Résister à la tempête grâce à l’alimentation de secours

(Suite de la partie 2, qui conclut l’article)

Onduleurs

La plupart d’entre nous souhaitent faire fonctionner quelques appareils à courant alternatif de 120 volts. Le réfrigérateur, le four, la pompe du puits peu profond – des appareils à courant alternatif standard que nous voulons maintenir en vie en cas de coupure de courant. Pour ces appareils, nous avons besoin de ce que l’on appelle un onduleur. Les onduleurs prennent le courant continu de la batterie et le convertissent en courant alternatif domestique standard de 120 volts.

De nos jours, les onduleurs sont disponibles sous toutes les formes et dans toutes les tailles. Vous pouvez vous procurer des onduleurs à onde sinusoïdale modifiée fabriqués à l’étranger qui se branchent sur l’allume-cigare de votre voiture, à un prix relativement bas. Ils peuvent même suffire à recharger votre téléphone ou votre ordinateur portable. En règle générale, ces appareils produisent environ la moitié de ce qu’ils consomment. Par exemple, si la prise de l’allume-cigare est protégée par un fusible de 15 ampères à 12 volts CC, on peut s’attendre à ce que l’onduleur produise un peu moins de 1 ampère à 120 volts CA.

Si vous souhaitez faire fonctionner d’autres appareils, vous aurez besoin d’un onduleur beaucoup plus robuste. Des onduleurs bon marché fabriqués en Chine et d’une puissance de 2000 watts peuvent être achetés aujourd’hui pour moins de 1 000 dollars – parfois bien moins que cela. Ces onduleurs peuvent fonctionner dans la plupart des cas selon les spécifications indiquées, mais lisez les petits caractères avant de décider d’acheter. N’oubliez pas non plus qu’ils sont souvent conçus pour une consommation maximale momentanée, et non pour une consommation continue. La capacité déclarée de 2000 watts peut en réalité être inférieure à 1500 watts en continu. La durée de l’appel momentané tend également à varier d’un fabricant à l’autre. Pour certains fabricants, la durée momentanée peut être de 15 secondes. Pour d’autres, elle peut être de 15 minutes. Vous avez tendance à obtenir ce pour quoi vous payez.

Figure 3 : Les onduleurs haut de gamme intègrent des chargeurs pour le réseau, le générateur et le chargeur solaire.

En outre, si vous avez l’intention de faire fonctionner des appareils dotés de moteurs électriques ou d’autres dispositifs réactifs, vous pouvez vous renseigner sur les facteurs de charge. Par exemple, un moteur qui consomme 9 ampères (1100 watts) en continu une fois en marche peut nécessiter 20 ampères (2400 watts) pour démarrer. Quelle est la rapidité de la transition ? Certains onduleurs de meilleure qualité peuvent supporter de telles surcharges pendant un quart d’heure. D’autres onduleurs moins chers peuvent échouer en quelques secondes.

N’oubliez pas non plus que les onduleurs bon marché produisent ce que l’on appelle une onde sinusoïdale modifiée. Le réseau électrique, quant à lui, fournit une véritable onde sinusoïdale. Tous les appareils ne fonctionneront pas de manière acceptable avec une onde sinusoïdale modifiée. Les meilleurs onduleurs produisent toujours des ondes sinusoïdales correctes, mais ce n’est qu’un début. Les onduleurs haut de gamme passent automatiquement en mode d’économie d’énergie lorsqu’ils ne détectent aucune consommation de 120 volts et se remettent en marche à la microseconde où vous branchez quelque chose. Les meilleurs onduleurs sont également très lourds.

L’autre facteur à prendre en compte pour l’utilisation d’un onduleur est que vous aurez besoin de cuivre très lourd pour connecter l’alimentation d’entrée. Le cuivre est cher. Si vous voulez faire fonctionner un onduleur de 120 volts, 2000 watts, à 15 ampères continus, il pourrait tirer environ 200 ampères à 12 volts DC. La résistance au courant continu est importante et la chute de tension peut rapidement devenir un problème. Nous parlons ici d’un « fil de soudure » très résistant, dont le cuivre a un diamètre d’environ un demi-pouce. En fonction de votre situation spécifique, cela peut se traduire par un calibre de fil américain (AWG) de 00. Normalement, ces données sont fournies dans le manuel de l’onduleur, mais il existe également des tableaux en ligne qui peuvent vous aider à déterminer l’AWG en fonction de la longueur et de vos besoins actuels.

