Comment choisir la capacité de la batterie pour un mât d'éclairage solaire mobile
Une méthode de dimensionnement pratique pour les batteries de mâts d'éclairage solaires mobiles, couvrant la charge nocturne, la capacité utilisable, les pertes de l'onduleur, l'autonomie, la recharge, la température et le vieillissement.
Pour choisir la capacité de batterie adaptée à une tour d'éclairage solaire mobile, calculez d'abord la charge énergétique nocturne, puis divisez-la par la profondeur de décharge autorisée et le rendement de conversion total. Une charge d'éclairage de 800 W fonctionnant pendant 10 heures nécessite 8 kWh d'énergie fournie. Si la conception autorise une profondeur de décharge de 80% et suppose un rendement du circuit de décharge de 90%, la capacité nominale minimale de la batterie est d'environ 11,1 kWh, avant d'ajouter les marges liées au froid, au vieillissement ou à l'autonomie. La capacité en kWh détermine l’autonomie ; la puissance de l’onduleur en kW détermine si toutes les charges connectées peuvent fonctionner ou démarrer. Ces deux valeurs doivent être vérifiées.
“ Un bloc de batteries de 10 kWh alimentant 800 W d'éclairage LED, va-t-il durer tout un quart de nuit ? ” Nous entendons cette question de la part d'entrepreneurs, de parcs de location et de chefs de projet qui ont besoin d'une réponse fiable avant que l'équipement n'arrive sur un site éloigné.
La réponse honnête est : cela dépend de ce que signifie “ 10 kWh ”. S'il s'agit de 10 kWh d'énergie utile en sortie, l'autonomie théorique simple est de 12,5 heures. S'il s'agit de 10 kWh de capacité nominale de batterie, l'autonomie réelle est plus courte une fois pris en compte les limites de profondeur de décharge, les pertes de l'onduleur et du câblage, la température, l'état de la batterie et les charges auxiliaires.
La formule de dimensionnement de la batterie
Commencez par l'énergie, et non par l'option de batterie standard d'un fournisseur. Utilisez l'équation de planification suivante :
Capacité nominale de la batterie (kWh) = charge journalière (kWh) × jours d'autonomie ÷ profondeur de décharge ÷ rendement du circuit de décharge
La charge quotidienne est la somme de la puissance de chaque appareil multipliée par son temps de fonctionnement. Les jours d'autonomie représentent la durée pendant laquelle la tour doit fonctionner sans apport solaire adéquat ou autre source de charge. La profondeur de décharge est la part de l'énergie nominale de la batterie que la stratégie de contrôle approuvée autorise. L'rendement du circuit de décharge rend compte des pertes entre la batterie et les charges.
Le ministère américain de l'Énergie explique que le stockage n'est pas efficace à 100% et précise que capacité énergétique en kWh à partir de la capacité de puissance en kW. Utilisez les valeurs de configuration spécifiques du fabricant de la batterie, de l'onduleur et du système dans la conception finale ; les exemples ci-dessous sont des estimations de planification.
Étape 1 : lister chaque charge
Ne comptez pas seulement les têtes LED. Listez chaque élément consommant de l'énergie sur la batterie : lampes, commandes, télémétrie, caméras, communications, chauffage ou refroidissement de la batterie, commandes du mât, prises auxiliaires et tous les outils autorisés. Enregistrez à la fois les watts et les heures. Les charges qui s'allument et s'éteignent par cycles nécessitent un facteur de marche réaliste.
| Charger | Quantité | Entrée par article | Durée de fonctionnement | Énergie quotidienne |
|---|---|---|---|---|
| Projecteurs LED | 4 | 200 W | 10 h | 8,0 kWh |
| Commandes et communications | 1 système | Utiliser la valeur mesurée ou celle du fournisseur | Période de service effective | Calculer séparément |
| Gestion thermique des batteries | 1 système | Utiliser une valeur spécifique au climat | Facteur de marche attendu | Calculer séparément |
| Charges des prises auxiliaires | Comme spécifié | Utilisez la charge maximale prévue | Utilisation prévue | Calculer séparément |
Le résultat d'éclairage de 8,0 kWh est une estimation basée sur quatre têtes de 200 W fonctionnant en continu pendant 10 heures. Il ne s'agit pas de la charge complète de la tour tant que les commandes et les auxiliaires ne sont pas ajoutés. Si les luminaires s'atténuent pendant certaines parties du quart de travail, calculez chaque période de fonctionnement séparément plutôt que de supposer une puissance maximale toute la nuit.
