Vivre hors réseau. Panneaux solaires fournissant de l’électricité à une maison hors réseau dans l’arrière-pays de Nouvelle-Zélande
Introduction
Il y a vingt ans, installer soi-même un système d’énergie alternative hors réseau de n’importe quel type n’était soumis à aucune réglementation. Ces jours sont révolus. Si vous vivez dans un État qui possède un important programme d’énergie solaire raccordé au réseau, vous devriez vous informer avant de vous lancer dans un système hors réseau. Il y a quelques années, la Californie a exigé de la communauté hors réseau, dans certains comtés, qu’elle assume les coûts de raccordement de leurs maisons au réseau électrique. Cela incluait l’énorme dépense de l’installation de lignes électriques. Attention donc aux réglementations et aux codes locaux.
Note : j’utiliserai le terme kilowatts, où (Volts x Ampères = Watts) et 1000 watts = 1kW. Votre compagnie d’électricité vous facture au kW/h.
Prérequis
Il existe deux types de technologies d’énergie alternative :
• Persistantes
• Intermittentes
Comme les termes l’indiquent, l’une est constante, tandis que l’autre ne produira de l’énergie que lorsque la ressource est disponible.
Les technologies alternatives persistantes incluent :
• Groupes électrogènes (aussi appelés « gensets ») alimentés par : propane, gaz naturel, biodiesel, éthanol, méthane issu du biogaz, et biogaz provenant de la pyrolyse de la biomasse ou des déchets plastiques
• Turbines/roues hydrauliques
• Géothermie (uniquement à l’échelle des services publics)
• Conversion de l’énergie thermique des océans (OTEC) (turbines océaniques/uniquement à l’échelle des services publics)
Les technologies alternatives intermittentes incluent :
• Éoliennes
• Panneaux solaires photovoltaïques (PV)
Par où commencer ? Allez sur le site du NREL (National Renewable Energy Laboratory) et consultez les cartes solaires et éoliennes :
• Irradiance solaire en Amérique du Nord et du Sud
• Cartes des ressources éoliennes en Amérique du Nord
Dans les cartes d’irradiance solaire du NREL, la meilleure moyenne d’heures d’ensoleillement de la planète est de 6,5 heures/jour. Cela signifie qu’il vous faudra un moyen de stockage ou une autre source d’énergie pour vous couvrir le reste de la journée. Comme on peut le voir sur les cartes éoliennes du NREL, le vent peut être une ressource très différente. Il existe une bande étroite qui s’étend du sud de la Californie au nord de l’Arizona et jusqu’au Nouveau-Mexique, qui constitue un emplacement idéal pour la combinaison de l’énergie solaire photovoltaïque et de l’éolien.
Comprendre vos charges électriques et votre consommation d’énergie
Il vaut toujours mieux « élever le pont que d’essayer d’abaisser la rivière ». Ainsi, réduire votre consommation d’énergie et rendre votre maison plus efficace vous fera économiser beaucoup d’argent, que vous choisissiez ou non d’utiliser des énergies alternatives. Par exemple, pour démarrer un système de climatisation centrale résidentielle, il faut un pic momentané de 10 kW de votre système. Il peut n’avoir besoin que d’environ 3,5 à 5,0 kW pour fonctionner, mais, sans cette capacité de fournir un pic de ~10 kW, l’unité ne démarrera pas. Votre facture d’électricité devrait comporter une rubrique intitulée « Demande de pointe ». Notez combien on vous facture pour cela. Sans système de climatisation centrale, une source d’énergie de 5 à 7 kW devrait alimenter une maison de 3000 pieds carrés sans problème. Une « calculatrice de charge » et une référence à « Qu’est-ce que la demande de pointe ? » figurent dans la section Ressources supplémentaires ci-dessous.
Commencez avec une source persistante
Groupes électrogènes (gensets)
Au moment de cet article, l’option de générateur la plus rentable est le GPL (gaz de propane liquéfié). Comparés aux options diesel et essence, ils sont beaucoup plus silencieux et le carburant GPL ne se détériore jamais tant que le réservoir est intact. Les camping-cars choisissent d’utiliser des groupes électrogènes GPL en raison de leur fonctionnement silencieux et de leurs émissions plus propres. Si vous êtes bricoleur, trouver et rénover un ancien genset au propane de camping-car serait la meilleure solution. Obtenir un grand réservoir de propane est aussi une option, qu’un distributeur remplira sur demande.
Un groupe électrogène est l’option la plus rentable pour une alimentation de secours, car le marché des moteurs à combustion interne (MCI) est un monopole favorisé et protégé. Cependant, les carburants que vous pouvez y mettre ne le sont pas.
