Dimensionner un parc de batteries pour les délestages : un exemple chiffré

En une phrase : « De combien de kWh ai-je besoin » est la mauvaise première question, parce qu'elle invite à une estimation. La bonne question est quelles charges doivent tourner en même temps et pendant combien d'heures — et une fois ces deux nombres en main, la capacité découle du calcul au lieu d'être choisie dans un tableau.

La plupart des systèmes de batteries sont achetés deux fois : une fois à la taille recommandée par quelqu'un, une fois à la taille qui couvre réellement la charge. Le premier achat est en général trop petit, et il est trop petit pour une raison prévisible — la liste des charges n'a jamais été écrite.

Ce guide est le calcul, dans l'ordre, avec un exemple complet. Il utilise la même méthode que celle appliquée à la liste de charges d'un client, et les chiffres sont ceux qu'un foyer peut relever sur ses propres appareils plutôt que des valeurs de catalogue.

Grenkago est un fournisseur et exportateur d'onduleurs solaires et de systèmes de stockage LiFePO4 établi en Chine. Nous ne sommes pas un fabricant et nous ne formulons aucune affirmation sur des installations de production. La méthode ci-dessous est de l'arithmétique, non une affirmation produit — les modèles cités à la fin sont les unités de notre gamme dont la capacité correspond à chaque résultat.

Étape 1 — Écrire la liste des charges, avec des heures et non des étiquettes

La liste, c'est tout l'exercice. Le reste n'est que multiplication.

Trois colonnes suffisent : la charge, ses watts en fonctionnement, et le nombre d'heures par jour où elle tourne pendant que vous avez besoin du secours. La troisième colonne est celle où la plupart des listes se trompent, parce que la réponse honnête pour un réfrigérateur n'est ni « 24 » ni « 0 » : c'est un cycle de service.

Deux habitudes rendent ce tableau fiable. Mesurez plutôt que de lire l'étiquette : un petit compteur d'énergie à prise coûte peu et remplace chaque estimation de la colonne watts par un chiffre réel. Et listez à part les charges que vous acceptez de perdre, car c'est cette seconde liste qui garde le système abordable.

Étape 2 — Convertir en énergie continue, pas en énergie alternative

La batterie stocke du continu. Les charges consomment de l'alternatif. L'écart entre les deux, c'est le rendement de l'onduleur plus sa consommation à vide, et les deux sont régulièrement oubliés.

Énergie alternative nécessaire = Σ (watts × heures sur secours)

Pour le tableau ci-dessus :

• Réfrigérateur : 180 × 12 × 0,35 = 756 Wh
• Congélateur : 200 × 12 × 0,30 = 720 Wh
• Éclairage : 80 × 5 = 400 Wh
• Téléviseur : 100 × 4 = 400 Wh
• Routeur : 15 × 12 = 180 Wh
• Alarme et portail : 20 × 12 = 240 Wh
• Recharges : 30 × 2 = 60 Wh

Énergie alternative totale = 2 756 Wh, soit environ 2,76 kWh.

Convertissons en continu. À 92 % de rendement d'onduleur :

2 756 ÷ 0,92 = 2 996 Wh

Ajoutez la consommation propre de l'onduleur pendant qu'il fonctionne — une unité tout-en-un typique absorbe de l'ordre de 25 à 40 W en continu, donc à 30 W sur 12 heures :

2 996 + 360 = 3 356 Wh, soit environ 3,36 kWh d'énergie continue nécessaire.

C'est le chiffre honnête, et il est déjà supérieur de 22 % au chiffre alternatif. Sauter cette étape, c'est la façon dont un système finit « dimensionné pour 2,7 kWh » et défaille à 2,5.

Étape 3 — Diviser par la profondeur de décharge utile

Un parc lithium ne se vide pas à zéro, et la capacité imprimée sur la fiche technique est nominale, non utile. Nos unités LiFePO4 sont données pour 6 000 cycles ou plus jusqu'à 80 % de capacité résiduelle à 25 °C, 0,5C et 80 % de profondeur de décharge — c'est donc 80 % qu'il faut retenir au dimensionnement, pas 100 %.

3 356 ÷ 0,80 = 4 195 Wh, soit environ 4,2 kWh de capacité nominale.

Un foyer avec cette liste de charges a donc besoin d'un parc d'environ 4,2 kWh pour couvrir douze heures. L'unité la plus proche de notre gamme est le H3-W8-6500 à 8 kWh — et le saut de 4,2 à 8 n'est pas du gaspillage, pour trois raisons qu'il vaut la peine d'énoncer :

• Le vieillissement. La capacité annoncée est en début de vie. Dimensionner à 100 % du besoin ne laisse rien pour la dixième année.
• Le froid et la chaleur. Capacité et résistance interne varient avec la température ; un parc dimensionné exactement à 25 °C n'a aucune marge à aucun des deux extrêmes.
• La liste des charges est une estimation la première fois. Elle s'affine après un mois de mesure, et la marge absorbe la correction sans second achat.