Étape 2 : convertir l'utilisation quotidienne en capacité nominale
Supposons que la charge totale fournie reste de 8 kWh pendant une nuit. Avec une profondeur de décharge nominale de 80% et un rendement de la voie de décharge de 90%, le calcul est le suivant :
8 kWh ÷ 0,80 ÷ 0,90 = 11,1 kWh de capacité nominale de batterie
C'est pourquoi une charge de 8 kWh ne signifie pas automatiquement une batterie de 8 kWh. Un bloc nominal de 10 kWh sous les mêmes hypothèses fournit environ 7,2 kWh à la charge, soit environ neuf heures à 800 W avant les autres charges et marges. Inversement, si un fournisseur indique “ 10 kWh utilisables ”, demandez où cette énergie utilisable est mesurée et quelles limites de fonctionnement sont déjà incluses.
Le guide de dimensionnement du stockage des laboratoires nationaux utilise les heures d'autonomie comme mesure utile et souligne qu'il est important de vérifier si la puissance de décharge en kW répond à la charge requise. Le guide sur le solaire à l'échelle des installations décrit également l'estimation du stockage à partir de la charge journalière, de l'autonomie, du rendement de conversion et de la capacité utilisable de la technologie de stockage choisie.
Étape 3 : décidez du niveau d'autonomie requis
Une tour solaire couplée à un système de stockage ne peut pas être dimensionnée pour une seule journée ensoleillée. Il convient d'analyser la ressource solaire saisonnière du site, les périodes de temps couvert consécutives, la poussière, la neige, l'ombrage, l'orientation des panneaux et le calendrier de nettoyage. Une exigence de deux nuits d'autonomie double approximativement le terme énergétique avant de prendre en compte les autres marges.
Les conceptions hybrides modifient la décision. Un générateur diesel ou un chargeur de quai correctement intégré peut réduire l'exigence d'autonomie de la batterie, mais les commandes doivent définir le moment où la charge commence, la plage d'état de charge autorisée, la charge du générateur et ce qui se passe après un échec de démarrage. Le rapport guide de tour d'éclairage hybride explique comment les sources d'énergie doivent être comparées sous un même cycle de service.
Étape 4 : vérifier la recharge solaire
La capacité de la batterie indique quelle quantité d'énergie peut être stockée ; elle ne prouve pas que le champ de panneaux solaires peut restituer cette énergie chaque jour. Estimez la production solaire quotidienne à partir de la puissance du champ, des heures d'ensoleillement maximal spécifiques au site, de l'orientation, de la température, de l'ombrage, de l'empoussièrement et des pertes de charge :
Énergie solaire quotidienne (kWh) = puissance nominale du champ de panneaux (kW) × heures d'ensoleillement maximal du site × facteur de déclassement du système
Par exemple, un champ photovoltaïque de 2 kW recevant cinq heures d'ensoleillement de crête équivalentes produit 10 kWh avant application des coefficients de déclassement. La quantité parvenant à la batterie sera inférieure. N'utilisez pas cette illustration comme prévision pour un site spécifique ; obtenez des données sur la ressource solaire appropriées et documentez les hypothèses de déclassement retenues. Le DOE (ministère de l'Énergie des États-Unis) note que les nuages, la poussière, la brume, l'ombrage, la pluie, la neige, la saison et l'heure de la journée affectent tous la production solaire.
Lisez notre guide de temps de charge solaire pour un examen plus approfondi des apports de recharge et des conditions de fonctionnement.
