Résister à la tempête grâce à l’alimentation de secours

Cette aventure commence par une tempête de vent après laquelle les équipes ont mis des jours à réparer les lignes électriques gravement endommagées. À ce moment-là, nous utilisions comme alimentation de secours une paire de vieilles batteries en fin de vie récupérées dans un pick-up Cummins diesel et connectées à un chargeur de batterie marine conventionnel. Nous avons attendu toute la journée pendant que notre congélateur continuait à fonctionner, alimenté par ces vieilles batteries. Au crépuscule, j’ai finalement sorti le générateur pour alimenter le reste. Il y avait sûrement un meilleur moyen. Cet été-là, j’ai enfin fait de l’installation de panneaux solaires sur le toit et de la modernisation des batteries une priorité.

Aujourd’hui, nous avons le choix. Certains des systèmes d’alimentation de secours disponibles aujourd’hui sont des solutions clé en main qui intègrent soigneusement tous les composants principaux dans un ensemble opaque que même l’utilisateur le moins averti peut gérer. Certains de ces systèmes sont même disponibles avec des panneaux solaires déjà montés sur la base d’une remorque au cas où l’on établirait un campement loin de la résidence principale.

Si les systèmes intégrés sont généralement bons et utiles pour atteindre un but noble, ils ne facilitent pas la compréhension, qui serait parfois très utile. En outre, ils ont tendance à être extrêmement sophistiqués, coûteux et fortement contrôlés par des intérêts propriétaires. C’est pourquoi mon objectif est de compléter les connaissances relatives aux composants modulaires, afin de favoriser une compréhension fondamentale qui sera utile dans le cadre d’un événement à plus long terme, le « stuff-hits-the-fan » (SHTF).

Énergie

Prendre un peu de recul permet d’avoir une meilleure perspective. Pour comprendre les progrès de l’humanité au cours des deux derniers siècles, il faut réfléchir à notre capacité à exploiter les réserves d’énergie pour multiplier l’efficacité de l’effort humain. Le diesel a permis une productivité agricole dépassant l’imagination des agriculteurs du siècle précédent. Grâce aux équipements modernes, un seul agriculteur peut cultiver des milliers d’hectares par an. Sans les ressources pétrolières, la ferme moyenne dans ces régions faisait moins de 100 acres et nécessitait une petite armée pour cultiver, planter et récolter.

Réfléchissez à ce que serait la vie sans les ressources énergétiques que nous considérons aujourd’hui comme acquises. Demandez-vous quelles mesures nous pouvons prendre aujourd’hui pour améliorer notre avenir si le monde tel que nous le connaissons changeait soudainement pour se conformer à la dernière injonction mondialiste anti-carbone.

Notre capacité à produire et à stocker de l’énergie de manière autonome est la clé qui nous permettra d’éclairer l’avenir et de résister à la tempête, quelle que soit la forme qu’elle prendra. Cet essai se concentrera sur les bases d’un système d’alimentation électrique de secours.

Comprendre l’énergie électrique

Pour que nous ayons une compréhension commune, je commencerai par une introduction de haut niveau. Les radioamateurs et les adeptes de l’électricité peuvent passer directement à la rubrique suivante.

L’électricité est un phénomène invisible qui a le potentiel d’effectuer un travail. Elle a l’avantage de pouvoir distribuer ce potentiel à l’endroit exact où ce travail est requis. Les systèmes de distribution sont souvent appelés « courant alternatif ». Dans cette partie du monde, le courant alternatif alterne soixante fois par seconde – 60 cycles. Dans d’autres parties du monde (Europe), il alterne à 50 cycles par seconde. Ce courant alternatif (CA) est utilisé chaque fois qu’une transmission d’énergie sur une longue distance est nécessaire.

Cette onde d’énergie sinusoïdale se caractérise par des transitions douces et régulières, comme on peut le voir sur un oscilloscope. Lorsque les transitions sont irrégulières, irrégulières et bruyantes, on parle d’onde sinusoïdale modifiée.

La plupart des appareils ménagers sont conçus pour fonctionner en courant alternatif à 120 volts. Les appareils lourds, comme une cuisinière électrique, utilisent un courant alternatif de 240 volts. Les pompes pour puits profonds, les chauffages électriques, les climatiseurs et les séchoirs à linge font également partie de la catégorie des gros consommateurs. Les appareils à usage intensif dépassent le cadre de la présente discussion.

L’alimentation par batterie n’utilise pas de courant alternatif. On parle alors de courant continu (CC). La plupart des appareils automobiles courants sont conçus pour fonctionner sur du courant continu de 12 volts. Les « semi-remorques » de classe 8, en revanche, fonctionnent en courant continu de 24 volts. En revanche, une pile sèche de lampe de poche typique a une tension de 1,5 volt, bien que cette tension puisse varier légèrement en fonction de la chimie spécifique. Une batterie de voiture typique est composée d’une série d’éléments dans un seul boîtier.

L’énergie électrique peut être décrite en utilisant la « pression », la force électromotrice (E) et les volts.

Les ampères représentent la quantité d’électrons disponibles à tout moment, ou courant (I). On peut comprendre cela comme l' »épaisseur » de la canalisation.

Le produit de ces valeurs décrit la puissance consommée (P) en watts : P = E * I.

La relation entre la tension et la résistance en ohms (R) est la suivante : I = E/R.

Les conducteurs permettent le passage des électrons. En général, les métaux du tableau périodique sont des conducteurs. Le cuivre est un bon conducteur et c’est ce qui est couramment utilisé dans les fils et les câbles. Les fils flexibles sont simplement constitués de faisceaux de fils fins. Les isolants ne permettent pas le passage des électrons.

