La définition du besoin électrique est un travail préalable important impactant le dimensionnement du champ photovoltaïque et du parc de batteries. Une sous-estimation du besoin électrique provoquera des défauts de fonctionnement (coupure électrique, vieillissement prématuré des batteries), alors que sa surévaluation aura pour effet d'augmenter considérablement le coût de l'installation.

Cette partie dresse un inventaire des appareils consommateurs d'électricité, et fournit une méthode de calcul des besoins électriques.

Inventaire des appareils électriques

Il convient dans un premier temps d’effectuer un inventaire des équipements consommateurs d’électricité. Ceux-ci sont divers et variés. Nous proposons un inventaire non-exhaustif.

Eclairage

L'éclairage est incontournable dans un bâtiment. Au delà de son aspect décoratif et esthétique, l'éclairage permet à l'usager de bénéficier des conditions de luminosité qu'il estime nécessaire à son activité.

Aujourd'hui, la quasi-totalité des systèmes d'éclairage fonctionnent grâce à l'électricité. L'énergie lumineuse est produite par l'intermédiaire d'un système nommé ampoule. Cette ampoule est fixée à un luminaire. L'ampoule mais également le luminaire participe à la performance énergétique de l'éclairage.

Type d'ampoule	Description	Illustration
Lampe à incandescence à filament	Elle produit de la lumière en portant à incandescence un filament de tungstène (métal dur de couleur blanc-gris résistant aux températures allant jusqu'à 3 000 °C). Grâce aux contacts électriques 1 et 2, le courant peut circuler dans le filament de tungstène. Le tungstène voit alors sa température augmenter par effet joule. Puis, par le phénomène d’incandescence, la lumière est émise. A l’intérieur du bulbe de verre, le vide est créé afin d’éviter la combustion du filament de tungstène. Le rendement d'une ampoule à incandescence est très faible : entre 2% et 3% de l'énergie électrique est convertit en énergie lumineuse, le reste étant convertit en chaleur ou en émission infrarouge/ultraviolet. La durée de vie d’une lampe à incandescence classique est de l’ordre de 1000 h de fonctionnement. Le vieillissement de l’ampoule est dû au phénomène de sublimation (passage directe de l’état solide à gazeux) du filament de tungstène. En effet, sous l’effet la haute température, le filament perd progressivement de la matière, de telle sorte qu’il finit par se dissocier. Depuis la fin 2012, les lampes à incandescence classique ne peuvent plus être commercialisées dans l’Union Européenne. Les lampes moins énergivores sont désormais favorisées. La puissance électrique d'une ampoule à incandescence varie généralement de 30 W à 100 W. Le rendement lumineux est environ de 10 lumens/W.
Ampoule à incandescence halogène	Les ampoules à incandescence halogène, souvent appelé ampoules halogènes, utilisent néanmoins le phénomène d’incandescence pour produire la lumière. Elles se différencient des ampoules incandescentes classiques par la présence d’un gaz halogène à l’intérieur du bulbe de verre, en lieu et place du vide. Le rôle du gaz halogène est d’augmenter la durée de vie de ces ampoules par rapport aux ampoules à incandescence classique, mais participe également à l’amélioration de la qualité de l’éclairage. En effet, toujours sous l’effet de la haute température, le filament de tungstène se sublime. Cependant, la matière gazeuse ainsi formée s’associe au gaz halogène ce qui permet ensuite une recombinaison du tungstène sublimé sur le filament. Ainsi, le filament de tungstène est continuellement reconstitué, ce qui permet d'augmenter la durée de vie. La puissance électrique d'une ampoule à incandescence halogène varie généralement de 5 W à 100 W pour l'éclairage intérieur et jusqu'à 2 000 W pour l'éclairage extérieur. Le rendement lumineux est entre 15 et 20 lumens/W.
Ampoule fluorescente compacte	Une ampoule fluorescente compacte, plus couramment appelée ampoule fluocompacte, contient un mélange d'argon et de vapeur de mercure. La lumière visible est produite par deux processus successifs : 1. L'ionisation du mélange gazeux sous l'effet d'un courant électrique génère une lumière dans la gamme des ultraviolets (donc invisible), mais très énergétique. 2. Ce premier rayonnement est ensuite converti en lumière visible, moins énergétique (la différence donnant de la chaleur), à la surface interne du tube par un mélange binaire ou ternaire de poudres fluorescentes. La couleur de la lumière produite provient donc essentiellement de la composition spécifique de ce revêtement interne. Ce revêtement peut être par exemple du néon si on veut émettre la lumière rouge. ATTENTION : Ces lampes contiennent du mercure qui est toxique. Un soin particulier pour le recyclage doit être envisagé. La puissance électrique d'une ampoule fluorescente compacte varie généralement de 1 W à 50 W pour l'éclairage intérieur. Le rendement lumineux est entre 30 et 65 lumens/W.
Tubes fluorescents	Un tube fluorescent une lampe en forme de tube fonctionnant sur le même principe que les ampoules fluorescentes compactes présentées précédemment. On rencontre dans le commerce principalement des tubes fluorescent de type T8 et de type T5. On distingue ces 2 types par le diamètre des tubes : 26 mm pour les tubes T8, et 16 mm pour les tubes T5. Les tubes T8 sont plus anciens que les types T5, et sont donc en conséquence plus énergivores. Le tableau ci-dessous dresse les consommations électriques standard des tubes présents dans le commerce. Longueur L Puissance électrique Tube T8 Tube T5 55 cm 18 W 14 W 120 cm 36 W 28 W 150 cm 58 W 45 W Comparaison des puissances électriques entre tubes T5 et tubes T8 La puissance électrique d'un tube fluorescent varie généralement de 10 W à 60 W. Le rendement lumineux est entre 60 et 70 lumens/W pour les tubes T8, et entre 80 et 90 lumen/W pour les tubes T5.	A gauche : un tube fluorescent T5 (Ø16mm) A droite : un tube fluorescent T8 (Ø26mm)
Ampoules & Tubes LED (ou Lampe à Diode Electroluminescente)	La technologie LED s’utilise pour l’éclairage intérieur et extérieur. Par ses caractéristiques intrinsèques, elle consomme peu d’énergie en comparaison au lampes conventionnelles et sa durée de vie est y est bien supérieure aux autres. La maintenance est également minimisée sur ce genre de luminaire. La puissance électrique des ampoule &tubes LED varie généralement de 3 W à 30 W.Le rendement lumineux est entre 70 et 100 lumens/W.