Vous pouvez réduire le coût du câblage en configurant votre système à une tension plus élevée au lieu d’une tension de 12 volts. En plaçant quatre batteries à décharge profonde de 6 volts en série, vous pouvez travailler à 24 volts nominaux. La plupart des appareils pour poids lourds peuvent être raccordés directement à un système de 24 volts. Notre congélateur Danfoss à courant continu peut fonctionner à 24 volts. Sachez toutefois que si vous optez pour un système de 24 volts, vous aurez également besoin d’un convertisseur de 24 à 12 volts pour alimenter les appareils qui ne nécessitent que 12 volts.

Si vous placez des batteries en série, en parallèle ou en série-parallèle, vous devez tenir compte du fait que chaque batterie doit être du même type, du même âge et du même état. Cette configuration ne fonctionnera pas bien si les batteries sont différentes.

Les très grands systèmes photovoltaïques qui utilisent des batteries de stockage sont souvent câblés en 36 ou 48 Vdc. Si vous envisagez d’alimenter des appareils de grande puissance, vous devrez vous renseigner sur les systèmes à tension de batterie plus élevée.

Les grandes installations photovoltaïques, souvent subventionnées par les pouvoirs publics, sont généralement câblées à l’aide d’onduleurs connectés au réseau, qui ne fonctionnent que lorsque le réseau est en service. Bien que cela dépasse le cadre de cet article, il serait intéressant de lire une expérience spécifique de modification d’un réseau raccordé au réseau pour qu’il devienne utile dans le contexte d’un système d’alimentation de secours.

Systèmes d’alimentation de secours comparés

Un système d’alimentation de secours non PV typique repose sur l’alimentation par générateur. Le problème des générateurs est qu’ils dépendent d’un carburant qui peut être rare et qu’ils peuvent être associés à des signatures sonores importantes. De plus, à l’exception de certaines installations très coûteuses, ils ne sont généralement pas en attente lorsque le courant est coupé. La plupart des gens doivent les sortir de l’entrepôt et s’apercevoir qu’ils ne peuvent pas trouver les rallonges. Ils doivent ensuite faire face au fait qu’ils n’ont pas été testés depuis un certain temps et que l’essence se dégrade au bout d’un certain temps. Lorsque vous aurez réglé tous ces problèmes, vos conduites d’eau auront gelé ou, dans un climat plus chaud, vos congélateurs auront tous dégelé depuis longtemps.

Le système d’alimentation solaire de secours, quant à lui, est toujours en attente et, en cas de panne de courant, il bascule automatiquement en une fraction de cycle d’une onde sinusoïdale. Les pannes de courant et les problèmes d’alimentation rencontrés par le réseau ne sont donc pas ressentis par vos appareils.

Le seul cas où vous auriez besoin d’un générateur est celui d’une batterie trop petite, d’une charge trop lourde ou d’une période prolongée sans lumière directe du soleil. Dans tous les cas, cela vous permet de gagner beaucoup de temps jusqu’à ce que le générateur soit installé et fonctionne. Avec un onduleur-chargeur sophistiqué, vous pouvez le configurer pour qu’il démarre automatiquement votre générateur lorsque les batteries sont faibles et pour qu’il s’arrête une fois que les batteries sont suffisamment chargées ou que le soleil revient – ce qui permet d’économiser un carburant précieux.

Le câblage de notre système photovoltaïque de secours ne nécessite pas de commutateur de transfert spécial. L’onduleur-chargeur est branché sur un circuit standard de 120 volts et les appareils que vous souhaitez laisser fonctionner sont simplement branchés sur l’onduleur en permanence. Ce système permet de passer automatiquement du réseau à la batterie en cas de besoin. Si le réseau se rétablit entre-temps, il revient en arrière pendant qu’il recharge les batteries. J’ai également mis en place un circuit spécial de secours dans la maison pour les appareils critiques que je veux garder en vie pendant une panne.

Détails de notre système d’alimentation de secours

Échouer tôt, échouer souvent – échouer tant que le coût de l’échec est encore relativement faible. C’est le cinquième système que j’ai mis en place – seul le premier a été considéré comme un échec total, mais je ne me suis pas arrêté là. Le cinquième système intègre de nombreuses choses que j’ai apprises au cours des 25 dernières années.

Figure 4 : Des spécifications ont été fournies au dos de ces panneaux photovoltaïques.

Ce qui suit est une description assez détaillée du système d’alimentation de secours que nous avons mis en place dans une ville. Je décris tout ce que je fais comme une expérience et cela peut être discuté comme base pour des améliorations. Cela dit, ce système fonctionne assez bien pour les objectifs que j’avais fixés.

