Unités de mesure de l énergie Septembre 2009 Lorsque l on parle d installation en Energies Renouvelables on entend parler d unités de mesure telles que les Volts, les Ampères, les kilovolts-ampères, les kilowatts, les kilowatts-heures et autres kilowatts-crêtes, notions qui ne sont pas forcément maitrisées par chacun d entre nous. Nous allons donc expliquer ici ces différentes notions à l aide ce petit document de vulgarisation : 1. Volt Le volt (V) est l unité de tension électrique. Il existe deux types de courant : Courant alternatif (AC) En Polynésie, la tension communément utilisée est de 230V monophasé, souvent appelé 220V. Toutefois, les grosses installations utilisent du 400V triphasé, souvent appelé 380V. Les éoliennes terrestres à partir de 3 kw produisent généralement du courant triphasé variable (avec le vent) et pouvant aller jusqu à 400V pour les plus grosses. Courant continu (DC) Les panneaux solaires produisent du courant continu avec une tension pouvant atteindre 45V par panneau. En sérialisant les panneaux, on augmente d autant la tension disponible pour arriver à des chaines pouvant atteindre 1.000 V. Les petites éoliennes produisent généralement du courant continu de 12 à 48V. Dans une installation utilisant des Energies Renouvelables, il convient donc d installer un onduleur pour transformer et réguler la tension de sortie - solaire ou éolienne - en 230V avant d alimenter le réseau électrique d une maison. 2. Fréquence Le hertz (Hz) est l unité de fréquence électrique. En Polynésie, la plupart des îles sont alimentées en 60 Hz. Toutefois, certaines îles disposent de 50 Hz (comme en métropole) : Marquises, Hao, etc Rappelons que ceci affecte particulièrement le bon fonctionnement de certains équipements : un four à microondes en 50 Hz ne fonctionnera pas en 60Hz, une machine à laver ou un sèche-linge tourneront plus vite et dureront moins longtemps, une ampoule «basse consommation» en 50 Hz durera moins longtemps qu une ampoule ordinaire et consommera bien plus que prévu, etc Vérifiez systématiquement la fréquence des appareils AVANT de les acheter!!!
3. Ampère et ampère/heure L ampère (A) est l unité d intensité du courant électrique produit ou consommé. C est l intensité parcourant un câble qui en définit la section : plus il y a d ampères, plus il faut de mm², et donc plus cela coûte cher en cuivre Par ailleurs, trop d ampères dans un câble trop petit se transforme vite en chaleur et en incendie. Donc prudence! Pour exprimer dans le temps une charge (produite ou consommée), on parlera d ampère-heure (Ah). Un ampère-heure est égal à l intensité consommée ou produite par un appareil de 1 ampère en permanence pendant une heure. Pour des installations en Energies Renouvelables qui ne sont pas reliées au réseau EDT (dites autonomes), ou qui fonctionnent en substitution réseau, on installera un parc de batteries pour stocker l énergie excédentaire produite et la restituer quand on en a besoin. La puissance de ces batteries est donnée en Ampères/heure et en Volts. Typiquement pour ces installations, on installe des batteries Gel de 2V de 500 à 1.500Ah, et permettant d assurer une autonomie de 1 à 7 jours. Pour une installation solaire, les panneaux solaires fonctionnant en 12V, on doit donc connecter 6 batteries de 2V pour faire une «ligne» de 12V. Lorsque l on calcule la taille du parc de batteries nécessaire à une maison en autonome, on prend donc la consommation électrique journalière que l on multiplie par le nombre de jours d autonomie désiré s il n y a pas de production de l Energie Renouvelables (nombre de jours sans soleil et/ou sans vent). On prendra également en compte la décharge maximale des batteries qu on autorise, en général 50 à 60%. 4. Watt et kilowatt Le watt (W) est l unité de puissance énergétique qui équivaut à un débit d énergie. Cette intensité, multipliée par la tension (ex : 230V) donne une puissance en Watts, selon la formule classique P = U * I Watts = Ampères * Volts Ainsi, lorsque vous reliez votre maison au réseau d EDT, vous contractez un abonnement avec compteur disposant d une certaine intensité autorisée (indiqué donc en Ampères). Si vous êtes équipé d un compteur de 30A, vous pouvez utiliser une puissance maximale instantanée de : 30A x 230V = 6.900 W ou 6,9 kw* *1 kilowatt = 1.000 Watts. Rappel : on parle bien de puissance instantanée (exprimée en Watts ou kilowatts) et non pas de consommation journalière (exprimée en Watts/heure ou kilowatts/heure). Sur chaque appareil électroménager se trouve une étiquette du fabricant précisant sa puissance énergétique, à savoir la puissance de l appareil, appelée puissance nominale. Exprimée en watts, elle précise la puissance en énergie demandée par l appareil en fonctionnement continu. Mais, certains appareils nécessitent une puissance bien supérieure au démarrage : Téléviseurs, stéréos, perceuses, etc. ont un courant de démarrage de 1,5 à 2 fois leur puissance nominale.
