ou pour alimenter les appareils très gourmands : climatisation, outils, etc. 

Ces systèmes à plusieurs sources (soleil, vent, pétrole) sont appelés systèmes hybrides. 

Un système solaire autonome peut être installé n’importe où en Afrique et au Sénégal. Une fois mis en marche, il n’a besoin de rien pour fonctionner. Il peut être utilisé sur la mer, dans les îles (Saloum), dans le désert. Il coûte souvent moins cher qu’une extension du réseau électrique de la Sénélec (si il y a plus d’un km à couvrir), et une fois acheté, il n’y a pas de facture à payer !

 L’autonomie du système peut aller de 1 à 5 jours suivant les besoins de l’utilisateur. Une autonomie élevée entraîne :

  • une sécurité de l’approvisionnement électrique
  • une durée de vie étendue
  • plus de flexibilité si la consommation d’énergie augmente pendant quelques jours (invités à la maison, période de vacances)
  • un prix élevé 

C’est exactement le contraire pour une autonomie faible. 

Un système en site isolé doit inclure des appareils pour mesurer son état. C’est vital pour connaitre l’autonomie restante ou s’assurer d’un coup d’oeil que tous les appareils marchent bien. Le minimum à avoir :

  • la tension des batteries (en Volt)
  • le fonctionnement des panneaux solaires (avec une LED d’état)

 Souvent, le régulateur solaire donne ces informations :

  • avec 3 LED indiquant l’état de charge de la batterie
  • une LED indiquant le fonctionnement des capteurs solaires

 

régulateur solaire avec affichage LED. Source : Morningstar

 Les régultateurs plus évolués, avec un écran, peuvent donner l’état de charge des batteries en % et la puissance exacte des panneaux solaires à chaque instant (en Watt). 

 

Dimensionnement 

 

Un système solaire autonome est dimensionné suivant les besoins électriques de l’utilisateur et le potentiel solaire disponible sur place. 

Pour définir votre besoin en énergie, rendez-vous ici.

Pour connaitre le potentiel solaire de votre lieu, rendez-vous ici. 

Prenons l’exemple d’une famille de la région de Thiès :

  • besoin : 1,6 kWh par jour
  • ressource solaire le mois le plus faible (septembre) : 5 kWh/m²/jour

 

Potentiel solaire à Thiès avec une inclinaison de 14°. Source : PV GIS

 La famille souhaite avoir du courant 230V. Un onduleur est donc inclus dans le système.

 La puissance maximum de tous les appareils électriques réunis est de 680W. Un onduleur de 1000W est choisi, car il offre un marge de sécurité si d’autres appareils sont ajoutés plus tard. 

L’onduleur à un rendement de 90% environ. Pour fournir 1,6 kWh à la famille, il y a une perte de : 1,6 x 10% = 0,16 kWh. L’onduleur doit donc recevoir 1,6 + 0,16 = 1,76 kWh d’énergie, qui est fournie par les batteries. 

On décide de fixer la tension des batteries à 24V (on a le choix entre 12V, 24V et 48V, on fait comme on veut). La famille demande 2 jours d’autonomie. 

La capacité des batteries est calculée avec cette autonomie. On fait en sorte que les batteries ne se déchargent jamais à plus de 80%. La capacité des batteries est égale à 1760 Wh x 2 jours / 24V x 80% = 183 Ah. 

On opte pour deux batteries de 12V et 180Ah, branchées en série pour donner une tension de 24V. 

Les batteries ont un rendement de 75% environ. Pour fournir 1,76 kWh à l’onduleur, elles occasionnent une perte de : 1,76 x 25% = 0,44 kWh. Les batteries doivent recevoir 1,76 + 0,44 = 2,2 kWh, fournis des panneaux solaires. 

Un potentiel solaire de 5 kWh/m²/jour signifie que les panneaux vont marcher 5h à pleine puissance. 

La puissance des panneaux solaires doit être égale à 2,2 kWh / 5 h = 0,44 kW, soit 440W. 