Étape 4 — Vérifier la puissance, pas seulement l'énergie

La capacité répond à « pendant combien de temps ». La puissance de l'onduleur répond à « combien à la fois ». Ces deux critères échouent indépendamment, et un système peut être parfaitement dimensionné en kWh tout en déclenchant au démarrage.

La pointe simultanée du tableau est d'environ 625 W (tout en marche au même instant, ce qui arrive rarement). Ajoutez l'appel au démarrage : un moteur de réfrigérateur ou de congélateur peut tirer trois à cinq fois son courant nominal pendant une fraction de seconde, donc les deux compresseurs démarrant ensemble peuvent présenter brièvement entre 1,4 et 1,9 kW.

Face à cela, le H3-W8-6500 délivre 5 000 W en sortie alternative, et le H3-W2-4200 3 600 W. L'un comme l'autre couvre cette liste en puissance avec une marge confortable. C'est le chiffre de capacité, non celui de puissance, qui décide de l'achat ici — mais vérifiez les deux, car la situation inverse (petite batterie, gros moteur) est courante en atelier et en exploitation agricole.

La charge qui casse le calcul : un chauffe-eau de 3 kW pendant une heure, c'est 3 kWh d'énergie et 3 kW de puissance à la fois. C'est plus que l'intégralité du besoin de secours de ce foyer, dans les deux dimensions. Mettez-le sur un circuit non secouru, ou acceptez un système environ deux fois plus gros.

Étape 5 — Dimensionner la recharge, sinon la batterie est à usage unique

Une batterie qui couvre une coupure et ne se recharge jamais est un consommable. Le calcul de recharge est court et c'est l'étape la plus souvent sautée.

L'énergie à remplacer est l'énergie continue prélevée, corrigée des pertes aller-retour. À 92 % :

3 356 ÷ 0,92 = 3 648 Wh à remettre chaque jour.

Divisez par les heures d'ensoleillement de crête et un abattement système d'environ 0,75 à 0,8 (empoussièrement, température, câblage, rendement MPPT) :

3 648 ÷ (4,5 × 0,78) ≈ 1 039 Wc

Soit environ 1 kWc de champ pour remplir la batterie, avant même de couvrir une charge de jour. Un champ de 2 à 3 kWc est le chiffre pratique une fois la consommation diurne incluse, et le H3-W8-6500 comme le H3-W2-4200 acceptent 5 000 W d'entrée PV — bien plus que cela, ce qui compte si le champ doit être agrandi plus tard sans remplacer l'unité.

Les heures de crête dépendent du site et de la saison. Les sites d'Afrique australe planifient couramment sur une moyenne annuelle d'environ 4,5 à 5,5 kWh/m²/jour, avec des valeurs d'hiver plus basses. Prenez le chiffre d'hiver pour un système qui doit fonctionner toute l'année, et vérifiez la valeur locale plutôt que d'en emprunter une à un autre pays.

L'exemple complet

Les cinq étapes réunies, pour un foyer soumis à un programme d'environ quatre heures de coupure par jour, réparties sur la soirée :

La réponse est une unité de 8 kWh avec un champ de 2 à 3 kWc. Ce résultat est banal, et c'est précisément l'intérêt : la méthode converge vers la même classe de produit pour la plupart des foyers, et l'intérêt de la faire correctement est de savoir pourquoi cette classe est la bonne, et où votre cas particulier s'en écarte.

Là où la méthode se trompe

Quatre erreurs expliquent la plupart des systèmes sous-dimensionnés.

Prendre les watts de plaque pour des watts de marche. Une pompe donnée pour 750 W ne tire pas 750 W en continu, et un réfrigérateur donné pour 180 W ne tire pas 180 W pendant chaque heure de branchement. Le cycle de service et la mesure réelle comptent plus que toute étiquette.

Traiter le réfrigérateur comme une charge continue. Douze heures de branchement ne sont pas douze heures de marche. Surestimer gonfle le résultat ; sous-estimer l'appel fait déclencher l'onduleur. Les deux viennent d'avoir sauté le compteur.

Oublier la consommation à vide de l'onduleur. Trente watts pendant douze heures, c'est 360 Wh — plus que le circuit d'éclairage de cet exemple. C'est invisible sur une fiche technique et visible sur une facture.

Dimensionner la batterie en oubliant le champ. La défaillance la plus fréquente sur le terrain est un parc correctement dimensionné sans moyen de le remplir lors d'un épisode de coupures de plusieurs jours. Si le champ ne remplace pas la consommation quotidienne, le système fonctionne un jour puis se comporte comme un système plus petit.

