Être autonome en électricité, bien sûr on sait faire depuis belle lurette.
Pour une habitation dotée du « confort moderne » cela peut passer par une grande quantité de panneaux solaires et de batteries, ou sinon cela passe par une grande simplicité, comme c’est le cas pour un fourgon aménagé.
De plus, les consommations qui sont trop importantes pour des batteries sont assurées par des combustibles, par exemple le chauffage qui brûle du bois ou la cuisson qui brûle du gaz.
Également il y a toujours un groupe électrogène qui assure le relais en cas de disette de soleil. Dans un fourgon aménagé il suffit de démarrer le moteur pour recharger ses batteries auxiliaires.
Donc vous avez compris, non seulement je ne veux pas de combustibles mais aussi j’aimerais rester sur une quantité modérée de panneaux solaires et surtout de batteries, tout en gardant des prestations qui se rapprochent le plus possible de celles qu’offre une installation connectée. Rien que ça.
Et après plusieurs années d’analyse de ma consommation, de choix d’appareils les moins énergivores possible, je choisis en 2020 de faire le grand saut, sans filet (traduisez : la déconnexion du réseau sans groupe électrogène ! )
Depuis (mise à jour 2023) la consommation de base a été sensiblement réduite notamment par l’arrivée d’un frigo maison qui a remplacé le congélateur glouton. D’autres évolutions sont en projet, comme mettre l’éclairage et toutes les consommations de faible puissance sur le 24 Volts, afin de couper l’onduleur dont la consommation de veille est devenue le premier poste de consommation d’électricité. Mais dores et déjà, je me sens à l’abri d’une coupure même dans les pires séries de jours nuageux, hors panne du système bien sûr.
Voici donc le descriptif de cette installation, en m’excusant par avance pour l’énumération fastidieuse chargée de chiffres, un choix justifié par le fait que j’espère que ce retour d’expérience soit un mini guide pour celles et ceux qui seraient tenté.e.s par cette expérience saugrenue, ou plus simplement qui voudraient réduire leur consommation, voire qui ont des panneaux solaires et qui voudraient optimiser leur autoconsommation.
1- Au commencement il y a la source : les panneaux solaires.
L’installation des panneaux date de fin 2015, à l’origine ils fonctionnaient en autoconsommation, sans batteries. J’étais toujours raccordé au réseau.
Le « parc », c’est 4 panneaux de 265 Watts/crête (Wc) chacun, posés à 45° sur le toit, exposés 15° sud-est.
Cette installation de 6 m² et 1060 Wc au total délivre en pratique 650 à 750 W par un beau soleil, et question énergie ils produisent régulièrement 1500 kWh par an, soit en moyenne 4 kWh par jour. Aujourd’hui 3 panneaux suffiraient pour la même production : les progrès en efficacité des panneaux récents sont spectaculaires.
Ceci est l’historique de leur production d’énergie, sur 3 ans, de déc 2015 à déc 2018. À chaque jour correspond une barre bleue, plus ou moins haute selon l’ensoleillement (le pic en été 2017 est un bug). Le trait gris c’est la production moyenne par période, une valeur calculée.
Premier constat, la production des jours ensoleillés d’hiver est presque équivalente à celle d’été (les barres sont aussi hautes, ou presque). Pour expliquer cette surprise agréable, les panneaux à 45° d’inclinaison aident bien à capter les rayons d’hiver (c’est fait pour), alors que la chaleur de l’été fait perdre de l’efficacité aux panneaux… et à moi aussi d’ailleurs. Et pour finir il faut peut être reconnaître que le fait que l’installation soit sur Montpellier arrange aussi les choses.
La différence de production hiver/été vient des passages nuageux de l’hiver, qui font des trous plus fréquents, alors qu’ils sont quasi inexistants en été. Au final, la production moyenne hivernale est de la moitié de celle de l’été, avec 2,5 kWh/jour en hiver au lieu de 5 kWh/jour en été (selon le trait gris).
