Comment choisir et dimensionner un système solaire pour votre bateau

Mais ajouter de l’énergie solaire à votre bateau ne doit pas être un processus intimidant.

Nous aidons les croiseurs chaque jour à régler les détails et à concevoir des systèmes de recharge solaire qui fonctionnent pour eux, leur style de croisière et leur bateau.

Aujourd’hui, nous mettons tout en place et créons une feuille de route étape par étape de tout ce dont vous avez besoin pour concevoir et installer une configuration de charge solaire sur votre bateau en toute confiance. On le fera:

• Vous aider à définir une attente réaliste pour ce que vous voulez accomplir avec votre configuration
• Vous donner une feuille de calcul pour calculer avec précision la consommation d’énergie de votre bateau, les besoins en puissance solaire et les besoins en batteries
• Explorez les types de panneaux solaires et triez les avantages et les inconvénients de chacun
• Déchiffrer le classement des panneaux solaires
• Étudiez les options de montage et trouvez le meilleur pour votre bateau
• Clarifiez les différences entre les contrôleurs solaires afin de savoir lequel est le plus efficace pour vous
• Cochez quelques conseils de câblage propres aux installations solaires
• Et, enfin, vous donner la confiance nécessaire pour concevoir et installer un système de charge solaire qui vous convient et qui convient à votre style de croisière.

Commençons…

La première étape de la conception de votre système de recharge solaire est de définir ce que vous voulez accomplir avec.

Afin de bien concevoir et sélectionner votre système, vous devrez d’abord définir quels sont vos besoins. Ils peuvent être aussi simples que de maintenir la batterie à niveau pendant que le bateau est au mouillage ou aussi complexes que d’être entièrement autonomes. Parmi les propositions suivantes, laquelle correspond le plus à vos besoins ?
A. Gardez les batteries chargées lorsque vous êtes au mouillage.
B. Compléter la capacité actuelle de production d’électricité. (Faire moins tourner mon moteur pour recharger les batteries)
C. Générer toute la puissance nécessaire au mouillage.
D. Générer toute la puissance nécessaire au passage et au mouillage.
E. Je ne suis pas encore sûr. Ça dépend. Combien de panneaux (et combien d’argent) chacune de ces options va-t-elle coûter ?

Mentalement encerclé votre réponse ? Génial. Vous pourrez désormais vous concentrer sur la création d’un système qui répond à vos besoins et ne pas vous laisser distraire par des options qui ne correspondent pas aux attentes de votre système.
À partir de là, nous déterminerons ce dont vous avez besoin pour votre consommation d’énergie prévue, et cela commence par savoir combien d’énergie vous utilisez.

Comment calculer votre consommation électrique
Avant de choisir vos panneaux solaires, vous devez déterminer la quantité d’énergie que vous utilisez. Même si vous n’envisagez pas d’être entièrement autonome, il s’agit d’une étape importante.

Faire un audit complet de votre consommation d’énergie à bord sera la base de toutes les décisions concernant votre système de charge solaire.

Votre bateau, votre équipage, votre budget, vos zones de navigation, vos préférences de navigation/automobile, vos loisirs, la taille de votre réfrigérateur et/ou de votre congélateur (si vous avez un réfrigérateur ou un congélateur), combien de films regardez-vous sur la nuit, êtes-vous déjà passé aux lumières LED… tout a un impact sur la quantité d’énergie que vous utilisez et rendra les besoins de votre bateau différents de ceux de vos voisins.

Pour simplifier le processus d’audit, utilisez une feuille de calcul. Vous noterez les watts que chacun de vos appareils électriques consomme et combien d’heures vous prévoyez de l’utiliser. La feuille de calcul résumera et convertira les watts que vous utilisez en nombre d’ampères-heures dont vous avez besoin par semaine.

La feuille de calcul tiendra également compte de variables telles que la perte de l’onduleur et les inefficacités de la batterie. En outre, la même feuille de calcul peut être utilisée pour calculer la taille du panneau solaire et du groupe de batteries dont vous aurez besoin pour correspondre à votre consommation d’énergie.

Prenez le temps de réfléchir à la différence entre votre utilisation les jours de voyage et les jours de mouillage. Les jours de voyage peuvent ajouter des heures d’utilisation de l’électronique, des instruments, des feux de navigation et des pilotes automatiques au mélange. Gardez à l’esprit les lieux de croisière prévus – ces fans pourraient fonctionner sans escale s’ils se dirigent vers le sud. Et le réfrigérateur pourrait aussi fonctionner plus fréquemment !

Une fois que vous connaissez la quantité d’énergie que vous utilisez, vous pouvez déterminer la quantité d’énergie solaire dont vous avez besoin pour répondre à votre demande.

