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Notre box version 1.0 – Batterie au lithium dans un système mobile pour électrifier un poids lourd converti en camping-car

Contexte

Christophe a acheté d’occasion un poids lourd converti en camping-car afin de partir voyager à temps plein pendant plusieurs années à travers l’Europe.

Il souhaite passer ses hivers au Sud et ses étés au Nord, ce qui augmente son potentiel solaire annuel.

Initialement, ce véhicule a été converti en camping-car dans les années 1980 pour accompagner son précédent propriétaire dans ses compétitions de moto. Une installation électrique est déjà présente mais celle-ci est vétuste et principalement prévue pour fonctionner raccordée au réseau ou avec un groupe électrogène présent dans le petit atelier à l’arrière. Elle ne comprend ni batterie auxiliaire 12V, ni panneaux solaires.

Besoins énergétiques

  • Éclairage complet de l’intérieur et de l’extérieur du véhicule
  • Petite pompe 12V pour alimenter un robinet et une douche
  • Pour l’instant équipé d’un réfrigérateur Trimix (gaz), à l’avenir un petit réfrigérateur à compression pourra être raccordé
  • Store électrique sur le côté du véhicule (alimenté en 230V)
  • Rechargement de ses appareils électroniques (ordinateur portable, téléphone, tablette, enceinte bluetooth)

Christophe a globalement des besoins énergétiques sobres et est volontaire pour adapter ses usages à la météo, comme par exemple, débrancher son réfrigérateur en hiver en cas de ciel couvert. Son système n’a pas besoin d’être surdimensionné pour faire face à une mauvaise semaine d’hiver ce qui permet des économies intéressantes.

Contraintes

  • Surface disponible sur le toit pour poser les panneaux limitée à deux coffres en acier de dimensions données : pas d’utilisation possible des panneaux standards 60 cellules qui offrent un meilleur rapport puissance prix
  • Passage des câbles à travers les caisses et le véhicule nécessaire
  • Installation pré-existante vétuste

Caractéristiques générales du système conçu par Info-Solaire

Travailler avec une installation préexistante non documentée n’est jamais facile et peut vite considérablement allonger la durée des travaux comme j’ai pu constater en travaillant sur le système électrique de mon ambulance. De plus, Christophe prévoit de modifier l’aménagement de son véhicule l’été prochain, un système déplaçable est donc très pratique. Je lui ai donc proposé de tester mon premier système tout en un.

Ce système comprend dans une boite compacte tous les éléments nécessaires à produire, stocker et consommer son électricité photovoltaïque. Un moniteur de batterie Victron BMV-700 permet de suivre à chaque instant l’état de charge ou de décharge de la batterie.

Production

J’ai sélectionné 4 panneaux solaires de 100Watts crête dont le format permet de maximiser la surface de collection tout en continuant d’utiliser les coffres sur lesquels ils sont fixés. Leur puissance maximale cumulée est ainsi de 400W, et le courant de charge1 du chargeur solaire (MPPT Victron) est de 30A, ce qui permet sous des conditions optimales de recharger la batterie lithium du système en moins de deux heures. De plus, 400Wc de panneaux assure une production minimum conséquente au vu des appareils à alimenter même en cas de ciel voilé.

A noter : dans le cas de Christophe, le montage à plat des panneaux représente une inclinaison défavorable impactant négativement la production, il ne sera donc, a priori, pas possible d’atteindre cet optimum de charge complète en moins de deux heures.

Stockage

J’ai choisi d’intégrer au système une batterie lithium fer phosphate (« LFP ») 12,8V 60Ah, soit une batterie permettant le stockage de près de 770wH utilisables. Cette énergie représente plus de 25 heures passées sur un ordinateur portable avec de l’éclairage LED et de la musique sur l’enceinte bluetooth.

A noter : L’autonomie annoncée nécessite d’alimenter l’ordinateur avec une alimentation sur allume cigare. D’utiliser des leds directement en 12V courant continu. Et de recharger l’enceinte depuis l’oridnateur ou depuis un chargeur USB sur Allume cigare (fourni avec la box).

