OBSERVATOIRE et Autonomie: récupération d’eau de pluie

dans le cadre de mon projet d’observatoire privé fixe, celui ci étant loin de la maison et dans une partie de terrain non alimenté en électricité ni en eau , outre le problème de l’énergie (voir rubrique panneau photovoltaïque) , se pose la question de l’eau pour laquelle la réponse simple est la collecte des eaux de pluies .

pour la collecte des eaux pluviales, outre l’installation de chéneaux , il faudra prévoir une solution de stockage.

la solution la plus simple et économique pour le stockage est la cuves désignée sous l’anglicisme IBC soit Intermediate Bulk Container qui se traduit en français par GRV = Grand Récipient pour Vrac.

on trouve ce type de réservoir neuf en version 1000 litres pour un prix moyen de 180 a 200 euros ( tarifs 2022) et d’occasion pour environ 50 euros. ils existent posées sur palettes bois ou palettes plastique. pour une question de durabilité, préférer la version palette plastique.

afin d’éviter la formation de vase et d’algues dans l’eau , ici aussi si possible acheter une cuve noire ou sinon la recouvrir d’une bâche prévue a cet effet ( moins de 30 euros en achat en ligne début 2021).

pour les chéneaux de collecte , la aussi on trouve sur internet des dispositif type INEFA de petite section adaptée aux petites toitures des abris de jardin .

autre point a prendre en compte, prévoir un trop plein , ci dessous solution a partir d’un tube coudé prévu a cet effet et raccordé a un tuyau enterré:

panneaux solaires et Autonomie Énergétique

les panneaux solaires sont une alternative maintenant devenue classique pour l’alimentation d’un observatoire en mode autonome.

SCHÉMA BASIQUE D’UN DISPOSITIF PHOTOVOLTAÏQUE:

les éléments constitutif d’une installation photovoltaïque standard sont:

  • les panneaux photovoltaïques qui produisent le courant continu
  • le contrôleur qui adapte et régule la tension de sortie pour la charge des batteries .
  • les batteries qui stockent le courant
  • l’onduleur , qui produit du courant alternatif 230V a partir du courant continu.

pour les panneaux photovoltaïques, il existe 2 grandes catégories sur le marché: les panneaux polycristallins et les panneau monocristallins. les panneaux monocristallins ont un meilleur rendement ( 1 a 5% de plus) mais sont plus cher . concernant la durée de vie , pas de différence significative . le choix se fait donc surtout a partir de la dimension des panneaux vis a vis de la surface a couvrir disponible et des besoins en puissance .

concernant le contrôleur , 2 grandes catégories sur le marché , les contrôleurs PWM ( Pulse Width Modulation) et les contrôleurs MPPT (Maximum Power Point Tracking). comme pour les panneau et les batteries , les deuxièmes sont plus cher mais plus efficaces ( meilleur rendement), ici l’écart de rendement peut aller jusqu’à 30 % suivant les modèles . c’est le point a travailler le plus surtout en fonction des options disponibles sur le controleur et des possibilités éventuelles d’évolution de l’installation. sont a prendre en compte aussi les aspect communication avec le monde extérieur ( affichage, port Ethernet, wifi , etc ..) . les deux leader du marcher sont EPEVER et VICTRON . tous les deux proposent des solutions PWM ou MPPT .

pour les batteries , il est possible d’utiliser au choix des batterie auto classiques plomb/acide, des batteries auto plomb/acide a décharge lente , des batteries 12V au gel ou des batterie lithium-ion . comme les panneaux , le choix se fera en prenant en considération les aspect budget et durée de vie souhaitée. a noter qu’en général on évite les batteries au plomb acide classiques peu adaptée a de la décharge constante et longue mais plutôt au démarrage de puissance ( démarreur de voiture) . on met en général au moins des batteries plomb/acide a décharge lente plus adaptées a fournir une tension de façon continue sur un temps long . dernier point a noter , pour optimiser la durée de vie des batteries , on considère une décharge de 20% maximum . la dimension et le nombre de batteries nécessaires a la consommation recherchée doit donc être calculé en fonction de ce paramètre . quand on ne sait pas comment débuter au niveau de l’installation , on installe une seule batterie , on prévoit la place pour une ou deux de plus et on dimensionne le contrôleur pour pouvoir rajouter une ou deux batteries ensuite => largement surdimensionner le contrôleur a l’achat ( qui peut le plus , peut le moins) .