Associer un résultat à une unité

Notre gamme tout-en-un, avec la capacité de chaque modèle et le cas qu'il couvre :

Un détail de ce tableau mérite un paragraphe, car il explique une spécification que les acheteurs trouvent arbitraire. L'unité de 8 kWh fonctionne en parc 25,6 V ; celle de 16 kWh en 51,2 V. La tension de batterie suit le nombre de modules — seize modules de 3,2 V en série donnent 51,2 V, huit donnent 25,6 V. À puissance égale, la tension plus élevée demande deux fois moins de courant : 6 500 W représentent environ 127 A en 51,2 V et environ 254 A en 25,6 V. Un courant plus faible signifie des câbles plus petits, moins de pertes résistives et moins d'échauffement : c'est pourquoi l'unité la plus puissante d'une gamme passe à une tension de parc plus élevée plutôt que de simplement mettre plus de cellules en parallèle.

Si vous combinez des unités en parallèle pour un site plus grand, alignez la tension de parc sur l'ensemble du groupe, et vérifiez la limite de mise en parallèle du modèle — notre gamme d'onduleurs hybrides s'étend jusqu'à 99 kW pour les installations commerciales, mais la règle d'extension est par modèle, non par gamme.

Obtenir une proposition dimensionnée

Envoyez la liste des charges — appareil, watts en marche si connus, heures nécessaires — ainsi que le programme de coupures à couvrir et les heures de crête du site. Nous appliquerons les cinq étapes et répondrons avec une capacité, une taille de champ et l'unité correspondante, ou nous vous dirons que la liste dépasse ce qu'une seule unité peut couvrir.

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Questions fréquentes

De combien de kWh ai-je besoin en cas de délestage ?

Cela se calcule à partir de la liste des charges, pas d'une règle empirique. Additionnez les watts de tout ce qui doit fonctionner en même temps, multipliez par les heures à couvrir, divisez par le rendement de l'onduleur puis par la profondeur de décharge utile. Un foyer faisant tourner réfrigérateur, congélateur, éclairage, télévision, routeur et alarme pendant douze heures du soir arrive à environ 4 kWh de capacité nominale, ce qui explique qu'une unité de 8 kWh soit la réponse habituelle plutôt que la plus petite disponible.

Faut-il dimensionner pour la coupure la plus longue ou pour la typique ?

Dimensionnez pour le programme typique avec une marge, et décidez séparément ce que vous voulez qu'il se passe lors d'un événement extrême. Dimensionner pour la pire semaine de l'année revient à acheter de la capacité qui restera inutilisée le reste du temps ; dimensionner pour le programme typique en acceptant qu'une très longue coupure se termine par un arrêt maîtrisé est généralement le meilleur compromis. Écrivez lequel des deux vous choisissez.

Pourquoi la tension de batterie compte-t-elle au dimensionnement ?

Parce qu'à puissance égale, une tension plus basse demande plus de courant, et c'est le courant qui fixe la section de câble, l'échauffement et les pertes. Une sortie de 6 500 W tire environ 127 A d'un parc 51,2 V et environ 254 A d'un parc 25,6 V. C'est pourquoi les unités les plus puissantes d'une gamme passent à une tension de parc plus élevée au lieu d'ajouter simplement des cellules en parallèle.

Une seule batterie peut-elle alimenter un chauffe-eau ou une climatisation ?

En général non, et c'est l'erreur la plus coûteuse de la catégorie. Un chauffe-eau de 3 kW pendant une heure représente plus d'énergie qu'une nuit de charges essentielles. Soit vous dimensionnez pour lui — ce qui vous projette dans une classe bien supérieure — soit vous le placez sur un circuit non secouru, pour qu'il s'efface pendant la coupure et revienne avec le réseau.

Quel champ solaire faut-il pour recharger la batterie ?

Divisez l'énergie continue quotidienne à remplacer par les heures d'ensoleillement de crête de votre site et par un abattement système de 0,75 à 0,8. Un site ayant besoin de 3,3 kWh en continu avec 4,5 heures de crête demande environ 0,9 kWc rien que pour remplir la batterie, avant de couvrir les charges de jour. Comparez ce chiffre à la limite d'entrée PV de l'onduleur avant de supposer qu'il passe.

Conclusion

Le dimensionnement, ce sont cinq multiplications et une liste honnête. La liste est la partie difficile, et elle est difficile parce qu'elle exige de mesurer plutôt que d'estimer — mais une fois qu'elle existe, la capacité n'est plus une question d'opinion.

Le chiffre qui change le plus souvent une décision d'achat n'est pas le kWh du tout. C'est la prise de conscience qu'un chauffe-eau ou une climatisation relève d'un autre circuit, ce qui transforme un système qui paraissait hors budget en un système qui tient dans le budget initial.