Les grosses charges avec de gros moteurs, tel que suppresseurs, réfrigérateurs et climatisations peuvent atteindre 3 à 4 fois leur puissance nominale lorsqu ils se mettent en marche. La plupart des gens ont vu cet effet : quand un réfrigérateur démarre, parfois les lumières s atténuent momentanément. Lorsque l on veut s équiper en Energies Renouvelables, et qu on ne peut pas s appuyer sur une facture EDT pour évaluer sa consommation, il est indispensable de définir son bilan énergétique, c'est-à-dire de calculer la puissance nécessaire pour faire fonctionner tous les équipements de la maison : en terme de puissance nominale : tous les appareils qui fonctionnent en même temps, en terme de puissance instantanée : tous les appareils qui démarrent en même temps. Ce bilan est déterminant lorsqu on veut remplacer un appareil électroménager. Plus l appareil est «gourmand» en énergie, avec une puissance en watts élevée indiquée sur l étiquette du fabricant, plus la consommation électrique de l appareil sera importante. Vous pouvez trouver des étiquettes de ce type : La somme de toutes les puissances des appareils s exprime en milliers de watts ou kilowatts, 1 kilowatt étant égal à 1.000 Watts. Pour donner quelques ordres de grandeur : 1 W Puissance d'un appareil électrique récent en veille ; 10 W Puissance d'un appareil électrique ancien en veille ; 100 W Puissance d'une ampoule à incandescence puissante ; 1 kw Puissance d'une cafetière ou d'une bouilloire électriques ; 10 kw Puissance d'un moteur électrique à usage industriel ; 100 kw Puissance d'un moteur de 136 chevaux ; 1 MW* Puissance d'une petite éolienne continentale de forte puissance ; 10 MW Puissance d'un moteur de bateau (type ferry ou paquebot) ; 100 MW Puissance d'une centrale thermique de production d'électricité (qui fonctionne en période de pointe). * Le MégaWatt (MW) est égal à 1.000 kilowatts.
5. Watt-heure et kilowatt-heure La puissance électrique consommée par un appareil se détermine selon deux paramètres : sa puissance énergétique (exprimée en W) mais aussi sa durée de fonctionnement (exprimée en heure). Ainsi, un appareil consommant beaucoup (ex : un four à micro-ondes de 2000W) mais pendant très peu de temps (quelques minutes) ne consommera en réalité qu assez peu d énergie (exprimée en kwh). Pour exprimer cette consommation dans le temps, on parle donc de watt-heure (Wh) ou de kilowatts-heure (kwh). Un kilowatt-heure est égal à l énergie consommée par un appareil de 1.000 watts pendant 1 heure. Exemple 1 : consommation faible pour une puissance élevée Considérons un four à micro-ondes d une puissance de 2.000 watts et qui fonctionnerait au maximum 10 minutes par jour, on obtient une consommation journalière de : 2.000 W x 0,10 = 200 Wh ou 0,2 kwh/jour Exemple 2 : consommation élevée pour une puissance faible A l inverse, autres exemples plus parlant : Un réfrigérateur congélateur de marque, de 250 litres, classe A++ consomme en moyenne 620 Wh par jour, avec une puissance de 66 W. Un réfrigérateur congélateur de la même marque, même volume (250 litres), mais de classe B consomme en moyenne 1250 Wh par jour, avec une puissance de 137 W. En un an, la différence est de près de 230 kwh! Ne parlons pas des classes inférieures, jusqu à la classe G 6. Etiquetage énergétique Depuis janvier 2008, La Polynésie française a déterminé, en accord avec les importateurs et les revendeurs d électroménager, les types d étiquettes de consommation énergétique qui doivent être affichés clairement sur les appareils électroménagers dans les magasins. Cette réglementation ne porte actuellement que sur les machines à laver, sèche-linges, climatiseurs, réfrigérateurs, congélateurs, lave-vaisselle et fours électriques. Ce n est malheureusement pas toujours le cas dans tous les points de vente. Il appartient donc au consommateur de bien vérifier la consommation de l appareil qu il désire acheter.