J’ai un groupe électrogène diesel Yanmar de 3,7 kW, et j’ai deux véhicules diesel. Cela alimente tout dans ma maison à l’exception de mon unité de climatisation centrale. J’ai choisi un diesel en raison de la teneur en BTU du carburant, de la durabilité du moteur et du fait que le carburant se conserve longtemps dans le désert sans se dégrader. Vous pouvez aussi le faire fonctionner avec une combinaison de propane et de diesel lorsque le moteur vieillit et commence à fumer. Cela vous donnera encore cinq années d’utilisation.
Un moteur diesel peut fonctionner avec de l’huile moteur usagée et de l’huile de friture de restaurant. Si vous avez une source d’huile de friture, le moteur doit démarrer au diesel, puis passer à une huile de friture recyclée propre/hautement filtrée. En effet, le cylindre diesel doit être porté à température avant que la graisse de friture ne s’enflamme dans le cylindre. Notez que de nombreuses municipalités obligent les restaurants à faire enlever leur huile de friture au lieu de la vendre au grand public. Imaginez cela. Les forces du monopole frappent encore une fois.
Les groupes électrogènes à essence peuvent être convertis pour fonctionner à l’éthanol (aussi appelé « moonshine »), au gaz de bois issu de la pyrolyse, à l’hydrogène, au propane et/ou au gaz naturel. La raison pour laquelle j’ai évité l’essence est qu’elle est très corrosive. Elle finira par détruire votre moteur. Si vous faites fonctionner votre moteur à essence au propane, au gaz naturel et/ou à l’H2, l’intérieur du moteur sera parfaitement propre et sa durée de vie augmentera d’environ un tiers.
Notez également que, quel que soit le type de groupe électrogène que vous choisissez, vous devez disposer de filtres de rechange, de bougies, de rupteurs et d’huile pour une utilisation à long terme. Familiarisez-vous avec l’entretien de vos solutions d’alimentation de secours. Ce n’est pas facultatif.
Alimentation de secours d’urgence au gaz naturel
C’est un système identique à l’option GPL. Vous pouvez en obtenir un auprès de votre compagnie locale de gaz, et un programme d’entretien sera inclus dans le prix. Certains de ces groupes électrogènes d’urgence au gaz naturel possèdent en réalité une option CHP (Production combinée de chaleur et d’électricité), où les gaz d’échappement sont acheminés à travers un échangeur de chaleur pour chauffer l’eau de votre maison — super efficace ! Pas un seul BTU n’est gaspillé. Notez qu’il ne s’agit pas d’un système raccordé au réseau, ce qui signifie que l’excédent d’électricité produit n’est pas renvoyé sur le réseau. Un « commutateur de transfert automatique » sera intégré au système (voir la section suivante pour une explication), et la puissance de sortie du générateur sera dimensionnée pour alimenter l’ensemble de votre maison en cas de coupure de courant. Cependant, vous resterez totalement dépendant de l’approvisionnement en gaz naturel de votre compagnie de gaz.
Un commutateur de transfert
Un commutateur de transfert vous donne la possibilité de connecter votre source d’énergie alternative à votre maison en isolant les circuits électriques de celle-ci du réseau (voir 10-Circuit 30 Amp Manual Transfer Switch Kit). Grâce à des commutateurs à trois positions — Réseau, Non Connecté (NC), et Générateur — cet appareil vous permet de connecter sélectivement chaque circuit de votre panneau électrique domestique soit au réseau, soit à une source d’énergie alternative avec — et c’est important — son propre disjoncteur. Cela vaut bien mieux que de faire passer des rallonges électriques dans et hors de votre maison vers votre source d’énergie alternative. Notez qu’il existe des options 110 et 220 VAC (Volts AC). Si vous voulez alimenter toute votre maison, vous aurez besoin du commutateur 220 VAC. Il existe également des commutateurs de transfert automatiques qui démarreront votre système d’alimentation de secours dès le début d’une panne de courant ; ils sont toutefois beaucoup plus coûteux.
Turbine hydraulique ou roue à eau
La minicentrale hydroélectrique — une source d’énergie renouvelable écologiquement propre
Si vous avez la chance d’avoir un ruisseau, une rivière ou un étang en hauteur avec suffisamment de débit — et que les autorités locales le permettent — alors une turbine hydraulique ou une roue à eau est la meilleure option. Selon les risques liés à votre ressource en eau (inondation, sécheresse, etc.), vous devriez disposer d’une source d’énergie alternative propre et ininterrompue 24h/24 et 7j/7. Cependant, vous serez tributaire de l’état de votre ressource en eau. Ce que votre source d’eau vous donne, elle peut aussi vous le reprendre. Il se peut que vous deviez retirer votre turbine ou votre roue à eau de votre ressource lors d’inondations, de vents violents et/ou de froid extrême. Avoir un tracteur, un chariot élévateur ou autre matériel lourd pour déplacer votre système pourra être indispensable. Vous devrez également prendre des précautions particulières pour faire passer vos câbles électriques de votre turbine ou roue vers vos charges. L’utilisation de conduits étanches et de boîtiers électriques homologués NEMA sera également obligatoire.