Bon, ça c’est pour les maxi et les moyennes, mais dans une installation déconnectée du réseau la vraie question, celle qui fait mal, c’est : « et quand y’a pas de soleil ? »
Alors passons au pire, en examinant un zoom sur la période la plus nuageuse rencontrée sur ces 3 ans, du 13 décembre 2015 au 5 janvier 2016, avec 25,6 kWh produits en 24 jours, soit 1,1 kWh par jour. C’est moins de la moitié de la moyenne de la période. On peut donc à priori considérer que c’est la consommation moyenne quotidienne que je ne dois pas dépasser pour tenir sur une longue période de disette solaire.
Ce qui est intéressant, c’est que les jours très nuageux ( ou de temps pourri, disons le franchement) il y a quand même une petite production, de 100 à 200 Wh, c’est déjà ça.
Ensuite il y a périodiquement des jours un peu plus clairs, qui permettent de recharger complètement les batteries.
Et il faut vraiment que ce soit très nuageux pour avoir moins de 1 kWh par jour. Il y a une trentaine de ces journées par an, rarement plus de deux à la suite, la plus longue série à ce jour est de 6 à la suite. Avec 2 kWh de batteries et 1 kWh par jour de consommation, cette série là m’aurait mis en rade au bout de 4 jours. Excepté ça, en 3 ans, c’était tranquille.
On trouve aussi dans cette estimation du moins intéressant. Il y a des pics de production qui augmentent cette moyenne de production alors qu’en fait ils ne sont pas utilisables en totalité parce que justement ils dépassent les 2 kWh des batteries.
Ensuite il y a les pertes à la recharge des batteries, qui consomment plus que ce qu’elles restituent. Je dois donc avoir une marge de sécurité par rapport à cela, et être capable de consommer moins de 0,8 kWh/jour pour être à peu près serein. Une consommation classique d’électricité, pour un ménage, c’est de l’ordre de 10 kWh/jour, hors chauffage. 0,8 kWh/jour peut sembler dérisoire, c’est pourtant l’énergie qui permet de faire 160 km à vélo. On peut également trouver que ça reste énorme, à terme on doit pouvoir faire bien moins.
2 – Les données de production étant posées, voyons donc par l’autre bout, côté consommation, comment procéder.
Il faut avant tout connaître la consommation des appareils :
L’énergie est un mélange de puissance et de temps. La seule puissance ne suffit pas à évaluer la consommation d’un appareil, il faut savoir combien de temps il fonctionne. Donc on va classifier les appareils en 4 catégories, en croisant selon s’ils consomment beaucoup ou pas, et s’ils fonctionnent longtemps ou brièvement.
Les appareils de forte puissance qui fonctionnent longtemps :
– les convecteurs, 1000 à 2000 W chacun : un seul convecteur serait capable de vider mes batteries en 1 heure (2000 W x 1 h = 2000 Wh, soit 2 kWh) et un convecteur fonctionne plusieurs heures par jour. Aucune installation sur batterie ne peut supporter un chauffage électrique, et plus généralement le chauffage d’une habitation est un gouffre d’énergie vertigineux.
La pompe à chaleur ne change pas fondamentalement la donne, malgré une bien meilleure efficacité.
– le cumulus, 2000 à 3000 W,
– les fours électriques, 1500 à 3000 W et tous les appareils de cuisson électrique qui font au moins 1000 W : les plaques de cuisson, les appareils à raclette ou fondue, Wok électrique, cuit riz…
Ils sont eux aussi à proscrire, intenables pour des batteries. Donc il faut adopter des solutions alternatives, aujourd’hui pas question de se passer de cuisson et d’eau chaude.
À proscrire sous la forme « énergie illimitée à toute heure », mais peut être bien que, avec quelques sérieux aménagements, l’eau chaude électrique et la cuisson électrique peuvent avoir tout à fait leur place !