concernant l’Onduleur, c’est un appareil qui a un rendement plus ou moins efficace et génère donc des pertes de puissances par effet joules . il n’est donc pas indispensable si les appareils en aval du dispositif fonctionnent en courant continu . par exemple pour alimenter un PC portable qui fonctionne basiquement avec du 19V CC , il est possible de se passer d’onduleur et d’utiliser un adaptateur 12V/19V CC a la place du transfo secteur 230V/19V du PC. pareil pour un écran d’ordinateur . il est en effet asses facile de comprendre que le rendement de la chaine globale d’alimentation directe en Courant Continu sera bien meilleurs qu’une chaine de transformation 12V CC -> 230V AC -> 19V CC d’où des économies d’énergie ou de la capacité et de la durabilité a la clé.

DIMENSIONNEMENT SOMMAIRE DU PARC SOLAIRE

le dimensionnement du parc solaire (nombre de panneaux et caractéristiques des panneaux) se fait de façon sommaire a partir du calcul prévisionnel de votre consommation avec les équipements connectés au systeme photovoltaïque.

etape 1: listez la consommation en Watts de tous les appareils prévus d’etre connectés sur le parc solaire. si vous n’avez pas la consommation en W de chaque appareil , vous pouvez la calculer en multipliant la tension par l’ampérage.

etape 2: multiplier la consommation en Watts de chaque appareils par le temps d’utilisation prévu , vous obtenez une consommation individuelle en Watt-heure (Wh)

etape 3: Faites la somme de la consommation en Watt-heure pour tous vos appareils, et vous obtenez votre besoin en électricité

etape 4: Divisez votre besoin énergétique en Watt-heure par le temps pendant lequel le parc solaire produit de l’électricité pour obtenir la puissance en Watt dont vous avez besoin. En France, on estime qu’un panneau solaire produit en moyenne l’équivalent de 3 heures à 100%. Cependant, ce temps varie en fonction de votre zone géographique, des conditions météorologiques et du positionnement des panneaux solaires. prévoir une marge de sécurité d’au moins 15%..

CARACTERISTIQUES DES PANNEAUX SOLAIRES :

elles sont données dans la fiche technique des panneaux , et en général a l’arriere des panneaux sur une étiquette dédiée du type de celle ci dessous:

les 2 données importantes qui serviront pour dimensionner le régulateur et les batteries de stockage ( voir ci dessous) sont: Voc ( Open Circuit Voltage) et Isc (Short Circuit Current).

NOTA : la puissance crete (Wc) soit le Max Power at STC (Pmax) est une donnée qui stipule la puissance maxi délivrée par le panneau en conditions standard (STC = Standard Test Conditions) soit par exemple sur l’étiquette ci dessus , 175 W a une temperature de 25° avec une irradiance de 1000W/m² et un coefficient air-Masse de 1,5 . la puissance crête réelle que vous obtiendrez dépendra bien entendu de l’irradiance locale réelle de l’endroit ou seront utilisés les panneaux solaires ainsi que des conditions meteo, elle sera donc sans doute bien en dessous de celle mentionnée sur le panneau en conditions STC. Influent donc sur le résultat, l’ensoleillement de votre localisation, l’angle des panneaux par rapport a la position du soleil dans le ciel, la temperature , l’humidité, la transparence de l’air et les conditions nuageuses . cette puissance crête va donc varier en fonction de la période de l’année , du climat du moment , et du moment de la journée… attendez vous a un résultat réel au moins 20% en dessous du théorique et encore , les meilleures journées d’été a midi avec le soleil au zénith et le panneau bien perpendiculaire au soleil.