La capacité énergétique et la puissance de l'onduleur sont différentes
La capacité en kWh détermine pendant combien de temps le système peut fournir de l'énergie. La puissance continue de l'onduleur en kW détermine quelle charge il peut supporter en même temps. La puissance de crête et sa durée déterminent si les moteurs, les pompes, les compresseurs ou d'autres charges autorisées peuvent démarrer sans déclencher la protection.
Une tour peut avoir suffisamment d'énergie stockée pour un quart de travail entier, mais tomber en panne tout de même lorsqu'une charge à fort courant de démarrage s'allume. Demandez la puissance nominale continue de l'onduleur, sa puissance de crête et sa durée, la tension et la fréquence de sortie, le comportement en cas de surcharge, le déclassement environnemental et la compatibilité avec les charges prévues. Ne connectez pas de postes à souder, de pompes ou d'outils à moins que le système complet ne soit conçu et approuvé pour cela.
Temps froid, chaleur et vieillissement de la batterie
Les variations de température modifient l'énergie utilisable, les limites de charge, la résistance et la durée de vie. Les batteries froides peuvent fournir moins de énergie et certains systèmes au lithium limitent la charge en dessous d'une température de cellule définie. Une température élevée peut accélérer le vieillissement. Le boîtier de la batterie, l'équipement de chauffage ou de refroidissement, l'isolation, la ventilation et la logique de commande doivent par conséquent être choisis conjointement.
La marge de vieillissement doit être liée à une exigence de fin de vie plutôt qu'à un pourcentage vague. Demandez au fournisseur d'indiquer la rétention de capacité garantie, la définition des cycles, la plage de température, la profondeur de décharge, la période calendaire et la méthode de test. “ Cellules de grade A ” ne constitue pas en soi une spécification de performance complète.
Vérifications de la chimie et du boîtier de la batterie
Les batteries lithium-fer-phosphate et les batteries au plomb ou au gel diffèrent par leur profondeur de décharge utilisable, leur masse, leur comportement de charge, leur réponse en température, leur maintenance, leur durée de vie en cycles, leur protection et leurs exigences de transport. Le choix correct dépend de la conception approuvée du système et des règles de destination.
Examinez le boîtier dans le cadre du système de batterie. Confirmez la protection contre la pénétration, la résistance à la corrosion, le drainage, la ventilation, la gestion thermique, l'isolation, l'accès pour la maintenance, la protection des câbles, l'arrêt d'urgence, les étiquettes, les instructions de levage ou de manutention, et les contrôles des risques d'incendie. Les travaux électriques et sur les batteries doivent suivre le manuel du fabricant et être effectués par du personnel qualifié.
Erreurs courantes de dimensionnement
- En utilisant la puissance nominale des luminaires et en faisant abstraction des commandes, des communications, de la gestion thermique et des charges des prises.
- Considérer la capacité nominale de la batterie comme de l'énergie entièrement utilisable.
- Citer l'autonomie sans mentionner le flux lumineux, la charge, la température, l'état de la batterie et le réglage de coupure.
- Dimensionnement pour une seule journée claire au lieu de l'autonomie requise sur le site et des conditions solaires saisonnières.
- Vérification des kWh mais en ignorant la puissance continue et de crête de l'onduleur.
- Ajouter une marge arbitraire sans définir la capacité de fin de vie ou les conditions de fonctionnement.
- Comparer les ampères-heures sans vérifier la tension de la batterie et l'énergie utilisable.
Informations à envoyer au fournisseur
La capacité est une question de calcul, pas d'inventaire. Envoyez au fournisseur une liste de charges, un calendrier d'exploitation nocturne, le niveau d'éclairage requis, l'emplacement du site, la période d'exploitation saisonnière, l'exigence d'autonomie, les températures minimale et maximale, la source de secours autorisée, la tension et la fréquence, les charges auxiliaires, les contraintes de transport et la durée de vie prévue.