On peut choisir par exemple 6 panneaux de 75W et 12V. On connecte 2 panneaux en série pour donner 24V, et 3 branches en parallèle. La puissance crête des panneaux est de 450W. 

Enfin, on choisit le régulateur en fonction de la puissance des panneaux. 450 Wc / 24V = 18,75 A. On achète au fournisseur un régulateur solaire de 24V et 20A. 

Résumons le système solaire autonome que nous avons dimensionné pour cette famille à Thiès :

  • 1 onduleur 24V / 1000W
  • 2 batteries solaires 12V / 180 Ah
  • 6 panneaux photovoltaïques 12V / 75Wc
  • 1 régulateur solaire 24V / 20A 

 

Limites d’un système solaire autonome 

 

Le point faible des systèmes en site isolé est incontestablement la batterie, car :

  • elle coûte chère
  • elle s’use assez vite (durée de vie entre 2 et 10 ans maximum)
  • elle demande de l’’entretien
  • elle génère des pertes pour restituer l’énergie (rendement de 70 à 80%) 

Dans le cas du solaire photovoltaïque, la batterie subit la majorité du temps un cycle par jour, c’est à dire qu’elle est rechargée dans la journée puis déchargée le soir. La profondeur de décharge de la batterie à chaque cycle influence directement sa durée de vie. Plus la décharge est profonde, moins la batterie dure longtemps. 

Autre point négatif, un système en site isolé a des pertes assez importantes :

  • pertes de stockage dans la batterie (de 20 à 30%)
  • pertes de distribution dans les câbles (1 à 3%)
  • pertes de conversion DC/AC dans l’onduleur (8 à 15%) 

Les panneaux solaires ont donc besoin de produire assez d’énergie pour compenser toutes ces pertes. Si l’énergie solaire est utilisée directement au cours de la journée, elle ne passe pas par la batterie et le rendement global augmente beaucoup (de 65% à 85%).

 Enfin, un système autonome n’est pas aussi flexible que le réseau électrique de la Sénélec. Il faut apprendre à gérer l’énergie, à l’économiser. Si vous voulez acheter un nouvel appareil électrique, un ventilateur par exemple, il faudra sûrement renforcer votre système solaire avec un panneau et une batterie.

 

 Coût

 

 Le prix des panneaux baisse régulièrement depuis 2008 et il atteint aujourd’hui des niveaux très bas. Les onduleurs et régulateurs, comme de nombreux appareils électroniques, voient leur prix baisser petit à petit. Seules les batteries restent chères, et leur prix n’est pas près de descendre à cause de la spéculation sur le plomb et la demande générée par les automobiles électriques.

 Cela rend les systèmes solaires en site isolé de plus en plus accessibles, mais pas à la portée de toutes les bourses à cause des batteries. Il faut aussi prévoir dans le prix le renouvellement des batteries après 2 à 10 ans, et ce coût est loin d’être négligeable.

 Le prix de l’énergie produite avec un système solaire autonome varie entre 200 et 300 Fcfa/kWh.

 A titre de comparaison :

  • 100 à 150 Fcfa/kWh avec la Sénélec (abonnement compris)
  • 300 à 600 Fcfa/kWh avec un groupe électrogène

 La famille de Thiès étudiée dans le dimensionnement, pour produire 1,6 kWh par jour avec un système solaire de 450W, devra payer environ :

1 600 000 Fcfa à l’achat du système solaire

500 000 Fcfa pour changer les batteries tous les 5 ans

 

 

Commentaires   

 
+1 #3 Clemach 03-03-2014 19:49
Bonjour Birame,
Contre le vol des panneaux il y a des techniques anti-vol avec les structures de fixation par soudure, bétonnage, visserie antivol, etc. Le but est que le panneau ne puisse pas être volé sans être détruit.
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+1 #2 Birame 03-01-2014 16:13
Comment faire face au vol des panneaux solaires ?
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+1 #1 Alpha 12-05-2013 17:08
Excellent et pertinent article!
Alpha depuis Thies
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