Le système commence par quatre panneaux photovoltaïques (PV) Photowatt de 230 watts fournissant un maximum théorique de 920 watts de puissance. Ils sont connectés en deux chaînes, chacune consistant en une paire de panneaux en série, parce que la tension en circuit ouvert (Pov) de ces panneaux est de 36 volts et que la Pov maximale du contrôleur de charge est de 120 volts. La Pov est indiquée dans les spécifications de notre régulateur de charge et est marquée à l’arrière des panneaux photovoltaïques. Si j’avais placé les quatre panneaux en une seule chaîne, ils auraient dépassé la puissance nominale du régulateur de charge.

Figure 5 : Quatre panneaux photovoltaïques Photowatt de 230 watts.

J’avais auparavant utilisé des structures en aluminium pour monter les panneaux. Cette installation particulière a eu lieu pendant les jours de fermeture de la « scamdemic » et les seuls matériaux disponibles dans ces régions étaient de très mauvaises planches de cèdre. J’ai donc tenté l’expérience en construisant une structure en bois pur au lieu d’une structure en aluminium. Rétrospectivement, je n’aurais peut-être pas monté d’antennes verticales de radio amateur au sud des panneaux.

Lorsque vous montez des panneaux sous des latitudes septentrionales, faites-le de manière à pouvoir les incliner presque à la verticale pendant les mois de novembre à février, à la fois pour vous débarrasser de la charge de neige et pour tenir compte de l’angle plus faible du soleil en hiver.

Figure 6 : Lorsque vous estimez la production d’énergie solaire dans les latitudes septentrionales, ne négligez pas de prendre en compte les limites de votre environnement.

Les panneaux sont équipés de fiches MC4 standard, mâles et femelles. Ils sont reliés au régulateur de charge par des lignes d’alimentation #10 AWG résistantes aux ultraviolets (UV).

Un contrôleur de charge Morningstar ProStar 40 Amp MPPT relie les panneaux photovoltaïques aux batteries par l’intermédiaire de l’onduleur-chargeur. Les panneaux ne produisent qu’un maximum théorique de 30 ampères.

L’onduleur-chargeur Samlex EVO 2224 à onde sinusoïdale pure achemine simultanément l’énergie provenant du régulateur de charge PV, d’un générateur et du réseau. Il peut être configuré pour démarrer automatiquement le générateur en cas de besoin.

Les quatre batteries Crown de 235 ampères-heures (AH) à cycle profond de 6 volts en série produisent 24 vdc. Les batteries sont reliées à l’onduleur par cinq pieds de fils de soudure en cuivre 0/2 (double épaisseur) auxquels j’ai fixé, à l’aide d’une sertisseuse hydraulique, des cosses en cuivre équipées pour des goujons de borne de 5/16″. Les fils qui relient les CR-235 en série sont des longueurs de 18 pouces de calibre 1 AWG.

Le système de surveillance de la batterie par shunt est un Bogart Engineering Trimetric TM-2030. Le TM-2030 a été commandé avec le module WiFi WF-2030 en option. La raison principale pour laquelle j’ai commandé le module WiFi est que j’espérais qu’il faciliterait l’accès aux données.

Le WiFi permet de configurer le TM-2030 en utilisant une page web plutôt que le panneau de contrôle. Il permet également d’afficher facilement la tension, les ampères et l’historique sur des pages web plutôt que sur l’écran LED. Curieusement, cependant, il ne semble pas y avoir de moyen simple de sauvegarder les données dans un fichier CSV local via ce module WiFi.

Nous avons un congélateur Unique de 9 pieds cubes alimenté en courant continu. Ces appareils à courant continu utilisent le compresseur Danfoss qui fonctionne avec des fusibles efficaces directement à partir des batteries de 24 volts. Ces appareils peuvent également fonctionner en 12 volts.

L’onduleur Samlex EVO alimente la pompe à eau de la citerne, le système de contrôle du niveau d’eau, ainsi que la chaudière au gaz naturel. Il peut également alimenter notre réfrigérateur conventionnel relativement inefficace et tout autre appareil que nous déciderons de brancher. Bien entendu, pour brancher davantage d’appareils sur l’onduleur, il est préférable de disposer d’une capacité de batterie plus importante que celle que j’avais prévue au départ. J’avais pensé qu’en cas de panne de courant de longue durée, seul le congélateur aurait besoin d’être maintenu en vie.

Le réfrigérateur serait utile. Notre objectif à long terme est de remplacer notre réfrigérateur Westinghouse standard par un appareil alimenté en courant continu. Les appareils à courant continu sont plus chers (avec moins de fonctions « de luxe ») que les équivalents standard du marché de masse.