Demandez le calcul par écrit, incluant l'énergie de la batterie nominale et utilisable, la profondeur de décharge autorisée, les rendements de conversion, les puissances continues et de crête de l'onduleur, les hypothèses d'énergie solaire, la marge de fin de vie, la charge de gestion thermique, le temps de recharge et les conditions qui se cachent derrière chaque affirmation relative à l'autonomie. Les acheteurs peuvent également consulter le Gamme de tours d'éclairage mobiles solaires Keyyou et notre guide d'évaluation des fabricants de tours d'éclairage solaires.
Références autorisées
- Département de l'Énergie des États-Unis : Notions de base sur l'énergie solaire et le stockage
- Laboratoire National des Rocheuses : Conseils technologiques pour le solaire et le stockage
- Laboratoire national des Rocheuses : Guide sur l'énergie solaire photovoltaïque à l'échelle des installations
- OSHA 29 CFR 1926.56 : Éclairage dans le secteur de la construction
Vidéo : dimensionnement d'un système photovoltaïque avec batterie
Cette vidéo du System Advisor Model, provenant d'un laboratoire national du département de l'Énergie des États-Unis, montre comment fonctionnent ensemble les paramètres de dimensionnement du photovoltaïque et des batteries. Elle prend en charge la méthode de calcul mais ne remplace pas une étude d'ingénierie spécifique à la configuration.
Regarder “ Sizing a PV plus battery system in SAM ” sur YouTube.
Foire aux questions
Une batterie de 10 kWh fera-t-elle fonctionner 800 W de lumières pendant 12 heures ?
Le résultat théorique de 12,5 heures n’est valable que si la totalité des 10 kWh est utilisable au niveau de la charge. Avec une limite de profondeur de décharge de 80% et un rendement de décharge de 90%, une batterie d'une capacité nominale de 10 kWh fournit environ 7,2 kWh, soit environ neuf heures à 800 W avant de prendre en compte les charges auxiliaires et autres marges.
Comment calculer la capacité de la batterie d'un mât d'éclairage solaire mobile ?
Multipliez les watts de chaque charge par ses heures de fonctionnement, multipliez par le nombre de jours d'autonomie requis, puis divisez par la profondeur de décharge autorisée et le rendement du circuit de décharge. Ajoutez les exigences documentées de fin de vie et climatiques plutôt qu'une marge injustifiée.
Une batterie plus grande est-elle toujours meilleure ?
Non. Une plus grande batterie ajoute du coût, de la masse, des exigences de charge, des considérations de transport et potentiellement une capacité inutilisée. L'ensemble du champ solaire, le chargeur, les commandes, le boîtier et le cycle de service doivent la prendre en charge.
Pourquoi la puissance de l'onduleur doit-elle être vérifiée séparément ?
L'énergie de la batterie en kWh détermine l'autonomie, tandis que la puissance de l'onduleur en kW détermine si des charges simultanées et de démarrage peuvent être alimentées sans surcharge ni arrêt de protection.
Conclusion principale
Choisissez la capacité de la batterie d'un mât d'éclairage solaire mobile à partir d'un profil de charge et de fonctionnement documenté. Calculez l'énergie nocturne fournie, convertissez-la en capacité nominale de la batterie en utilisant la profondeur de décharge approuvée et les pertes, vérifiez la recharge solaire et l'autonomie, puis contrôlez la puissance de l'onduleur, la température, le vieillissement, le boîtier et la stratégie de secours. Demandez au fournisseur d'exposer les hypothèses qui sous-tendent le résultat. Un calcul transparent est plus utile qu'une affirmation selon laquelle une batterie est simplement “ plus grande ”.”
Remarque : Tous les chiffres ci-dessus sont des exemples de planification et des estimations. Les spécifications réelles dépendent des plans du fabricant, des données vérifiées des composants, de la configuration finale et des conditions du site. Reportez-vous au manuel de sélection des produits et à l'examen technique responsable pour les paramètres spécifiques au modèle.