DIMENSIONNEMENT DU REGULATEUR DE CHARGE / PARC SOLAIRE

le dimensionnement du régulateur de charge se fait en fonction de la configuration de votre parc solaire ( nombre de panneaux, caractéristiques, et type de branchement) et ceci pour la production de pointe ( courant produit au point haut). Les données à prendre en compte sont : la tension de circuit (Voc) et le courant de court-circuit (Isc), ces données sont en général disponibles dans la fiche produit, dans le manuel ou directement sur les panneaux solaires. Ensuite il faudra calculer le Voc et le Isc resultant du type de montage des panneaux ; Serie, parallele ou hybride (mix série et parallèle). suivant le type les Voc et Isc resultant se calculent de la meme façon qu’un montage de resistances electriques en parallele ou en serie . le regulateur choisi devra donc etre dimensionné avec une marge de securité par rapport aux caracteristiques calculées ( au moins 10% de marge)

montage des panneaux en parallèle:

le Voc resultant est le Voc d’un seul panneau , et le Isc resultant est la somme des Isc individuels.

par exemple , avec 6 panneaux de Voc 19V et Isc 6A le Voc resultant est de 19V et le Isc resultant de 6×6=36 Amperes

montage des panneaux en série:

ici , le Voc resultant est la somme des Voc de chaque panneau , et le Isc resultant est l’ Isc d’un seul panneau.

avec les 6 panneaux de l’exemple précédent (Voc 19V et Isc 6A) le Voc resultant est de 6x19V= 114 Volts et le Isc resultant de 6 Amperes

montage Hybride:

dans le cas d’un montage hybride , par exemple le schema ci dessus avec 12 panneaux montés en parallele par groupe de 3 les caractéristiques résultantes seront:

Voc = 19+19+19= 57 Volts et Isc = 6+6+6 + 6 = 24Amperes

DIMENSIONNEMENT DU COUPLE REGULATEUR/BATTERIES

nous avons vu précédemment le dimensionnement du régulateur en fonction du parc solaire ( panneaux) , il faut également prendre en compte l’aspect stockage de l’énergie donc les batteries.

batteries: au niveau des batteries , ce sont les paramètres tension (V) et capacité ( Ah) dont il faut tenir compte . et la aussi , attention a la façon dont sont montées les batteries s’il y en a plusieurs . comme pour les panneaux solaires, ils est possible de monter des batteries de 12V en série ou en parallele . en parallele , la tension résultante reste de 12V mais en serie , les tensions s’additionnent donc si par exemple on met 2 batteries de 12V en série , la tension aux bornes de l’ensemble sera de 24V . il faudra donc veiller a charger ce couple de batteries avec un régulateur acceptant du 24 volt en sortie . les régulateurs actuel sont en général capable d’accepter 12 ou 24V mais si vous avez besoin de plus il faudra un régulateur de plus forte capacité .

courant de charge : Le contrôleur de charge va fonctionner comme un chargeur classique de batterie auto. mais au lieu d’être alimenté par une prise secteur , il est alimenté par des panneaux solaires. comme pour un chargeur de batterie classique, il faut que le courant de charge soit adapté à la batterie. Pour une batterie plomb (électrolyte liquide ou Gel), le courant de charge doit être situé entre 10 et 20% de la capacité en Ah de la batterie. Pour le bien et la longévité de la batterie, un courant de charge situé autour de 10% est préférable.Pour une batterie lithium, le courant de charge doit être situé entre 25 et 50% de la capacité de la batterie. ainsi par exemple , un controleur de 30 Amperes de capacité maximum peut charger idéalement un pack de batteries plomb d’une capacité totale de 300Ah ,soit 3 batteries de 100Ah chacune montées en parallèle .

DIMENSIONNEMENT DES CABLES

coté câbles , il y a également lieu de faire attention a la section de cuivre. en électricité , on considère en général que la capacité maximum d’un câble est de 10A par mm² de section. ensuite entre en compte la longueur du câble qui détermine une résistance correspondante et donc une perte de puissance par effet joules. vous trouverez ci dessous comment dimensionner vos câbles de façon plus optimisée en fonction de la partie de l’installation concernée . n’hésitez pas a prendre une marge de sécurité et surdimensionner vos câble , plus la section est importante moins il y a deperte.

