Par De tout ce que nous venons de voir, nous pouvons déjà tirer une conclusion, qui va être importante pour la suite de ce travail : un panneau solaire se comporte comme un générateur de courant parfait dans une plage de tension qui se situe entre 0 et n volts, n dépendant principalement du nombre de cellules connectées en série et de la température. Or, pour charger une batterie, la voie la plus courante est de réaliser un régulateur d’intensité afin de garantir que le courant maximum admissible par la batterie ne soit pas dépassé. Dans cette plage d’utilisation, le chargeur est donc un générateur de courant. Lorsque la tension de charge approche, la régulation en courant est remplacée par une régulation en tension, qui permet de garder une charge dite « flottante ». Dans l’absolu, une cellule solaire se comportant en générateur de courant, il suffit de lui adjoindre un interrupteur pour interrompre la charge lorsque la tension est atteinte pour réaliser un chargeur de batterie.
Je vous propose de reprendre la première courbe, annotée, et de regarder ce qui se passe lorsque l’on connecte directement une batterie aux bornes d’un panneau solaire via une diode :
Pour une batterie acide-plomb et dans le cadre d’une utilisation normale, la tension de charge évolue entre 11 et 14,8 volts, 95% de la charge s’effectuant entre 11 et 14 volts. Le panneau solaire étant assimilable à une source de courant, c’est la batterie (et en particulier sa résistance interne) qui impose la tension. Nous reviendrons ultérieurement sur les batteries, et en particulier sur ces bonnes vieilles batteries au plomb, qui ont peut être un mauvais rapport de puissance par rapport à leurs poids, mais qui ont l’avantage d’avoir un bon rapport prix par rapport à l’énergie stockée.
Calculons la puissance reçue par la batterie lorsque la tension est moyenne, c’est à dire 13 volts. P = U . I, donc 13 * 0,62 = 8,06 watts. Remarquez que nous utilisons non plus l’intensité à la puissance maximum, mais l’intensité légèrement supérieure lorsque la tension se situe en dessous de la tension maximum. Par rapport aux 10 watts annoncés, c’est pratiquement 19% d’énergie de perdue ! batterie en cours de charge, donc à 12 volts, ce n’est plus que 7,44 watts que la batterie absorbe et à 11 volts, la batterie ne reçoit plus que 6,82 watts. Au moment où la batterie a le plus besoin d’énergie, c’est 32% d’énergie en moins que ce que l’on était en droit d’attendre, soit un tiers de votre investissement initial. Pour utiliser une autre terminologie, nous pouvons dire qu’à 13 volts le rendement est de 80%, à 12 volts le rendement est de 74%, et à 11 volts de 68%, cela sans considérer les pertes supplémentaires liées à la mise en œuvre d’un quelconque dispositif de régulation de la charge batterie, pourtant indispensable !
Notez que par la magie des pourcentages (ce qui ont placé des économies à la bourse comprendront aisément), pour compenser la perte de 19%, il faut gagner 24% (de 8,06) et pour compenser la perte de 32% c’est 46%(de 6,82) de plus à gagner.
Et bien entendu, si vous êtes l’heureux propriétaire d’un panneau de 100 watts, j’ai le regret de vous annoncer que cela s’applique dans les mêmes proportions comme vous pourrez le vérifier aisément en suivant la même démarche. Dans ce cas et en considérant une tension moyenne de charge de 12,5 volts, la perte est de 22,5 watts, soit, sur une heure de 22,5 w/h. Sur une année de production, en prenant comme hypothèse 4 heures de production en moyenne et une production un jour sur deux : 22,5w/h * 4h * 180j = 16200 w/h, soit un peu plus de 16 kw/h de perdus.
Un autre phénomène provoque une perte d’énergie, lorsque l’intensité lumineuse est faible, le matin, le soir ou sous une couverture nuageuse. Dans ce cas, la courbe caractéristique du rendement énergétique de la cellule va se décaler vers le bas (le courant émis lors du fonctionnement en générateur de courant est plus faible) et le coude où l’intensité s’écroule lorsque la tension s’élève se décale vers l’origine (c’est à dire que la cellule produit une tension plus faible). Dans ces conditions, le panneau solaire produit une tension plus faible que la tension nécessaire à la charge de la batterie et l’énergie produite est perdue. Cette énergie est relativement faible, l’intensité variant plus fortement que la tension en fonction de l’énergie du flux lumineux ou, pour faire simple, quand la tension est faible, il n’y a plus beaucoup d’intensité. En fonction de la saison et de la météo, ce gain potentiel est estimé entre 10 et 20 % sur une période donnée.
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