Étape suivante : combinaison batterie-onduleur
Système de gestion de batterie solaire. Contrôleur de puissance, charge des panneaux solaires.
L’étape suivante consiste en une combinaison Batterie, Régulateur de charge et Onduleur, où vous intégreriez votre groupe électrogène dans un système hybride. Le groupe électrogène chargerait votre banc de batteries (AC -> DC) via un régulateur de charge, et vous pourriez faire fonctionner vos charges lourdes (lave-linge, sèche-linge, etc.) et charger votre banc de batteries en même temps. Il existe des options d’intégration de générateur avec onduleur (DC -> AC) où un régulateur de charge programmable fait fonctionner automatiquement votre groupe électrogène lorsque les batteries descendent en dessous d’une certaine tension.
C’est ainsi que fonctionnent les sous-marins diesel. Un groupe électrogène diesel charge un banc de batteries et fait tourner les moteurs principaux lorsqu’il est en surface, puis les batteries prennent le relais lorsque le sous-marin est submergé.
Il y avait un Cajun en Louisiane qui possédait une maison hors réseau de 4000 pieds carrés. Son système se composait d’un certain nombre de batteries de chariot élévateur, d’un groupe électrogène diesel, d’un régulateur de charge et d’un onduleur. C’était il y a plus de dix ans, et il pouvait acheter ou troquer du diesel marin hors route parce qu’il vivait directement sur le bayou. Huit mois de l’année, il pouvait alimenter sa maison depuis son onduleur/banc de batteries pendant trois jours, et le quatrième jour, il faisait fonctionner son groupe électrogène diesel. (Note : en été, il devait faire tourner son diesel un jour sur deux en raison de la charge de sa climatisation.) Utiliser un groupe électrogène en tandem avec un onduleur/banc de batteries permet d’obtenir environ 70 % d’efficacité de votre source de carburant. C’est pourquoi les locomotives diesel-électriques sont utilisées.
Intégrer des sources intermittentes
Systèmes solaires photovoltaïques hors réseau
Encore une fois, la manière dont vous installez une solution photovoltaïque solaire dépendra uniquement des codes et réglementations électriques locaux, sans parler des pressions supplémentaires que vous pourriez subir de la part de votre assurance habitation.
Dans cet article, The Risks of Grid-Tie Solar, j’ai raconté les épreuves et tribulations d’un ami lors de l’installation d’un système solaire photovoltaïque résidentiel de 7 kW raccordé au réseau sur son toit cette année. Cet homme avait travaillé pour une grande compagnie d’électricité pendant 20 ans et a effectué lui-même la majeure partie de l’installation. Cependant, lorsqu’il a tenté d’installer une option de batterie de secours, tout s’est écroulé. Le service d’incendie local (menace d’incendie perçue) est devenu furieux, et sa compagnie d’assurance également, rien qu’à la mention de « batterie de secours ». Sans batteries, un système raccordé au réseau est inutile pendant une panne de courant. (Autre coïncidence incroyable : les grands monopoles travaillent très dur pour vous garder totalement dépendant d’eux). Dans ce cas, une exception notable fut acceptée — une option Tesla Power Wall a été jugée acceptable à la fois par le service d’incendie local et par la compagnie d’assurance habitation. Imaginez cela !
La plupart du temps (selon votre emplacement), lorsque vous fixez quelque chose de façon permanente à votre maison, vous serez soumis à un certain type de réglementation ou de code.
Alors, quelles sont vos options solaires hors réseau ? Là encore, cela dépend des limitations mentionnées ci-dessus. Certains organismes étatiques et locaux peuvent ne voir aucun problème à l’installation d’un système solaire photovoltaïque hors réseau. Cependant, vous devrez également vérifier à quel point votre assurance habitation est restrictive.
Si vous avez les mêmes limitations que celles mentionnées dans The Risks of Grid-Tie Solar, voici mes suggestions :
• Construisez une structure séparée pour vos panneaux. Voir l’image présentée en haut de l’article.
• Rendez la structure portable ou facile à démonter afin qu’elle puisse voyager.
• Intégrez le banc de batteries, l’onduleur, le régulateur de charge et le groupe électrogène sur une remorque de taille appropriée afin que celle-ci puisse également être classée comme portable.
• Ayez un commutateur de transfert sur votre maison, prêt à brancher votre source solaire/groupe électrogène alternative.
