La Ferme Electrique

Ou comment s'affranchir d'EDF à moindre coût...

Généralités:

Pour fonctionner sans le réseau EDF avec peu de moyens financiers dans son habitat individuel, il faut impérativement maîtriser sa consommation à quelques watts près.

Mais que l'on se rassure, une fois ce préambule intégré, si l'on veut bien se pencher sur un peu de "technique", les alternatives pour maintenir son confort sont disponibles, voire matûres. L'information quant à elle abonde sur le net et dans ce cadre, ce chapitre a pour but de déblayer synthétiquement la problématique suivante: un habitat autonome en électricité, deconnecté du réseau, écologique et élégamment peu couteux.

Il s'agit d'un retour d'expérience d'une dizaine d'années, nous nous efforcerons de nous en tenir à des points clés qui conditionnent la réussite, le concept essentiel étant de compléter absolument le solaire photovoltaïque par une autre source d'énergie pour traverser les périodes sans soleil, dans le cadre d'une config qui coûte quelques milliers d'euro max!

Nombreux sont ceux qui ont déjà testé ou vu fonctionner une installation photovoltaïque dite "en site isolé", appelation partisane qui cherche à reléguer ce genre de pratiques aux contrées sous-développés. Donc, un module photovoltaïque recharge une batterie via un régulateur, le couple panneau solaire/batterie doit être dimensionné de manière à ce que le courant de charge ne dépasse pas 1/20ème de la capacité de la batterie (ex:un module qui produit 10 ampères en plein soleil avec une batterie de 200a/h).

Maintenant que nous avons dimensionné la charge, causons consommation: vider une batterie de plus de 10% de sa capacité est un péché, même si en pratique nous en commettons assez souvent, mais c'est ainsi que l'on réduit la durée de vie de la batterie qui peut crever, selon l'utilisateur, au bout de quelques semaines ou de 20 ans de loyaux services. Le vieillissement des batteries se reconnait à une perte progressive et irrémédiable de la capacité.
Pourrir des batteries plomb/acide en les déchargeant profondément est une connerie, les sites de recyclage ne sont pas des cadeaux pour les générations futures... En attendant mieux, c'est pas cher, disponible partout, une bonne 180a/h de camion se négocie à 1 euro l'a/h...

Le fonctionnement d'une batterie n'est pas linéaire, elle ne se charge et se décharge avec un bon rendement que quand elle est bien chargée (pour des histoires de résistance interne qui évolue), et sa capacité est plus importante si on la vide "doucement" que si on prélève la même quantité d'énergie (en a/h ou watt/h) en peu de temps. Ainsi un ordi qui consomme 1 ampère pendant 10h videra moins la batterie qu'un ordi qui sucerait 10a pendant 1 heure. You see what I mean?

Donc nous avons tout intérêt à ne jamais vider les batteries, à les utiliser davantage en "tampon", tout en sachant qu'elles restent des réserves efficaces pour de petites consommations. Toujours autour de la consommation: connaitre voire mesurer la puissance absorbée par nos appareils est essentiel, et l'on choisit ses appareils prioritairement selon ce critère: un excellent rendement, surtout si l'utilisation doit être de longue durée (éclairage, ordi, musique, réfrigérateur etc...), alors que des appareils utilisés de brefs instants peuvent être un peu gourmands sans incidence (un coup de mixeur pour la soupe à l'ortie, un coup de scie-sauteuse par ci, un peu de chignole par là). Vous trouverez quelques lignes dédiées à la consommation plus bas.
Sur cette base assez classique, tout va bien tant qu'il fait beau et que nos modules photovoltaïques sont convenablement exposés au soleil. mais dès qu'il fait gris plusieurs jours, la rêgle d'or qui consiste à ne pas prélever plus de 10% de la capacité des batteries est allègrement bafouée avec les conséquences que l'ont sait. C'est ainsi que le coeur de l'hiver va rendre inutiles les panneaux solaires parfois de longues semaines durant (l'efficacité par mauvais temps est dérisoire).
Pour traverser ces périodes sombres, le réflexe "à l'américaine" serait de surdimensioner l'installation, mais on sort de l'élégant paupérisme électrique proposé ici.
Et c'est ainsi que nous avons expérimenté quelques compléments de charge hivernale, pour le bonheur oxydoréductif sans cesse renouvellé de nos batteries.