Equipements courants à faible puissance électrique

Appareil électrique	Puissance électrique
Réfrigérateur	Réfrigérateur de classe A+++ Durée du cycle marche : 5 minutes Durée du cycle arrêt : 15 minutes Consommation pendant le cycle marche : 100 W	Réfrigérateur standard Durée du cycle marche : 5 minutes Durée du cycle arrêt : 15 minutes Consommation pendant le cycle marche : 300 W
Congélateur	Congélateur de classe A+++ Durée du cycle marche : 5 minutes Durée du cycle arrêt : 15 minutes Consommation pendant le cycle marche : 150 W	Congélateur standard Durée du cycle marche : 5 minutes Durée du cycle arrêt : 15 minutes Consommation pendant le cycle marche : 400 W
Téléphone	Téléphone fixe en mode veille : 2 W Téléphone fixe en utilisation : 10 W Téléphone portable en charge : 5 W
Télévision	Depuis les années 1990, la technologie des écrans LCD (Liquid Cristal Display = Affichage à Cristaux Liquide) permet une faible consommation d'énergie des téléviseurs. Dans les pays développés, telle que la France, la télévision reste allumée en moyenne 5 heures par jour. Les fabricants de téléviseur offre la possibilité de mettre la télévision en mode veille, ce qui induit une consommation en veille. Télévision allumée : 110 W Télévision en mode veille : 1 W
Lecteur DVD	Lecteur DVD allumé : 15 W Lecteur DVD en mode veille : 0,5 W
Ordinateur	La consommation électrique d'un ordinateur dépend des applications qu'il exécute. L'écran est également un gros poste consommateur d'électricité. Ordinateur pour les jeux-vidéo : 600 W Ordinateur de bureau : 90 W Ordinateur en veille (écran éteint) : 10 W
Ventilateur	Petit ventilateur : 50 W Plafonnier/Ventilateur industriel : 90 W