Tout ce qui est portable n’est, pour l’instant, pas soumis aux mêmes restrictions. Si vous envisagez d’emporter avec vous votre système photovoltaïque, vous devrez construire votre plate-forme de remorque et l’équipement qui l’accompagne pour qu’ils soient adaptés à la route. Cela ne s’applique pas si vous souhaitez simplement avoir la possibilité de déplacer votre système sur de courtes distances autour de votre propriété.
Éolien
Consultez le guide Small Wind Guidebook du NREL dans la section Ressources supplémentaires ci-dessous avant d’acheter une éolienne.
Les deux variétés d’éoliennes les plus courantes sont :
• HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine)
? Sous le vent (Downwind) (les pales sont derrière la nacelle, ce qui empêche les pales de heurter la tour par vents violents)
? Au vent (Upwind) (les pales sont devant la nacelle)
• VAWT (Vertical Axis Wind Turbine)
Les éoliennes sont elles aussi régies par les codes du bâtiment et de l’électricité. Si vous optez pour une HAWT, il vous faudra beaucoup d’espace pour ériger la tour. Dans de nombreuses juridictions, rien ne doit se trouver sous le rayon de votre tour d’éolienne qui pourrait être percuté si la structure venait à tomber. Les VAWT sont conçues pour les espaces plus réduits et n’ont pas les mêmes restrictions que les HAWT, ce qui signifie que vous pouvez les fixer à votre toit sans enfreindre les codes locaux.
Le principal problème des éoliennes, de tout type, est le vent excessif. Toutes les éoliennes ont une cote maximale de charge au vent, et une fois ce seuil dépassé, elles se mettent soit en position de sécurité, soit elles s’arrachent. Soyez très attentif à l’achat d’une éolienne capable de supporter les pires vents de votre région. Avoir des débris d’éolienne projetés à grande vitesse près de votre maison n’est pas une bonne idée. Notez également que les éoliennes sont évaluées en fonction des températures froides. Rappelez-vous de la panne générale au Texas…
Défaillances de grandes éoliennes
Voici ce qui se produit lorsqu’une éolienne de type industriel se désintègre :
Une fois que vous avez installé une éolienne de la taille adéquate, vous connecterez la sortie de votre éolienne à votre régulateur de charge, qui chargera vos batteries, et votre onduleur transformera le courant continu (DC) des batteries en courant alternatif (AC) pour vos appareils domestiques.
Systèmes hybrides
En général, un bon système hors réseau combine le solaire ou l’éolien avec un générateur de secours, un banc de batteries et un onduleur. Cela garantit une alimentation électrique 24h/24 et 7j/7. Ainsi, si vous vivez en montagne et qu’il y a relativement beaucoup de soleil, vous pouvez vouloir intégrer une éolienne et du solaire photovoltaïque ensemble comme sources intermittentes d’énergie alternative, avec votre générateur de secours, votre onduleur et votre banc de batteries.
Entretien
Oui, j’ai prononcé le mot qui fâche : entretien. Si vous vivez hors réseau, ce sera une routine quotidienne, où une inspection visuelle de votre système doit être effectuée pour prévenir les grosses pannes. Que peut-il arriver en une journée ? Des rongeurs. Les rongeurs adorent — ADORENT — manger les fils électriques. Ils peuvent faire beaucoup de dégâts, non seulement à votre système hors réseau, mais aussi à votre véhicule. Donc, une rapide inspection quotidienne de votre système est toujours une bonne idée. Familiarisez-vous avec le cycle d’entretien de votre équipement et effectuez tous les contrôles et services programmés sans exception.
Risques
Les choses les plus pernicieuses auxquelles vous devrez faire face sont la réglementation, l’assurance et les coûts. Les réglementations et les obligations d’assurance ont imposé le modèle raccordé au réseau comme la seule solution. Monsieur Global prend des mesures très agressives pour s’assurer que tout le monde soit totalement dépendant de la centralisation. Faites ce que vous pouvez, quand vous le pouvez, dès maintenant.
Récompenses
Quand j’étais enfant, je vivais dans Hurricane Alley. Je me souviens avoir passé trois semaines sans électricité. Pas drôle. Adulte, j’ai bricolé un système photovoltaïque à partir de panneaux expérimentaux et d’un générateur de secours qui m’a permis de garder mon congélateur plein de nourriture sans décongélation à plus d’une reprise. Pouvoir faire fonctionner tous mes gros appareils électroménagers était un avantage supplémentaire.
Conclusion
L’électricité et l’assainissement distinguent les États-Unis du Tiers Monde. L’électricité est indispensable pour la conservation des aliments, l’utilisation d’outils électriques, les communications, etc. Faites une analyse de ce dont vous aurez besoin en cas d’urgence et commencez par là.
Texte original publié la première fois en avril 2022 : https://solarireport.substack.com/p/going-off-grid-risks-and-rewards