Retour d'expérience et maintenance d'une éolienne Air Breeze:

Pas si simple l'éolien ! Le doux chuintement est certes fort agréable, de même que l'élégance de la silhouette de l'air breeze cherchant le courant d'air. Mais à réserver aux endroits très ventés, lignes de crêtes, couloirs réguliers...
En effet cette source non négligeable n'est pas pour autant dénuée d'inconvénients: qui dit pièces mobiles, dit usure et maintenance; en outre notre machin est situé en haut d'un mat plus ou moins facile à redescendre.
Sur la façade atlantique, le mauvais temps vient avec du vent d'ouest, ce qui fait à priori d'une éolienne le complément idéal d'une installation photovoltaïque. Mais le dimensionnement de l'éolienne est moins évident à calibrer qu'avec les modules photovoltaïques.
Nous utilisons depuis quelques années une Air Breeze à 750 euros environ, donnée pour 200-300w, valeur rarement atteinte sinon par grosses tempêtes, la production moyenne étant plutôt de l'ordre de 20 à 50w dans notre fond de vallée peu propice... Ces chiffres peuvent paraître dérisoires, mais par mauvais temps d'ouest, ceci suffit à trouver notre batterie allouée à l'éclairage complétement rechargée au petit matin, précisément les jours où les panneaux solaires ne servent à rien. Le même modèle d'éolienne, installé à 300m de chez nous sur le "plateau", exposé à tous les vents produirait 20 fois plus de watt/heure/an.

Malgré notre sous-utilisation relative, il a fallu au bout de 3 ans changer les pales (120e), nettoyer les charbons, et refaire un minimum l'étanchéité de la "nacelle". Un kit de réfection existe avec charbons, joints, et même la carte électronique susceptible d'avoir souffert dans cet environnement particulier qu'est une nacelle d'éolienne: électricité statique plus ou moins bien évacuée en ambiance humide, amples variations de température, orages... Sur la photo ci-contre un éviscérat d'Air Breeze...

Le bilan est donc mitigé, mais surtout à cause de notre emplacement peu venté, sauf par gros temps. La maintenance n'est pas rédhibitoire si l'éolienne produit de quoi tenir une maisonnée économe associée à quelques modules solaires... Les nouvelles pales noires semblent plus résistantes aux UV que les grises d'origine, à la faveur du changement de type de résine?

En conclusion, si votre emplacement connait des vents réguliers, en particulier l'hiver, cela vaut le coup de monter un mat. Fonds de vallons s'abstenir, et s'orienter plutôt vers une roue à aubes ou une cogénération thermoélectrique. Et pourquoi pas plusieurs petites éoliennes plutôt qu'une grosse, pour ne jamais se retrouver bloqué, faciliter la maintenance, et diviser l'installation en plusieurs petits systèmes, ce qui favorise le déploiement d'une installation de production électrique au fil des rentrées financières.
links éolienne:
http://www.bluemarinestore.com/air-breeze-circuit-replacement-kit.html
http://mjk-az.com/wind-gen/#glen
http://www.windenergy.com/content/troubleshooting-spins-shuts-down

Expérimentation d'un thermobichnouf (thermoélectricité peltier/seebeck ou comment faire de l'electricité avec un feu de bois)

Si tout le monde n'a pas la chance d'habiter auprès d'un cours d'eau, ou encore d'être exposé à des vents susceptibles de rentabiliser l'installation d'une éolienne, voici relaté rapido nos ébats avec la thermoélectricité, en complément hivernal quasi idéal, car fonctionnant à chaque fois que l'on se chauffe, la nuit, bref pile poil quand le soleil nous lâche.
Après des débuts épiques, de retentissants et assez onéreux échecs, et quelques semi réussites, voilà enfin un modèle robuste et facile à mettre en oeuvre, pour le hippy moderne, le traveller chébran, le beatnick survivaliste ou autre illuminé souhaitant fabriquer un peu d'électricité à partir de chaleur.

