Le kit solaire du poste de santé de Tanéné
Le poste de santé de Tanéné (Dubréka) vient d'être équipé d'un kit solaire : un panneau de 300 Wc, une batterie au plomb 12 V / 100 Ah, un onduleur de 1000 VA (facteur de puissance 0,8) et un régulateur MPPT. Le personnel veut alimenter quatre lampes LED de 10 W fonctionnant 5 h par nuit ; un réfrigérateur à vaccins de 80 W dont le compresseur tourne en moyenne 40 % du temps ; la charge de deux téléphones à 5 W pendant 4 h ; et un stérilisateur de 700 W utilisé 1 h par jour. Le constructeur du réfrigérateur indique un courant de démarrage égal à 4 fois le courant nominal, et le fabricant de la batterie conseille une profondeur de décharge maximale de 50 %. À Tanéné, on compte en moyenne 4,5 heures d'ensoleillement utile par jour et le rendement global du système (régulateur, câbles, température, poussière) est estimé à 70 %. Le chef de poste se plaint de coupures en fin de nuit et l'onduleur se met parfois en sécurité quand on branche le stérilisateur.
1. Établir le bilan énergétique journalier du poste, puis calculer l'autonomie réelle de la batterie dans ces conditions.
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Énergie consommée par jour. Lampes : 4 × 10 W × 5 h = 200 Wh. Réfrigérateur : 80 W × 24 h × 0,40 = 768 Wh (on raisonne sur le temps de fonctionnement du compresseur, pas sur 24 h pleines). Téléphones : 2 × 5 W × 4 h = 40 Wh. Stérilisateur : 700 W × 1 h = 700 Wh. Total : 200 + 768 + 40 + 700 = 1708 Wh/j, soit environ 1,7 kWh.
Énergie stockée disponible. La batterie contient 12 V × 100 Ah = 1200 Wh. Avec une décharge limitée à 50 %, on ne peut en tirer que 600 Wh. Autonomie = 600/1708 ≈ 0,35 jour, soit environ 8 h de consommation moyenne, et bien moins si le stérilisateur est utilisé la nuit.
Conclusion. Le stockage ne couvre pas une nuit complète : le réfrigérateur seul (768 Wh) dépasse déjà l'énergie disponible. Les coupures de fin de nuit ne sont pas un défaut de l'onduleur mais la conséquence d'un dimensionnement insuffisant. Il faut soit réduire la consommation, soit augmenter la batterie.
2. Calculer l'énergie que le panneau peut fournir chaque jour et conclure sur l'équilibre production/consommation. Proposer deux actions classées par ordre de coût croissant.
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Production disponible. Énergie théorique : 300 Wc × 4,5 h = 1350 Wh. En tenant compte du rendement global de 70 % : 1350 × 0,70 = 945 Wh/j. La consommation est de 1708 Wh/j : le déficit est de 1708 − 945 = 763 Wh, soit 45 % des besoins. La batterie se vide donc un peu plus chaque jour, ce qui explique l'aggravation des coupures.
Action sans achat : réduire la pointe de consommation. Le stérilisateur représente 700 Wh, soit 41 % du besoin total pour une heure d'usage. Un stérilisateur solaire à pression, ou un stérilisateur communautaire partagé, supprime cette charge.
Action payante, dans l'ordre du coût. (1) Remplacer les lampes et ajouter une lampe frontale à faible consommation, puis débrancher le réfrigérateur la nuit si la chaîne du froid le permet - faible coût, effet limité. (2) Ajouter un panneau de 250 à 300 Wc : la production passerait à environ 1 700 Wh, à peu près l'équilibre. (3) Ajouter une batterie : indispensable, car même avec plus de production, 600 Wh utilisables ne couvrent pas une nuit ; il faudrait au minimum 200 Ah pour disposer d'environ 1 200 Wh utiles.
3. Expliquer physiquement pourquoi l'onduleur se met en sécurité quand on branche le stérilisateur, alors que 700 W paraissent compatibles avec un onduleur de 1000 VA.
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Puissance réellement disponible. Un onduleur de 1000 VA ne délivre pas 1000 W : à facteur de puissance 0,8, la puissance active maximale est 1000 × 0,8 = 800 W. Le stérilisateur consomme déjà 700 W, soit 87 % de cette limite, et il ne reste que 100 W de marge.
Le démarrage du réfrigérateur. Le compresseur absorbe au démarrage 4 fois son courant nominal. Sa puissance apparente de croisière est d'environ 80/0,8 = 100 VA ; au démarrage, elle atteint environ 400 VA, soit une puissance active de l'ordre de 320 W. Si le thermostat déclenche le compresseur au moment où le stérilisateur chauffe, la demande dépasse 700 + 320 ≈ 1020 W, au-delà des 800 W : le dispositif de protection coupe.
Deuxième cause, souvent oubliée. Un appel de courant élevé provoque une chute de tension aux bornes de la batterie à cause de sa résistance interne, surtout si elle est partiellement déchargée. L'onduleur interprète cette chute comme une batterie vide et se met en sécurité. La solution immédiate, gratuite, est donc de ne jamais faire fonctionner le stérilisateur pendant que le réfrigérateur peut démarrer : on stérilise en début de matinée, réfrigérateur déjà en marche et batterie rechargée.