– les lave linge et lave vaisselle : ils réchauffent de l’eau avec une résistance électrique d’environ 2000 W, pendant une vingtaine de minutes, puis font tourner une pompe (lave vaisselle) ou un moteur (lave linge) de 100 à 200 W. La grosse consommation de ces appareils est donc la part de chauffage de l’eau, qui représente 80 à 90 % de l’énergie du cycle. Et d’une façon générale, tout besoin de chaleur est un gouffre en énergie. Environ 1 kWh pour un cycle avec chauffage, 0,1 kWh pour un lavage à l’eau froide. Je n’ai pas de lave vaisselle, un choix délibéré, je ne rentre pas dans le débat ici. Par contre, un lave linge fait aujourd’hui bien sûr partie de l’indispensable, et à 0,1 kWh par cycle, pas question de s’en priver, ni même besoin de pédaler pour le faire tourner, le soleil le fait très bien à ma place. Pour laver à l’eau chaude, je le remplis en début de cycle avec de l’eau chauffée directement au soleil. De plus la lessive fait partie de ces consommations qui peuvent attendre quelques jours, et donc qui permettent d’adapter la consommation à la disponibilité.
Les appareils de forte puissance à usage bref :
Fer à repasser, aspirateur, micro-ondes (1500 W), cafetière à dosettes (800 à 2000W selon les modèles), nettoyeur vapeur, grille pain (1000W), à peu près tous les cuiseurs électriques… avec leurs 1000 à 2000 W, ils dépassent la puissance maxi fournie par mes panneaux solaires (environ 700 W) et donc le surplus sollicite les batteries. Cela les use, donc réduit leur durée de vie, et ce d’autant plus qu’ils demandent des courants de forte intensité, ce que les batteries n’aiment pas. L’énergie qu’ils consomment reste raisonnable, exceptionnellement pourquoi pas, les jours de grand soleil et en milieu de journée. En tous cas pour moi c’est non merci, d’autant qu’ils ont souvent leur substitut « ultra basse conso », et sinon il faudra le trouver.
Une mention pour l’aspirateur : les aspirateurs récents ne dépassent pas 750W, tout en étant aussi efficaces et plus discrets que ceux qui affichaient ostensiblement des 1600 ou 1800W sur leur capot. Pour cause une loi , qui a obligé les fabricants à limiter la puissance, ce qui les a amené à augmenter spectaculairement l’efficience. À quand la même chose pour tous nos appareils, et en particulier pour les voitures ?
L’outillage d’atelier, point qui me concerne plus particulièrement, a fait de gros progrès sur l’efficience et, en choisissant les plus petits d’entre eux, à peu près tout peut se faire sous les 600 W. Ce qui ne sollicite même pas les batteries les jours où le soleil brille. Et comme pour le bricoleur que je suis ces appareils ne fonctionnent en général que quelques minutes voire quelques secondes, leur consommation est anecdotique. Ouf ! Eux j’aurais eu plus de mal à m’en passer. Cela dit, les gros travaux attendent de préférence les moments de soleil.
Les appareils de faible puissance qui fonctionnent longtemps :
Pour illustrer cette notion de temps qui peut faire de grandes consommations avec de toutes petites puissances, commençons par la gangrène insidieuse de nos consommations : les courants de veille.
C’est simple : un appareil qui a un petit afficheur, ou qui s’éteint par un bouton poussoir qui fait un petit clic consomme nécessairement en permanence. Cafetière, réfrigérateur, grille pain, four, poste radio, programmateur, lampe avec transformateur, bien sûr télé, box wifi… même si ces consommations sont devenues modestes (0,2 à 2 W, des fois 10 w pour une box wifi), il y en a aujourd’hui partout dans une habitation ! Le cumul fait vite des 10 à 20 W de veille au total, et 10 w en permanence, c’est 240 Wh par jour, soit 1/4 de kWh, et près de 90 kWh par an, ou encore… 50 km à vélo par jour ! Dingue non ? Si vous deviez faire votre électricité en pédalant, vous passeriez votre journée à pédaler rien que pour faire fonctionner des appareils éteints !
Donc ça commence par un long et épuisant travail de traque de ces appareils, et une fois identifiés il faut soit apprendre à s’en passer, soit les remplacer, soit les brancher sur un interrupteur qui fait un bon « clac », au lieu du petit « clic ».
