Batteries et convertisseur

Auteur : Eric Gallais                                        12 mars 2015

Calcul des batteries et du convertisseur :

Lorsque l’évaluation fine des besoins est faite, dans le cas d’un contexte d’autonomie, il faut aboutir à des prises de décision sur 3 éléments : le convertisseur, les batteries et le système de charge des batteries. Il faut en effet que ces 3 éléments soient définis en cohérence les uns par rapport aux autres.

On va, pour rendre les choses plus concrètes, partir sur des exemples chiffrés, avec un besoin en KW de 3 et une tension de batterie de 24 V (cette tension est le plus souvent imposée par les éléments électromécaniques du moteur principal). A ce stade on aura éliminé  toutes les formes d’utilisation peu pertinentes : chauffage électrique, chauffe-eau. Il vaut mieux passer en effet par un chauffage de l’eau par d’autres moyens (solaire par exemple) plutôt que passer par un circuit complexe pour lequel chaque étape induit des pertes (rendement) et des couts (investissements) importants.

Dans ces conditions 3KW permettent le fonctionnement d’une machine à laver le linge ou d’un four mais non simultanément. Pour éviter des mises en rideau intempestives du convertisseur il faudra définir des usages prioritaires par rapport à des usages non prioritaires et faire usage de relais de délestage.

Ceci étant réglé, il faut choisir la capacité de la batterie. Rappelons que, comme vu dans un autre fiche à propos de l’analogie avec un système hydraulique, cette capacité est de même nature que le volume d’eau stocké dans le château d’eau. Il ne s’agit plus de la puissance (en KW) que l’on peut demander au système (ponctuellement ou sur une période donnée) mais de la possibilité de satisfaire à tous les besoins pendant une ou plusieurs journées. Il faut donc avoir une idée de la consommation moyenne en électricité. Celle qu’on pourrait obtenir par exemple en divisant le nombre de KWh de sa facture EDF par le nombre de jours correspondant.

Supposons que nous disposons d’un parc de batteries de 1000 Ah en 24 V ce qui représente entre 500kg et un tonne de batterie au plomb. Combien de temps peut-on fonctionner avec une consommation continue de 2,4 KW ?

P = U . I       donc 2400  = 24 . I    soit  : I = 100 A

Avec 1000 Ah les batteries seront déchargées au bout de 10h, en fait un peu moins de 10h car le rendement du convertisseur est forcément inférieur à 1.

Dans la pratique on ne consommera pas cette puissance en continu mais seulement par intermittence. On peut donc espérer tenir plusieurs jours voire une semaine.

Reste à calibrer le système de charge des batteries :

Le plus simple calcul à faire est celui d’un chargeur fonctionnant en 220 V ou un groupe électrogène en 24V : Les batteries au plomb supportent mal une charge dont l’intensité serait > C/10. Donc pour 1000Ah maximum 100A. Ce qui cadre le choix des chargeurs et groupes électrogènes à prévoir.

Pour un système de charge solaire on ne va plus raisonner en terme de courant de charge maximal mais plutôt en terme de : la charge globale journalière en KWh doit être du même ordre que  la consommation moyenne journalière, et ceci y compris dans des conditions défavorables. Si tel n’était pas le cas il faudrait disposer d’un système de charge d’appoint pour compenser le déficit de charge des batteries.

Ainsi un panneau solaire  en 24 V qui chargerait, en moyenne à hauteur de 10A pendant 10h pour une journée ensoleillée, aura augmenté la quantité d’électricité stockée dans la batterie de 100 Ah.

Si on veut obtenir ce résultat, le panneau devra avoir une puissance supérieure à 240 w car c’est au mieux une puissance intantanée fournie maximale dans les conditions d’ensoleillement et d’orientation les plus favorables. Il faudra se référer aux notices techniques des constructeurs de panneaux pour connaitre plus précisément la quantité d’énergie globale que l’on peut espérer sur une journée moyenne.

Il vaudra mieux faire ces évaluations pour une journée hivernale plutôt couverte plutôt qu’en été, plein soleil. Dans le cas contraire il faudra prévoir un système complémentaire plus conséquent.

A partir de ces exemples chiffrés, on peut dès lors calibrer l’installation à concevoir de  façon cohérente et l’adapter à la consommation prévue.

Voir également l’article “Électricité Batelière (4)”.

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