L’onduleur-chargeur dispose d’une entrée de 20 ampères pour le réseau électrique et d’une autre qui peut être connectée simultanément à un groupe électrogène. L’EVO pourrait être configuré pour démarrer et arrêter automatiquement le générateur, comme indiqué précédemment.

La documentation de l’EVO-2224 suggère que l’unité est capable et pourrait être câblée avec un courant alternatif supérieur à 12 AWG (20 ampères), mais j’ai déjà choisi les disjoncteurs Square D de 20 ampères. Tout appareil à courant alternatif branché sur l’onduleur recevra du courant conditionné du réseau jusqu’à ce que le réseau s’arrête, auquel cas il fournira de manière transparente du courant inversé à partir du stockage sur batterie en une fraction de seconde.

Un convertisseur de 24 volts en 12 volts à 20 ampères est utilisé pour alimenter mes appareils en 12 volts. La pompe à poney à courant continu que j’utilise pour transférer l’eau entre mes conteneurs IBC et ma citerne est un appareil à courant continu de 12 volts. Je pompe l’eau du conteneur de collecte à travers un filtre de 30 microns afin de réduire le problème des algues dans l’eau stockée.

À l’exception des fils à courant fort, tous les circuits CC restants ont utilisé des Anderson Power Poles (APP) avec des panneaux de fusibles Blue Sea utilisant des fusibles à lames ATC de type automobile. Nous avons standardisé l’utilisation de la convention APP orange-noir pour les 24 volts et rouge-noir pour les 12 volts.

Conclusion

À un moment donné de notre vie, nous devrions nous attendre à vivre la fin du monde tel que nous le connaissons. Dans quelle mesure serons-nous polyvalents dans un tel monde ? Pour s’y préparer, il faut en partie acquérir des connaissances et des compétences tant que leur coût est encore faible. Il peut également s’agir d’anticiper les ressources qui seront nécessaires et celles qui deviendront communément disponibles dans un tel scénario.

Dans cet essai, j’ai tenté de fournir une introduction aux composants communément disponibles qui peuvent être combinés pour produire un système d’alimentation de secours pour le cas où l’alimentation du réseau deviendrait peu fiable, horriblement chère ou complètement indisponible. Le système modulaire décrit peut être étendu à des systèmes d’alimentation de secours plus traditionnels impliquant des générateurs à essence, diesel, propane ou gaz naturel. Il est préférable de ne pas trop dépendre de ces moyens alimentés par des carburants, car dans un scénario de panne du réseau, les raffineries et les systèmes de distribution seraient touchés.

La quantité d’énergie produite par un générateur portable typique peut facilement suffire à faire fonctionner votre lave-linge et votre sèche-linge de 240 volts pendant une courte période, alors que les systèmes solaires requis pour des charges aussi lourdes représentent un niveau d’investissement plus élevé. Si vous disposez de beaucoup d’espace sur le toit, il est même possible d’utiliser une petite pompe à chaleur mini-split pour la climatisation – cependant, le coût est forcément important et vous pourriez vous contenter d’un ventilateur bon marché et d’un déshumidificateur courant fonctionnant avec un onduleur, comme décrit ci-dessus.

Je suis un expérimentateur – je ne fais pas de publicité ni de vente, au cas où cela ne serait pas déjà évident. J’ai documenté ce que j’ai appris et ce que j’ai fait, que ce soit ou non la meilleure façon de procéder, je vous laisse le soin de le faire. Les marques et les modèles d’équipement que j’utilise ont été inclus avec suffisamment de détails pour que vous puissiez commencer vos propres recherches. Pour l’instant, les spécifications de chaque équipement sont facilement disponibles sur Internet et vous pouvez les télécharger et les enregistrer sur vos clés USB résistantes à l’encéphalopathie spongiforme bovine. Dans un avenir proche, j’espère pouvoir vous faire part d’une pléthore d’autres expériences de première main.

Vous feriez également bien de vous familiariser avec les conseils fournis en juin 2024 par Tunnel Rabbit, « Extending The Life of Flooded Lead Acid Batteries » – en particulier si vous essayez de faire revivre une batterie endommagée en cas de coup dur.

L’expérimentation n’est pas une réflexion après coup – elle imprègne tout ce que je fais – la reconnaissance que l’invisible, le vivant, celui qui est, et qui était, et qui est à venir – celui qui est généreux et bienveillant, c’est Lui qui inspire la créativité et notre bien-être continu – avant tout, allez avec Lui.