Le seul appareil de cette catégorie dont je ne peux échapper au courant de veille, c’est le convertisseur, appelé encore onduleur, qui me fabrique le courant 220 v à partir du courant continu provenant des panneaux solaires ou des batteries. Il consomme 11 W, je n’ai pas trouvé mieux, et il peut se réduire à 6 W en mode veille. Il s’éteint, et ne s’allume que si on demande du courant. Fonction intéressante sur le papier, sauf qu’en veille je n’ai plus d’éclairage, parce que la consommation de courant des lampes LED n’est pas suffisante pour le sortir de sa torpeur. La solution sera de mettre l’éclairage en 24 V, directement sur les batteries. Décidément ce monde ne facilite pas la voie vers la basse consommation, même les appareils censés aider à réduire ne sont pas adaptés à cette réduction !
L’autre appareil qui pose un épineux problème dans la traque à la moindre consommation, c’est le congélateur. Le congélateur, ça fait partie des choses dont je ne souhaite pas me passer : outre son petit confort, c’est un bon allié contre le gaspillage alimentaire, et il est très complémentaire de la cuisson solaire. Il permet de conserver d’une façon simple des plats préparés les jours de soleil.
J’avais un réfrigérateur avec compartiment congélateur « classe A », qui consommait 1 kWh par jour. Après de longues recherches, j’ai opté pour un « A++ » de taille équivalente (200 litres de frigo et 65 litres de congel), qui consomme 0,5 kWh/jour. Et je n’ai pas trouvé mieux, les « A+++ » sont beaucoup plus gros (et beaucoup plus chers) et donc ne consomment pas moins, les plus petits n’existent pas en A++, sont donc de moindre efficacité et consomment autant. À l’usage, il s’est avéré que je pouvais baisser la consommation à 0,3 kWh/jour en remontant la température du réfrigérateur à 6° et en baissant la température de l’habitation… ce qui se fait tout seul en hiver sans chauffage ! Cela devient acceptable et donc je vais garder mon congélateur même en hiver, quoique je serais plus rassuré de pouvoir baisser encore sa consommation : c’est le seul appareil que je ne peux pas du tout éteindre, et les jours de gros nuages je le vois me réquisitionner tous les maigres apports du soleil. Sans lui je serais le roi du pétrole, je ne me poserais même plus la question de la consommation d’électricité !
A noter aussi, ce congélateur est programmé pour s’éteindre la nuit, pour éviter de solliciter les batteries et allonger leur durée de vie. Une forte isolation du congélateur est donc doublement importante, à la fois pour réduire la consommation totale et pour éviter qu’il dégèle dans la nuit.
Un autre appareil de l’ordre de l’indispensable, qui m’a demandé un long chemin, c’est l’ordinateur. Vous qui lisez ces lignes « en ligne » ne pouvez me contredire sur son côté indispensable !
J’ai connu les grosses unités centrales qui ronflent en consommant dans les dans les 200 W avec leur écran. Ce qui fait 1 kWh consommé au bout de 5h derrière l’écran, un luxe énergétique. Aujourd’hui, les ordinateurs portables ont contraint les fabricants à se pencher sérieusement sur l’efficience des processeurs, et ces pc portables consomment en tout 10 à 15 watts, quand ils sont utilisés pour de la bureautique. Sur certains jeux vidéo, ces mêmes ordinateurs peuvent consommer 80 W, et comme les jeux vidéos peuvent accaparer pendant des heures, leur consommation peut être significative. Et un accro aux jeux vidéos attendra difficilement les jours de soleil !