De combien de panneaux solaires ai-je besoin ?

Pour commencer, voyons comment déterminer la puissance que vous pouvez obtenir d’un panneau. Les panneaux solaires sont étiquetés en fonction du nombre de watts qu’ils fournissent dans des conditions de test standard (20W, 50W, 100W).

Par exemple, un panneau de 100 W, avec 7 heures d’ensoleillement direct théoriquement fournir 700 wattheures de puissance. Bien sûr, dans le monde réel, l’ensoleillement que recevra votre panneau variera en fonction de l’ombrage, de la météo, de votre latitude et de la saison.

Et, puisque nous naviguons dans le monde réel et pas seulement à l’équateur ensoleillé, nous devons obtenir une valeur réaliste des heures de soleil par jour pour savoir où et quand votre bateau flottera. Il existe de nombreux sites Web, comme Big Frog Mountain, qui donnent des estimations fiables de la moyenne heures de soleil par jour pour votre emplacement (et saison). Saisissez la valeur qui correspond à votre destination de croisière et à votre saison. Quatre à six heures de soleil en moyenne par jour est généralement dans le stade.

Une fois que vous avez le nombre moyen d’heures de soleil par jour, vous pouvez calculer la production de vos panneaux solaires avec le calcul suivant : (Total Panel Watts) x (soleil-hours/day) = Watts of power/day

Par exemple:

• Boston, Massachusetts en moyenne 3,89 heures par soleil/jour. Par conséquent, on peut s’attendre à ce qu’un panneau solaire de 100W donne 389 Watts de puissance/jour
• Miami, Floride en moyenne 5,62 heures par soleil/jour. On peut s’attendre à ce que le même panneau solaire de 100 W donne 562 Watts de puissance/jour

Comme vous pouvez le constater, l’emplacement peut avoir un effet considérable sur la puissance de sortie des panneaux solaires, c’est pourquoi il s’agit d’une variable importante lors du calcul des besoins en panneaux solaires. Les changements saisonniers peuvent avoir des effets similaires.

Une façon de lutter contre la diminution de la lumière directe du soleil dans les latitudes plus élevées et les mois d’hiver consiste à ajouter la possibilité d’ajuster l’angle de vos panneaux solaires. En les inclinant et en les faisant pivoter, ils peuvent rester perpendiculaires au soleil tout au long de la journée. Cette installation permet d’augmenter le rendement de 30 %.

Comme la plupart des choses dans la vie, il faut parfois faire des compromis. S’il y a un écart entre la quantité d’énergie que vous utilisez et le nombre de panneaux que vous souhaitez installer, la feuille de calcul calculera le solde qui doit être compensé par une source alternative, comme le vent, un générateur ou un alternateur.

À ce stade, vous savez combien d’énergie vous utilisez et combien de watts totaux d’énergie solaire vous devez suivre. Il est maintenant temps de plonger dans les choses amusantes : les panneaux solaires eux-mêmes.

Quel type de panneau solaire convient le mieux à mon voilier ?

Il existe deux catégories principales de panneaux solaires à étudier :

• cellules monocristallines vs polycristallines
• panneaux rigides vs semi-flexibles

Les panneaux solaires monocristallins sont fabriqués avec du silicone de la plus haute qualité et sont les plus économes en espace. Les panneaux sont constitués de cellules rondes individuelles qui sont découpées en tuiles presque carrées pour tirer le meilleur parti de la surface. Cela donne aux panneaux monocristallins un motif de carreaux facilement reconnaissable.

Bien que les panneaux monocristallins soient les panneaux les plus efficaces, les plus résistants à la chaleur et les plus durables, ils sont plus chers. Ils sont également moins tolérants à l’ombrage que leurs homologues polycristallins.

Polycristallin

Les panneaux solaires polycristallins sont fabriqués avec un processus de fabrication plus simple et ne nécessitent pas les déchets de coupe que font les panneaux monocristallins. Bien que l’ensemble du panneau soit utilisé, ils ne sont toujours pas aussi peu encombrants qu’un panneau monocristallin, ce qui signifie que vous devrez utiliser plus d’espace pour le même nombre de watts.

Cependant, les panneaux polycristallins sont moins chers et ne sont pas aussi sensibles à l’ombrage.

Panneaux solaires rigides

Les panneaux rigides sont les plus efficaces, durables, économiques, tolérants à l’ombre et ont la durée de vie la plus longue. Ils ont généralement des cadres en aluminium permettant des options de montage faciles et robustes. Les inconvénients peuvent être le poids, la dérive et la maladresse d’un panneau carré sur un bateau sinueux.