Equipements courants à forte puissance électrique

Appareil électrique	Puissance électrique
Cuisinière électrique	1 plaque électrique à résistance : de 2 600 W à 3 400 W 1 plaque électrique à induction : de 1 800 W à 2 400 W On privilégiera un appareil de cuisson fonctionnant au gaz.
Four électrique	Petit four électrique à résistance : 1 500 W Gros four à résistance : 5 000 W Four électrique micro-ondes : 1 000 W On privilégiera un four fonctionnant au gaz.
Aspirateur	Petit aspirateur : 650 W Gros aspirateur : 2 000 W
Fer à repasser	Petit fer à repasser : 750 W Gros fer à repasser : 1 500 W
Machine à laver	Machine à laver d'une capacité de 5 kg : 2 000 W Machine à laver d'une capacité de 10 kg : 3 000 W
Sèche-cheveux	Entre 1 000 W et 2 000 W
Climatisation individuelle	Entre 1 000 W et 2 000 W
Chauffage électrique	Entre 500 W et 2 000 W On privilégiera un chauffage thermique (bois, gaz, fioul ou solaire thermique).
Chauffe-eau électrique	Entre 500 W et 2 000 W On privilégiera un chauffage thermique (bois, gaz, fioul ou solaire thermique).

Inventaire des appareils électriques

Calculer les besoins électriques consiste à calculer l’énergie électrique journalière consommée par les usagers. Ainsi, les besoins électriques s’exprimeront en Wh/jour (ou kWh/jour).

La méthodologie est la suivante :

• D’abord, il convient d’identifier l’ensemble des appareils électriques qui seront alimentés par l’installation photovoltaïque autonome. Pour chacun de ces appareils, la puissance nominale de fonctionnement doit être identifiée. Pour cela, on pourra s'appuyer sur des mesures directement sur site, ou bien les indications inscrites sur les fiches techniques/signalétiques des appareils. En dernier recours, si aucune information n'est disponible, on pourra effectuer une approximation de la puissance électrique de l'appareil en s'inspirant de l'inventaire réalisé précédemment.
• Ensuite, une estimation de la durée d’utilisation journalière devra être effectuée. En ce sens, il est primordial de connaître les habitudes des usagers (car ce sont bien eux qui utilisent, à leur guise, les appareils consommateurs d'énergie).
• Le produit de la puissance électrique (en W) par le temps d’utilisation (en h) indiquera l’énergie journalière consommée (en Wh) par l’appareil considéré. Dans le domaine de l’électricité, il est d’usage d’utiliser le W et le Wh comme unités de mesure respectivement de la puissance et de l’énergie électriques.
• Enfin, la somme des énergies journalières calculées donnera une évaluation globale des besoins électriques du bâtiment.

Cette méthodologie peut s'effectuer facilement grâce à un tableau (voir exemple ci-après).

=> Exemple simple

Appareil électrique	Puissance nominale (en W)	Durée d'utilisation journalière (en h/jour)	Consommation d'énergie journalière (en Wh)
6 lampes fluo compactes d'une puissance de 15 W chacune	6 × 15 = 90 W	4 h/jour	360 Wh/jour
1 réfrigérateur	150 W	6 h/jour (voir explications concernant le réfrigérateur)	900 Wh/jour
1 chargeur pour téléphone portable	5 W	1 h/jour	5 Wh/jour
1 télévision	110 W	5 h/jour	550 Wh/jour
TOTAL			1 815 Wh/jour

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