Ces dispositifs ont un rendement minable de l'ordre de 5%, mais sur un gros poêle à bois, ou sur une cuisinière sérieuse, la chaleur abonde.
Le premier modèle utilisé était limité en température à 250°C avant destruction des soudures, et nécessitait un bordélique appareillage de refroidissement liquide. On vous laisse contempler l'usine à gaz sur la photo ci-dessus. Le second modèle, toujours conçu par http://thermalforce.de/ autorise de plus amples changements de températures, ce qui est plus réaliste pour une utilisation "bois".
La surchauffe n'est plus à craindre, les ventilateurs augmentent en régime au fil de la montée en température. A ce propos ils font un peu de bruit... Ce serait moins pénible installé sur une chaudière à la cave par exemple... Niveau bruit, le refroidissement liquide était pertinent, mais assez difficile à déployer en attendant des solutions clés en main avec régulation automatique du circulateur etc...

Ce modèle est très simple à utiliser, puisqu'il suffit de le connecter à un régulateur solaire, ou de passer par une diode anti retour à faible chute de tension, puis de la coller sur n'importe quelle surface très très chaude (plus de 350°c !). Et ça donne quoi? Et bien nos premiers tests, sur la cuisinière, directement au contact de la flamme, ont donné un honorable 25w, sur les 45w de production maximum annoncés par le constructeur. C'est déjà cool, c'était pendant la cuisson d'un pain ! On verra cet hiver quand vient l'heure de bruler son meilleur bois...

La roue à aubes décrite plus loin produit davantage et surtout plus régulièrement (la cinquantaine de watts en plein hiver), mais nécessite beaucoup plus de maintenance que le thermobichnouf, dont le peu de pièces mobiles, ici deux ventilateurs, dans l'autre config un circulateur d'eau à aimants permanents, sont des éléments à priori très fiables.

Par un heureux hazard, la longueur du générateur thermoélectrique colle chez nous parfaitement avec celle des plaques en fonte de la cuisinière, les dimensions et l'emplacement sont à prendre en compte avant de se lancer dans l'aventure, sachant qu'il faut beaucoup beaucoup de chaleur, le flux de calories doit être vraiment énorme pour atteindre les bonnes perfs. Pour conclure je dois reconnaitre que la production reste très irrégulière sur une cuisinière à bois, et qu'avec cette seule maigre récolte de watts, l'hiver serait austère... On espère que les fameuses cellules peltier/seebeck qui sont le coeur de ces systèmes, vont voir leurs performances s'améliorer dans les années à venir, ce qui rendrait ces systèmes omniprésents. Encore un point noir: c'est fabriqué on ne sait ou, avec du tellure et du bismuth, deux métaux lourds, rares, encore des déchets à la con le jour où l'on doit s'en débarrasser.

Ce modèle nous a été mescèné par Petit Rydoo, qu'on remercie à donf de nous aider à expérimenter, et à convaincre in vivo que le nucléaire ou l'énergie fossile ne sont pas des horizons indépassables.

Une roue à aubes en bois (pico centrale hydroélectrique) à faible hauteur de chûte.

La fabrication de la roue par Niklas, notre menuisier préféré ici. La mise en oeuvre dans un ancien moulin a été relativement agréable, si ce n'est l'amateurisme navrant du berger qui a mis un an à émerger de ses multiplications toutes plus foireuses les unes que les autres: roues de vélo, pignons en bois, roulements sous les aisselles, passons ces errements et observons la bête au travail.

La roue est volontairement de dimensions modestes, comme l'ensemble de notre démarche, l'objectif était de réaliser quelque chose de réplicable un peu partout, avec du petit matériel, une petite chûte d'eau... Ainsi elle a pu fonctionner et produire même l'été.