Panneaux solaires semi-flexibles

Les panneaux solaires semi-flexibles sont constitués de nombreuses constructions et composants différents. L’efficacité et la durabilité potentielles ont considérablement augmenté ces dernières années, mais les deux peuvent varier considérablement selon le fabricant et la composition des panneaux.

En raison des grandes différences observées dans ces panneaux, pour cet article, nous discuterons spécifiquement des caractéristiques des panneaux solaires monocristallins semi-flexibles utilisant des cellules solaires SunPower haute performance et des stratifiés ETFE. Ce sont les panneaux que nous recommandons et vendons car ils sont vraiment comparables aux panneaux rigides.

Ce que les panneaux semi-flexibles renoncent en termes d’efficacité, d’économie et de durée de vie, ils le compensent en options. Trouver un endroit pour installer des panneaux solaires sur un bateau, avec toutes ses courbes et sensibilités au poids, peut être un défi. Les panneaux minces, légers et moulables peuvent fournir des solutions que les panneaux striés ne peuvent tout simplement pas.
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Ils peuvent être cousus (non recommandés), bungeed, boulonnés, scotchés et collés avec des aimants puissants à la toile et aux surfaces de pont.

Les cristaux de silicone utilisés pour fabriquer les panneaux sont classés à la fois sur l’apparence et les performances :

• UNE- les cellules doivent être exemptes de tout défaut visuel et fonctionner à ou au-dessus le taux défini
• B- les cellules ont des défauts visuels mineurs, mais elles fonctionnent toujours au taux défini. Ces défauts mineurs, cependant, pourraient conduire à une durée de vie plus courte du panneau
• C-les cellules ont des défauts visuels et physiques plus importants; ils effectuent au taux défini ou inférieur au taux défini jusqu’à 20 %. Les garanties sont plus courtes que les grades A ou B.
• RÉ- les cellules ne sont pas utilisables

Lors de la sélection d’un panneau pour une ferme solaire ou lorsque vous disposez d’un espace presque illimité pour travailler, comme dans les installations commerciales ou résidentielles, les panneaux classés B ou C peuvent valoir la différence de coût. Sur un bateau, où l’espace est limité, les différences d’efficacité peuvent être un facteur important.

De plus, l’environnement marin souvent difficile peut aggraver les défauts mineurs trouvés dans les panneaux de moindre qualité plus rapidement et plus clairement que s’ils étaient immobiles au milieu d’un champ.

Noter: Bien que les cellules en silicone de grade A soient plus chères que les grades inférieurs, le prix du panneau fini dans son ensemble ne reflète parfois pas le grade utilisé. Par exemple, nous achetons UNIQUEMENT des cellules de qualité A à utiliser dans les panneaux que nous vendons, et elles sont légèrement plus chères que les panneaux de qualité inférieure disponibles sur Amazon ou dans les quincailleries. Cependant, nos panneaux sont presque la moitié du prix de certains autres détaillants maritimes qui vendent des panneaux de moindre qualité.

Comment dois-je monter les panneaux solaires sur mon bateau ?

Maintenant que vous avez déterminé les panneaux solaires que vous souhaitez installer, il est temps de voir exactement comment les monter sur le bateau. Bien que chaque navire apporte ses défis uniques, la plupart des solutions de montage peuvent être regroupées en quelques catégories.