NOTA: la longueur de câble est la longueur Aller + retour , soit pour un panneau et un régulateur a 3m l’un de l’autre , la distance a prendre en compte fait 3m + 3M = 6m

formule de calcul:

pour ceux qui souhaitent faire le calcul voici la formule :

tableau/abaque pour ceux pas a l’aise avec les calculs

Photovoltaïque: alimenter de l’électronique

présentation ici de différentes manières d’alimenter de l’électronique a partir d’un parc photovoltaïque sur batterie 12V.

LE CONVERTISSEUR 12V DC/230V AC

c’est un dispositif qui va transformer du courant continu 12Volts en courant alternatif 230 volts de façon a pouvoir utiliser des appareils électriques ou électroniques fonctionnant habituellement sur le réseau domestique 230V.

il en existe différents modèles a différents prix dépendant de la puissance a installer , ils ressemblent a ceci (modèle 1000W pur sinus) :

il faut privilégier les convertisseur dits “pur sinus” fournissant un courant sinusoïdal identique a celui du réseau EDF. ils sont bien entendus plus chers que les convertisseurs “pseudo sinus” qui eux, avec une électronique simplifiée moins couteuse, fournissent un signal dégradé voir proche d’un signal carré qui peut se traduire par un dysfonctionnement voir une destruction des éléments connectés dessus.

les convertisseurs sont maintenant en general munis aussi de prise USB 5V => vérifier l’ampérage disponible sur ces prises USB surtout si vous envisager d’y brancher un Raspberry PI qui en général nécessite au moins 3 Amperes.

L’ ONDULEUR :

sous la dénomination d’Onduleur se cache plusieurs types de convertisseur . chez les vendeurs de matériels photovoltaïque c’est en fait souvent le nom donné a un convertisseur 12V / 230V ( point précédent) mais de forte puissance ( au dessus de 1000W) , il en existe meme capable de transformer du courant continu en courant triphasé. en informatique , c’est un convertisseur muni d’une batterie de sécurité et d’un switch ultra rapide prenant le relai du secteur en cas de coupure d’alimentation du domicile . bien entendu , sur un dispositif photovoltaïque , pas besoin d’onduleur type informatique puisque l’énergie est déjà fournie par des batteries de stockage et non pas par le secteur, donc pas de risque de coupure du réseau a cause d’une panne EDF …

LE CONVERTISSEUR 12V DC / 19V DC :

pour connecter un PC portable sur une installation photovoltaïque 12V , il n’est pas nécessaire de passer par un onduleur , en effet les PC portable fonctionnent en général sur courant continu fourni par un transformateur (livré avec le portable) qui converti le 230 V secteur en une tension Continue adaptée au PC.

la majorité des PC portables fonctionnent en 19,5 Volts et on trouve sur le net des convertisseurs 12V / 19V tels que celui ci qui feront le travail sans utiliser le transfo secteur du PC portable. il faudra juste trouver le connecteur adéquat pour relier le convertisseur au PC: ce type de convertisseur existe dans une gamme de courant tres variable (3A-5A-8A-10A- etc ..)

LE CONVERTISSEUR 12V DC / 5V DC :

un bon nombre de composant électronique nécessitent du 5V pour fonctionner , heureusement il existe des convertisseurs 12V / 5V permettant de répondre au besoin. il en existe pléthore sur les site de ventes en ligne mais l’un des plus courant et moins cher du marché , est le HW-468 que l’on trouve pour environ 2€ sur les sites de vente en ligne (amazone, aliexpress, bangood) :

il a la particularité d’accepter en entrée une tension courant continu entre 9 et 35V et de donner en sortie du 5V et ceci jusqu’à 5 Ampères .