Si vous ne voulez pas de ces pc portables dont les batteries flanchent au bout de deux ans, vous avez des pc de bureau sobres munis de processeurs de pc portable appelés barebones. J’ai fait ce choix aussi pour une question de silence, il en existe sans ventilateur (fanless pour les moteurs de recherche). L’option Raspberry pi peut aussi vous fournir un ordinateur sobre et ultra économique. Quant à l’écran, les écrans de bureau classiques sont assez grands et consomment au mini 20 W. Une option que j’ai découverte assez récemment est dans les écrans additionnels pour pc portables. Encore une fois, c’est la portabilité qui pousse les fabricants à rechercher l’efficience. Et il en existe des non tactiles, toujours ça de terres rares qui restent à leur place. J’ai donc maintenant un pc qui fonctionne avec 14 W en tout et pour tout, 7 pour l’unité centrale et 7 pour l’écran. Et je ne me pose plus de questions sur l’heure à laquelle je dois utiliser mon ordinateur ni combien de temps je peux l’utiliser, ce qui me permet d’être bavard sur ce site. Ah, vous aviez remarqué ?
Il n’y a pas de télé à la maison, ai-je besoin de le préciser. Une télé, c’est 60 à 80 W pour un écran récent (donc plutôt grand), et surtout ça reste allumé pendant des heures. Se sevrer du réseau est donc aussi une bonne opportunité pour se sevrer de la télé. Si cela vous semble impossible ou exagéré, rien n’interdit bien sûr une télé dans une installation autonome, juste il faut se contenter de l’essentiel en période nuageuse. Et pourquoi pas toute l’année aussi, dans l’élan.
Pas de box internet non plus, là c’était autant pour économiser un abonnement qu’une consommation de veille. Les téléphones avec la 4G font la même chose, sauf que là j’admets que c’est une façon d’externaliser ma consommation, autrement dit de la refiler à ces réseaux qui deviennent des gloutons. Du coup je limite ma consommation de données, notamment la consultation de vidéos.
L’éclairage, ce n’est plus un problème avec les LEDs. Avec 3 à 4 W on éclaire une pièce, l’éclairage ne consomme pas plus d’une quinzaine de Watts, pendant 4 à 5 heures par jour, ou plutôt par nuit. Ce qui fait 75 Wh gros maximum, facile à calculer et bien moins évident à mesurer. Et dans une habitation bioclimatique, les larges ouvertures permettent de se dispenser de ces lumières allumées des journées entières les jours pluvieux, précisément les jours où il est préférable d’éteindre les lumières.
Les appareils de faible puissance à usage bref :
Dans cette catégorie bénie, il y a les petits appareils ménagers, mixers (100w) , robots de cuisine (100 à 200W) , extracteur de jus ou centrifugeuse (100 w) presse agrumes (30w)… demandent peu de puissance et ne fonctionnent pas longtemps, donc sont très peu énergivores tout en donnant l’impression de consommer beaucoup. D’une façon générale, tout ce qui fournit de l’énergie mécanique dans une habitation est peu énergivore. Bonne nouvelle non ? Cela dit, si vous voulez pédaler pour mixer vos jus de fruits, allez-y, mais sachez que vous ne changerez pas votre facture d’électricité.
L’heure du bilan
Bon, voici enfin la fin de ce long inventaire. Et l’heure du bilan : la maison consomme aujourd’hui en moyenne 1,5 kWh/jour, en tout et pour tout avec trois personnes à bord. Ceci inclut un cumulus qui utilise les surplus de production, une partie des véhicules solaires, les outils de l’atelier, les outils de travail d’une activité d’entretien d’espaces verts qui sont tous sur batterie, rechargées au soleil bien sûr.
La seule consommation incompressible (pour l’instant) est les 0,25 kWh/jour de l’installation de production d’électricité. Le frigo, avec ses 0.05 kWh/jour, est quasi inexistant.
En cas de mauvaise passe, heureusement les prévisions météo deviennent étonnamment fiables et il est possible de prendre les devants, et de reporter certaines consommations, typiquement la lessive. Et le stock de linge de rechange devient une alternative aux batteries !
Cela dit, après ce tri, la consommation d’usage proprement dite ne pèse plus très lourd, et en cas de mauvaise météo en reportant les consommations qui peuvent attendre, la consommation totale peut descendre à 0,6 kWh/jour sans restreindre les consommations usuelles qui sont très faibles, typiquement l’éclairage ou les sessions d’ordinateur . La probabilité de coupure est donc très faible.