Vous devriez donc trouver des étiquettes de ce type : EUROPE USA AUSTRALIE L étiquette «Energie» classe les appareils en fonction de leurs performances énergétiques sur une échelle allant de A pour les plus économes à G pour les plus gourmands. Source : Arrêté n 0027/CM du 7 janvier 2008 Le label de comparaison «EnergyGuide» compare la consommation de l appareil acheté à celle du plus et du moins efficace présent sur le marché. Le label de comparaison «Energy Rating» classe les appareils avec un système d étoiles : plus l appareil à d étoiles, plus il est efficace. Pour tous ces types d étiquettes, il est indiqué une consommation globale en kwh/an, et c est bien ce qui est l information la plus intéressante en final pour comparer des appareils de même type. Il existe un autre type d étiquette de norme énergétique internationale qu il faut privilégier à tout autre : l étiquette EnergyStar. Initié en 1992 par l'agence Américaine pour la Protection de l'environnement (EPA), le label EnergyStar représente le niveau minimum que tout fabricant, soucieux de protéger l'environnement, doit respecter. Tous les réfrigérateurs labellisés EnergyStar doivent consommer 20% de moins d'électricité que ceux qui ne sont pas labellisés. ATTENTION : Ces consommations sont indiquées dans des conditions «standards» d utilisation. Hors, il ne faut pas oublier que nous habitons dans un pays chaud où les appareils produisant du froid (réfrigérateurs, congélateurs, climatiseurs, etc ) devront fonctionner plus pour un même résultat. De même, plus une porte de réfrigérateur ou de congélateur reste ouverte souvent et longtemps, et plus grande sera la consommation de l appareil! IMPORTANT : L étiquette imposée est celle du pays d origine, et donc pour un appareil alimenté par la tension et/ou la fréquence qui y est utilisée. Or certains importateurs «modifient» ces données, par exemple en intégrant un transformateur 120V/230V sur un appareil prévu pour être alimenté en 120V. Ceci modifie gravement les données affichées sur l étiquette, d autant plus si le transformateur ajouté est de mauvaise qualité.
7. KiloWatt crête ou kilowatt pointe Le kilowatt crête (kwc), symbolisé aussi kwp (kilowatt pointe), est un dérivé du kilowatt que l on utilise pour les productions solaires. En effet, un panneau solaire ne produit pas une quantité d énergie constante suivant l heure du jour et la couverture nuageuse. Lorsqu on précise la puissance en Watts d un panneau solaire (ex : 85W, 185W, 200W, etc ), il s agit en fait de la puissance maximale de production du panneau lorsqu il est propre, bien orienté, à midi et avec un ensoleillement maximal. Pour les installations solaires, on parle donc de puissance crête installée, cette puissance étant calculée en multipliant la puissance nominale d un panneau solaire (en watts) par le nombre de panneaux. Exemple : 12 panneaux de 185 W chacun donne une puissance de l installation de : 12 x 185 = 2.220 Wc ou 2,22 kwc. Cette puissance est donc bien la puissance maximale que l on pourrait obtenir à un instant t et non pas la production que l on obtiendra à chaque heure de la journée! Pour les installations en énergies renouvelables, la quantité d énergie produite par jour est difficile à calculer puisqu elle dépend des conditions climatiques (soleil, vent). Toutes les valeurs ci-dessous sont des moyennes Pour les installations solaires, la norme internationale est de considérer que le rendement d une installation solaire est la production maximale de l installation multipliée par 3 à 4 suivant la qualité des panneaux solaires. Si on prend l exemple d une installation de 12 panneaux de 185Wc, on obtient donc une production journalière moyenne de : 2,22 kwc x 3,6 = ~ 8 kwh/jour Pour les installations éoliennes, le lieu d installation étant primordial pour avoir les meilleurs vents possibles, il n existe pas de norme quand au calcul du rendement sans connaitre les données spécifiques du site. Dans la plupart des grands pays, des cartes de vents sont établies et on peut donc définir des rendements moyens à partir de ces cartes. En Polynésie, nous nous appuyons sur une étude de vent réalisée par Météo France il y a une quinzaine années pour calculer le rendement moyen d une éolienne à installer. Pour exemple, sur la base d une étude faite pour une île des Nord Tuamotu, une éolienne de 1,2 kw donne une production journalière de 5 à 8 kwh/jour. 8. VoltAmpère et kilovoltampère Le VoltAmpère (VA) mesure la puissance électrique apparente. Cette unité est généralement utilisée pour définir la puissance des groupes électrogènes. Elle s apparente au Watt et, pour faire simple, on considère pour les groupes électrogènes que : 1 kva = 0,84 kw soit 840 W. Ainsi, un groupe électrogène de 10 kva, correspond à puissance réelle de 8.400W ou 8,4 kw. Nous espérons que ces informations vous ont un peu éclairci les idées et que vous comprendrez mieux les notions de puissances électriques utilisées lorsque l on parle d installations en Energies Renouvelables. Vous pouvez maintenant dimensionner votre installation en Energies Renouvelables.