LE CONVERTISSEUR A TENSION DE SORTIE RÉGLABLE:

l’autre composant courant en électronique est le HW-411 aussi désigné sous la référence LM2596:

il accepte une tension d’entrée CC entre 3,2V et 40V et a la particularité de posséder un potentiomètre réglable( bloc bleu sur la photo) permettant de régler la tension de sortie dans les limites de la tension d’entrée => si 12V en entrée on peut régler la sortie a volonté entre 0v et 12V … inconvénient par rapport au HW-468, il est limité a 3 Ampères en sortie .

CHARGE DE BATTERIES Li-Ion ou Li-Po:

un petit circuit bien utile pour faire vos propres chargeurs de batteries , ou votre power bank perso: le J5019.

ci dessous le diagramme de branchement. la tension d’entrée peut être comprise entre 4 et 8V sur les broches Input et typiquement du 5 Volts via le connecteur Micro USB. la sortie OUTPUT est réglable entre 4,5 et 24V via le potentiomètre réglable (utiliser un multimètre pour la calibration de la tension de sortie)

aménager la partie vie d’un observatoire

ici quelques idées pour l’aménagement de la partie vie d’un observatoire autonome, avec des elements basiques pour un confort minimal de l’astronome.

CHAUFFAGE / CUISINE

pour les nuits fraiches d’été ou carrément froides d’hiver, quelques éléments permettant de procurer une source de chaleur plutôt ponctuelle pour l’astronome mais aussi pourquoi pas de faire de la cuisine basique pendant une nuit d’observation complète. il est a noter , que la partie vie de l’observatoire devra être isolée de la zone instrument de façon a éviter les turbulence de convection dues a la chaleur autour des instruments d’observation ou de prise de vues.

cuisinière gaz équipée d’un radiant :

pas besoin de longues explications , voici le campingaz Bistro 2 ; 20€ sur AMAZONE fin 2021 , équipé d’une cloche radiante elle aussi au prix d’environ 20 € aussi sur AMAZONE. l’un vous permettra de faire de la cuisine type camping ou bouillir de l’eau pour un café ou une soupe et l’autre permettra de transformer le Bistro 2 en radiant d’appoint . dans les 2 cas , penser a avoir de bonnes aérations de votre local , et ne pas dormir ou s’absenter en laissant tourner l’ensemble.

le poêle a bois :

autre solution intéressante si vous avez du bois , le poêle a bois . comme la cuisinière gaz , il permet de combiner chauffage et cuisson . il en existe beaucoup de modèles , mais je vous propose ici l’un des modèles les plus connus des campeurs : le mini poêle a bois OUTBACKER modèle “Original” que l’on trouve en vente sur les sites de matériel de camping mais aussi directement chez OUTBACKER pour 180€ ( hors livraison):

site OUTBACKER

de dimension extrêmement compact : 250mm x 250mm de section par 360 mm de long il peut se longer facilement dans un petit recoin de votre observatoire , il est fourni avec une cheminée qu’il faudra raccorder a l’extérieur et il possède des pieds qui se replient sous le caisson. pour finir , il est fourni avec un sac de transport pour ceux qui souhaiteraient l’utiliser en camping ( c’est a l’origine un poêle de tente de bivouac):

POINT D’EAU / ÉVIER BASIQUE :

voici comment faire un évier basique a cout compétitif : un bac inox , une bonde d’evacuation et une douchette , les 3 trouvés comme d’habitude sur AMAZONE pour 23 euros le bac inox 265 X 325 X 100 mm, 6 € la bonde d’evacuation et 13 euros la douchette avec son tuyau soit 42 euros au total. il vous restera a percer le bac inox pour y adapter la bonde d’évacuation. la douchette peut être raccordée a un bidon placé en hauteur et l’évier a un autre bidon placé en dessous pour récupérer les eaux grises.

SIÈGE COUCHETTE:

histoire d’éventuellement dormir sur place en cas de coup de pompe pendant la nuit , ci dessous , pour les bricoleurs, petite vue CAO pour un principe de siège couchette avec 2 matelas de 70cm par 1m . nécessite de réaliser un caisson bois auquel on adjoint une planche d’extension qui sert de dossier en position “repliée” . le caisson peut être doté de logements inférieurs pour y mettre des caisses plastiques de rangement.