Avec 130 mètres de cable 3*2.5, nous n'étions pas sûrs de récupérer quelque chose à la maison, mais l'alternateur à aimants permanents offre une sortie non redressée, afin de transporter le courant avec moins de pertes, et on redresse en bout de ligne au plus près des batteries avec un pont de diodes.


Un régulateur spécial est utilisé, car l'électricité produite par l'alternateur doit être tout le temps consommée, ainsi une ampoule de phare s'allume quand la batterie dépasse 14v.

En plein été avec un débit d'eau de l'ordre de 10l/s et un petit mètre de chute, on remonte environ 15 à 20w. Avec 50% de pertes mécaniques , encore autant de perdu dans l'alternateur qui aurait un meilleur rendement à un nombre de tours/mn plus élevé (on aurait du prendre le modèle prévu pour des vitesses moindres), les pertes dans le cable, le rendement global de l'installation ne doit pas dépasser les 20%, mais on s'en tamponne, ce qui est pris est pris !
Cet hiver l'installation est plus mâture on a touché les 60w et on tourne régulièrement à 50w... Avec ces 50w c'est tout confort à la maison (congélo, sono, deux ordis, full leds light show...) Qui plus est on a changé le cable, mais l'amélioration apportée semble marginale, et comme je ne sais pas calculer les pertes en ligne en triphasé...

La multiplication (*20) est maintenant réalisée en chaînes et pignons format "moto" et le second étage en petite courroie style alternateur, je repasserai pour dire ce que ça va donner l'hiver à venir en termes de fiabilité. Cet été, un orage a coupé un arbre qui s'est mis en travers du ruisseau en crue, ce qui a complétement rempli le bassin de limon, heureusement que les ruines du moulin sont solides... Prévoir des trop pleins, un nettoyage régulier des éventuelles grilles, un graissage et/ou un suivi des courroies assez régulier, bref c'est pas rien de refuser le réseau électrique, mais qu'est ce qu'on s'amuse!

links:
L'alternateur américain à aimants, pas moyen de trouver ça plus près, et ils vendent aussi le régulateur qui va bien: www.windbluepower.com

J'aurais aimé vous communiquer l'adresse du site "hydroroues" de Monsieur Albert Mandret, mais il nous a hélas quitté, et son site a disparu dans la foulée, illustrant ainsi que désormais les écrits ne restent pas forcément... Voici néanmoins son logiciel de calcul de systèmes hydrauliques à télécharger, grâce auquel on a pu évaluer notre roue. Quel dommage de ne pas avoir sauvé tout le site dans un coin...

Une consommation électrique réfléchie, la clé du succès.

En premier lieu proscrire absolument tout ce qui "chauffe"...

L'éclairage à leds est super économique, tant par la durée de vie que par la conso! On aime bien les petits spots aux formats "GU" 12v en blanc "chaud", surtout ceux conçus de manière à ne pas se préoccuper de la polarité au branchement, ce qui autorise les montages en va et vient comme en 220V alternatif.
Pour amener la lumière à de longues distances des batteries, on passera en 220V, toujours avec des spots à leds, proscrire les lampes à "tubes", fragiles, moins économes en watt, et au rayonnement électromagnétique suspect.

Pour la durée de vie des appareils électroniques on préférera un convertisseur 12/220v "pur sinus", dont on prendra soin de se méfier de la consommation à vide, de l'ordre de quelques watts.
Pour écouter de la musique, les amplificateurs classe D ou T sont fabuleux en terme de rendement/qualité/prix. Certains comme le TA2020 peuvent être laissés allumés 24h/24 sans soucis.

D'une manière générale les appareils "mobiles" ont beaucoup progressé en termes de consommation électrique afin de prolonger l'autonomie des batteries, progrès dont nous profitons avec des ordinateurs portables à moins de 20w, des rétroprojecteurs à leds, etc... (bien étudier les docs constructeurs avant d'investir)

Pour le congélateur il en existe un en bahut 12v chez Steca, avec des performances remarquables: ici dans le sud de la France il tient à -14° avec un panneau de 140w, et une batterie de camion 190a/h. Par contre avec une si petite configuration, nous devons anticiper une bonne journée de soleil pour congeler de grosses quantités, voire répartir sur deux jours, et l'hiver, les renforts électriques de la roue à aubes ou du thermobichnouf contribuent à maintenir la batterie en bon état (enfin on verra sur la durée).