La capacité des fils à laisser passer les électrons est généralement décrite à l’aide de l’American Wire Gauge (AWG). Les fils extrêmement épais sont décrits à l’aide de chiffres faibles : AWG 00 est très épais. #L’AWG 00 est très épais. L’AWG 8 est l’épaisseur généralement utilisée pour les cuisinières électriques. #Le calibre 12 est généralement utilisé pour les circuits de 20 ampères. #Le calibre 14 est utilisé pour les circuits normaux de 15 ampères. Les rallonges électriques légères sont généralement de calibre 16. Et ainsi de suite. Plus le calibre AWG est élevé, plus le fil est fin et moins il peut supporter d’ampères sans devenir chaud. Des tableaux techniques utiles décrivant les caractéristiques des fils en fonction de leur calibre sont disponibles sur l’internet si vos manuels d’utilisation ne les contiennent pas déjà. Notez qu’au niveau international, les calibres des fils sont généralement exprimés en millimètres.

Ce que l’on oublie souvent, c’est que même les conducteurs ont une résistance. Lorsque le courant est élevé et que les distances sont importantes, la résistance peut devenir considérable, même si l’on utilise des fils de cuivre de haute qualité, comme je le décrirai plus loin.

Un autre concept à connaître est celui de la puissance consommée sur une période donnée : les wattheures, ou kilowattheures (1000 wattheures, KWH), qui est l’unité de mesure qui apparaît généralement sur nos factures d’électricité.

La capacité d’une batterie est souvent indiquée en termes d’ampères-heures (AH), c’est-à-dire la capacité de fournir ces ampères sur une période donnée. L’indice d’ampères-heures fait référence à un test spécifique auquel les fabricants soumettent leurs batteries. Par exemple, si une batterie est capable de fournir 100 ampères sur une période de test de 20 heures, elle sera considérée comme une batterie de 100 AH. Il ne faut pas confondre cela avec le fait de fournir 100 ampères chaque heure du test de 20 heures – il s’agit de 5 ampères chaque heure pendant une durée de 20 heures – vous devez lire les petits caractères lorsque vous estimez votre capacité de réserve.

Bien que ces relations soient utiles à la compréhension, il ne faut pas les laisser s’enliser dans la conversation.

Stockage de l’énergie électrique

Les composants clés d’un tel système d’alimentation de secours sont centrés sur les batteries à courant continu. La technologie des batteries a beaucoup évolué ces derniers temps. Mais la moins coûteuse d’entre elles reste la batterie standard au plomb-acide qui équipe la plupart des voitures et des camions que nous conduisons. L’acide de plomb représente la technologie de batterie la plus omniprésente, la plus éprouvée, la plus économique et la plus recyclable disponible aujourd’hui.

Les batteries au lithium sont utilisées pour alimenter les ordinateurs, les téléphones portables et les voitures électriques haut de gamme, mais elles sont généralement très chères. Leur principal avantage réside dans le fait qu’elles sont plus légères que les batteries au plomb. Les piles au lithium sont également très exigeantes en termes de régime de charge, car elles nécessitent des cycles de charge et de décharge spécifiques contrôlés par ordinateur. Le lithium peut très bien convenir à un ordinateur portable et à une perceuse portative, mais il peut aussi être à l’origine d’incendies spectaculaires.

Pour les applications stationnaires, le meilleur rapport qualité-prix est toujours basé sur la chimie courante de l’acide-plomb. La moins chère de ces batteries est la batterie de démarrage de véhicule de 12 volts. Ces batteries sont optimisées à l’aide de plaques minces pour fournir des courants élevés pendant une courte période. En cas de panne du réseau électrique, on peut s’attendre à ce qu’elles deviennent une ressource primaire pour autre chose que la voiture pour laquelle il est impossible d’obtenir du carburant.

Les batteries à électrolyte liquide ne sont pas seulement utilisées dans les voitures et les camions, elles sont aussi couramment utilisées dans les applications industrielles et sur les terrains de sport. Pour les applications qui nécessitent des courants électriques pendant une période prolongée, comme les voiturettes de golf et les chariots élévateurs, on utilise des batteries à décharge profonde dotées de plaques plus épaisses. Les plaques plus épaisses tolèrent des décharges plus profondes et sont moins susceptibles de se déformer. Les batteries à décharge profonde ont généralement une tension de 6 volts, les exemples les plus courants étant la Trojan T-105 et la Crown CR-235.

Figure 1 : Batteries CR-235 de 6 volts à décharge profonde, sans bouchon, en cours d’arrosage. Elles peuvent être enchaînées en série pour produire un système de stockage de 24 volts, comme illustré.

Le terme « inondé » fait référence au fait qu’un simple électrolyte liquide est utilisé. À ce titre, vous vous souviendrez peut-être que les batteries de voiture traditionnelles nécessitent une inspection périodique des niveaux de liquide et un remplissage occasionnel avec de l’eau distillée. Les batteries à décharge profonde nécessitent un entretien similaire. La fréquence des appoints est largement déterminée par le nombre de cycles de décharge-charge et la profondeur de la décharge.

L’électrolyte d’une batterie entièrement chargée est de l’eau pure. Dans une batterie déchargée, il s’agit d’acide sulfurique. Ne mettez pas ce produit dans vos yeux, sur votre peau ou sur vos vêtements.

(Suite dans la deuxième partie.)