Mais ainsi organisés, comme la production moyenne est, je vous rappelle, de 4 kWh/jour, la grosse majorité des journées est absolument sans restriction, si ce n’est de faire attention à consommer de préférence quand le soleil est là, pour prolonger la vie des batteries. Exactement comme vous feriez pour gérer une installation en autoconsommation.
Voici pour finir la visite des entrailles de la « centrale électrique maison »
Ce n’est qu’une installation ultra-classique.
1 – la sortie du courant vers le circuit de la maison, en 220 V, avec un petit appareil qui coûte dans les 10 euros et qui devrait être dans toute habitation : un consomètre, qui donne la puissance instantanée appelée, et la consommation totale. Bien pratique pour connaître la consommation de ses appareils, il peut s’intercaler sur n’importe quelle prise.
2 – l’indicateur des Watts solaires disponibles, il donne aussi la tension des batteries ce qui donne une idée du niveau de remplissage.
Ces deux premiers appareils côte à côte disent si on consomme plus ou moins que ce que fournissent les panneaux.
3 – le régulateur de charge, c’est lui qui convertit le courant des panneaux solaires pour l’optimiser et l’adapter aux besoins des batteries.
4- le coupe circuit qui permet de déconnecter les panneaux si besoin.
5- le convertisseur, qui donne du courant 220 V alternatif à partir du courant 24 V continu des batteries. Comme il est branché au même endroit que le régulateur de charge, c’est à dire aux bornes des batteries, il va prélever le courant directement depuis les panneaux solaires si ces derniers produisent suffisamment. Ça se fait tout seul, et ça évite aux batteries de fonctionner inutilement. Ce qui est intéressant de noter, c’est que les panneaux solaires ne s’usent pas à l’usage, contrairement aux batteries. Les panneaux vieillissent lentement sous les effets du temps, avec les UV, les chaleurs et les froids. Donc autant que possible, il faut faire fonctionner ses appareils quand les panneaux donnent suffisamment. Et ainsi c’est gratuit, dans le sens où cela n’engendre pas de vieillissement supplémentaire pour les panneaux.
6 – le disjoncteur de protection des batteries, en fait c’est deux disjoncteurs 32A de récup, avec le câble positif de la batterie divisé en 4, un sur chaque borne. En théorie, ça tolère 32 Ampères par fil, donc 128 Ampères au total. En principe c’est un fusible qui assure cette douloureuse et indispensable sécurité.
7 – l’équilibreur de batteries : lui il est arrivé après coup, par nécessité. Les batteries en parallèle s’équilibrent d’elles mêmes, celles en série ne le font pas. Et à la longue il peut y avoir des décalages entre les blocs. Et comme le régulateur « prend la tension » de la somme des deux blocs, il y a un bloc surchargé et un sous-chargé, sans qu’on s’en rende compte, sauf si on prend le voltmètre pour vérifier.
8 – Et les batteries, le maillon sujet à discorde, le point faible écologique du système. J’ai eu la chance de pouvoir récupérer des batteries télécom (plomb AGM) qui partaient à la casse. Les grosses installations informatiques ont des systèmes de protection contre les coupures de courant, et leurs batteries sont réformées périodiquement par précaution sans avoir réellement servi. Ces 6 batteries ont 4 ans d’âge, et encore 80 % de leur capacité d’origine. Et on verra combien de temps elles tiennent. À 18 kg pièce, cela fait 106 kg pour environ 2 kWh utilisables.
Une batterie a une « usure » proportionnelle à la quantité d’énergie qui circule en elle. De plus elles ont une durée de vie limitée dans le temps, même sans servir. Donc pas le choix : il faut en avoir le moins possible, et les faire fonctionner le moins possible.
Évidemment je me suis posé la question de l’usage de ces ignobles et néanmoins diablement pratiques « réservoirs d’électricité » et la réponse est ici.