Une machine à laver 12v économe, robuste et efficace (ou le retour de la lessiveuse)

Plus rigolo, plus rustique, plus économe en électricité mais moins en eau, grave plus interactive (donc moins automatisée): la machine à laver à bulle et agitateur. Sans nul doute elle ferait des merveilles avec des lessives "hardcore", mais déjà elle nous satisfait avec du savon noir, un peu de cendre... On pulse des bulles d'air dans le tuyau d'évacuation avec une pompe à vide, mais un compresseur de klaxon auto à la jacky serait encore plus efficace, certes au prix d'une conso plus élevée (et d'un bruit encore plus monstreux?) Un moteur de ventilo auto de recup et quelques poulies/courroies pour faire tourner l'agitateur et yala !

Le minuteur en petites pièces de bronze est intact, le joint spi de l'agitateur ou ce qui en tient lieu est encore étanche (et muni d'un graisseur), la machine a été pourtant fabriquée en 1957, et abandonnée dans un roncier quelques décennies.

A la base l'idée est venu du design d'une machine moderne, qui avec des micro bulles, agite l'eau plutôt que d'agiter le linge, avec à la clé une conso de flotte plus importante, mais ce qui nous importe, de moindres besoins électriques.
Avec un vélo essoreur à coté ce serait parfait... Faites moi penser à prendre l'agitateur en photo.

Trucs pas encore résolus et qui peuvent être utiles au quotidien: lave-vaisselle, aspirateur...
Et idéalement, remplacer un jour les batteries au plomb/acide sulfurique par un autre truc, peut être des nickel/fer comme ça: http://ironedison.com/ (pas de pollution, super durée de vie, pas de soucis avec les décharges profondes, enfin qu'ils disent...)

Et les rares fois où l'on veut souder, tondre les brebis ou autre appareil super gourmand, on allume un groupe électrogène, ce qui représentera un péché d'autant plus mineur qu'il sera rare, presque une fête en somme, surtout s'il tourne à la gniole de patate :)

Polémique

Aux esprits confinés qui nous objecteront que notre kilowatt/heure est plus onéreux que le leur, nous rétorquerons que nous pensons "service rendu" plutôt que valeur absolue bassement comptable, et grâce à la maîtrise de la consommation, nous sommes dors et déjà sur leurs talons en termes de coûts, et loin devant si l'on tient compte des externalités telles que les 200 milliards d'euros qu'a couté au contribuable le développement de la filière électronucléaire française, sans parler du réseau électrique lui-même, son entretien, ou pire encore un éventuel incident majeur... A ce propos, les zones qui n'ont pas encore notre niveau d'infrastructures électriques auraient tout intêret à s'inspirer de nos modestes calculs énergético-alternatifs, très adaptés aux faibles densités de population rurale et fauchée.

On nous opposera aussi que nos préconisations sont essentiellement destinées à la vie campagnarde, en raison notamment de la place prépondérante donnée au bois comme source d'énergie calorifique dans notre modèle énergétique: il faut, entre deux fagots, relever alors qu'homo urbanis n'a lui pas vocation à être autonome, et se condamne par sa way of life à bruler du gaz Russe ou Algérien, de l'uranium du Niger, voire du sang/pétrole Libyen ou encore Irakien...
Le mode de vie urbain actuel ne peut prétendre à une cohérence écologique, les concentrations, humaines, industrielles comme agricoles, étant pareillement ineptes dans leur addiction maladive aux énergies fossiles, incontinentes dans leur gestion minable des déchets et effluents, confuses d'un bilan humain au mieux incertain.

Tandis que le bonheur, dans les prés, avec la vertu batifole (quand la FNSEA n'y est pas).