L’intérêt de ne pas passer par le 230V alternatif est double. D’abord, on peut éteindre le convertisseur (onduleur) dont la consommation même à vide est loin d’être négligeable (plus de 100wh par 24h pour ce petit modèle soit 5 heures d’ordinateur portable, beaucoup plus pour de plus gros modèles). Ensuite, on économise des pertes de conversion dans deux sens. En effet, l’ordinateur, les leds, les enceintes portables utilisent en interne du courant continu, de plus les panneaux produisent en courant continu et la batterie stock du courant continu. Si l’on passait par du 230V, il serait nécessaire de convertir le 12V de la batterie une première fois en courant alternatif dans l’onduleur (87% d’efficacité pour ce modèle données constructeur), puis de le retransformer en courant continu dans les alimentations respectives de ces appareils (probablement moins de 90%), pour une perte cumulée de plus ou moins 20% (22% dans ce cas avec une hypothèse optimiste sur l’efficacité des alimentations des appareils). Il y a cependant toujours des pertes de conversion dans le convertisseur de tension courant continu qui ajuste le 12V de la batterie à la tension adaptée à l’appareil mais elles sont plus faible ( efficacité autour de 95% pour un modèle non isolé à découpage) et seulement dans un sens (une seule conversion).

Les avantages d’une batterie lithium, en particulier lithium fer phosphate, par rapport aux batteries au plomb sont nombreux : chargement de la batterie par les panneaux en 2 heures de soleil, meilleure durée de vie, utilisation possible de 100% de la capacité de la batterie (comme sur votre téléphone). De plus, parmi les batteries lithium possible, le choix de la chimie fer phosphate n’est pas le fruit du hasard, cette chimie est la plus sûre (pas de risque d’explosion), une de celle avec la durée de vie la plus longue (facilement plus de 10ans si utilisée comme il faut) et une des chimies qui respecte le plus l’environnement : absence de métaux rares ou toxiques, utilisation de matériaux abondants (cuivre, aluminium, polypropylene, fer, phosphate, lithium) et recyclables. Même en terme d’énergie nécessaire à fabriquer la batterie, les batteries au lithium nécessitent moins d’énergie à fabriquer qu’une batterie au plomb si on ramène à la durée de vie et l’énergie qui y sera stocké.

La batterie est protégée contre les décharges excessives par un dispositif de type Victron BatteryProtect.

Alimentation des appareils électriques et raccordement de la boite

  • Côté production : une paire de connecteurs MC4 permet de raccorder les panneaux fixés sur le toit, cette entrée est protégée par un disjoncteur bipolaire.
  • Côté consommation :
    • Coté 230V alternatif : une prise 230V protégée par différentiel et disjoncteur est disponible en façade et un interrupteur permet d’éteindre et d’allumer le convertisseur (onduleur) afin d’économiser de l’énergie (100Wh / 24 heures, soit près de 5 heures d’ordinateur portable). Nous avons sélectionné l’onduleur2 250VA (Victron Pure Sinus) pour permettre l’alimentation d’appareils 230V de petite puissance comme le store électrique qui équipe déjà le côté du poids lourd.
    • Coté 12V Continu : Deux connecteurs sont disponibles pour raccorder des appareils en 12V courant continu, une prise allume cigare et un connecteur anderson powerpole, tous les deux protégés par un disjoncteur de 20A. Nous avons utilisé le connecteur anderson pour raccorder le tableau de distribution 12V de l’installation 12V courant continu pré-existante du véhicule sur la boite.

Budget

Panneaux solaires, connectique et « box » assemblée près à l’usage : 2500€ TTC

Livraison, aide à l’installation et la fixation des panneaux solaires sur le véhicule, raccordement de la boite aux panneaux et à l’existant dans le véhicule : 500€ TTC

Retour d’expérience

  • Travailler avec un existant est effectivement source de problèmes sur lesquels il faut prévoir de passer un peu de temps : au moment de raccorder la box à l’installation 12V existante dans le véhicule, j’ai pu identifier des anomalies sur l’installation existante qu’il a fallu investiguer et résoudre.
  • Des choix non standards en apparence anodins, comme ne pas utiliser de fixations dédiées pour les panneaux et les boulonner directement sur les caisses en acier, induisent des contres-temps importants. Je m’en était déjà rendu compte lors de l’installation aux puces du canal ou je n’avais là aussi pas utilisé de fixations standardisées.
Ma MONSTRUEUSE et indispensable pince à sertir les cosses de 6mm² à 120mm²

1Il s’agit du courant que le chargeur solaire peut envoyer à la batterie.

2Un onduleur a pour fonction de convertir le courant continu de la batterie en courant alternatif permettant d’alimenter les appareils domestiques.

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