• Monture au sommet du poteau– cela peut être une option d’installation propre et à l’écart qui permet un emplacement moins ombragé pour un panneau. Le support de poteau peut également servir à deux fins en tant qu’élévateur de moteur de dériveur hors-bord et support d’électronique. De plus, le support de poteau peut être réglable de sorte que le panneau puisse être incliné et tourné pour suivre le soleil tout au long de la journée.
• Support arche/bossoir– Si le cadre existe déjà, il s’agit d’une option de montage populaire pour plusieurs panneaux. La plupart ont tendance à être des installations à position fixe, mais il est possible de créer un système qui permet d’incliner les panneaux tout au long de la journée.
• Monture Bimini-C’est un emplacement de montage populaire pour les panneaux rigides et les panneaux semi-flexibles. Pour les installations de panneaux rigides, le cadre est déjà là pour être ajouté. Pour les panneaux semi-flexibles, il existe plusieurs options parmi les fermetures à glissière cousues, les attaches élastiques, les options de boulonnage compatibles avec la toile, le velcro, les aimants et plus encore. Les supports Bimini peuvent offrir une option de montage simplifiée et à faible dérive, mais présentent des défis d’ombrage de la flèche et d’autres gréements. De plus, les panneaux sont plus susceptibles d’être endommagés par la bôme, les lignes de ris suspendues et les voiles.
• Montage sur pont– peut être une installation robuste et facile pour les bateaux avec des pilothouses ou des hardtops. Même les espaces de pont qui ne sont pas fréquemment fréquentés sont une option. S’il y a une courbure sur le pont, les panneaux semi-flexibles peuvent constituer une installation discrète et élégante. Comme l’installation bimini, les panneaux ne peuvent pas être ajustés pour pointer vers l’angle optimal du soleil tout au long de la journée et peuvent être vulnérables à des problèmes d’ombrage importants.
• Montage latéral-Parfois, vous n’avez tout simplement pas assez de place au-dessus de votre tête et placer des panneaux solaires sur le côté du bateau peut devenir une option. Cet arrangement de style s’articule généralement sur le dessus afin qu’ils puissent être rabattus et hors de portée pour l’amarrage. S’ils sont articulés, il est possible de les rendre semi-réglables. Cette installation rencontre fréquemment plus d’ombrage que les options de montage sur poteau ou en arc. Plus d’ombrage signifie moins d’heures d’ensoleillement par jour.
• Panneaux amovibles– en fonction de votre style de croisière, vous découvrirez peut-être que vous n’avez besoin d’énergie solaire supplémentaire qu’à certaines heures. L’utilisation d’un panneau solaire semi-flexible qui peut être installé rapidement à l’aide des œillets ou même d’aimants puissants peut permettre une certaine flexibilité. Vous pouvez même emporter votre panneau avec vous en camping ou en camping-car.

Trouver l’équilibre entre la quantité d’énergie solaire dont vous avez besoin et la quantité d’espace pour laquelle vous avez de la place peut demander des efforts, des compromis et de l’ingéniosité. Mais, une fois que vous avez déterminé la quantité d’énergie solaire dont vous avez besoin et où vous pouvez installer les panneaux, il est temps de vous concentrer sur l’autre élément (mais tout aussi important) de la configuration d’un système solaire : les batteries.

Faire correspondre le parc de batteries au réseau de panneaux solaires

Étant donné que vous ne produisez de l’énergie solaire que quelques heures par jour, vous avez besoin d’un parc de batteries correctement dimensionné pour stocker l’énergie en vue d’une utilisation ultérieure et vous transporter jusqu’à ce que vous puissiez en faire plus. Il est généralement conseillé d’avoir suffisamment de batterie pour faire fonctionner votre bateau pendant au moins 24 heures. Je préfère 48h minimum.

Un parc de batteries trop grand car les systèmes de charge peuvent souffrir d’une sous-charge chronique, préjudiciable à la santé des batteries.
Un parc de batteries trop petit ne sera pas en mesure de répondre aux demandes d’utilisation, en particulier par temps nuageux, et peut créer un stress constant sur les batteries.

Pour déterminer la taille appropriée du groupe de batteries pour votre consommation et l’entrée du panneau solaire, vous pouvez utiliser le même Fiche de travail sur le module solaire de produits marins personnalisés vous avez déjà utilisé pour calculer votre consommation d’énergie et vos besoins en watts de panneaux solaires.

Vous déterminerez la taille de votre groupe de batteries calculée en ampères-heures. Un ampère-heure (Ah) est le nombre d’ampères de courant que la batterie peut gérer pendant une durée spécifiée (généralement 20 heures). Si vous travaillez avec des électrolytes de batterie traditionnels (Wet-cell, AGM, Gel), seuls 50 % des ampères-heures indiqués sont disponibles pour une utilisation. En effet, décharger la batterie en dessous de 50 % de sa capacité endommagera la batterie et réduira considérablement sa durée de vie.

Par exemple:
Si votre parc de batteries a 400 Ah (comme indiqué sur les piles), vous avez environ 200 Ah de puissance utilisable pour travailler. 200 Ah peuvent fournir 10 ampères de courant pendant 20 heures. (10 ampères x 20 heures = 200 Ah)

La feuille de travail prendra également en considération les conditions spéciales telles que les charges électriques temporaires lourdes, les courants de charge élevés et les variables de température afin que vous puissiez avoir une image complète des besoins de votre groupe de batteries.

Souvent, les croiseurs constatent que l’ajout d’un système de charge solaire nécessitera une refonte de la configuration de leur parc de batteries. Cette considération doit donc être prise en compte lors de la phase de conception du projet. Bien que se plonger dans la sélection de la batterie dépasse le cadre de cet article, nous y reviendrons dans un prochain article.

Noter: L’exemple ci-dessus et les calculs de la feuille de calcul liée concernent les batteries à électrolyte traditionnelles. Si vous utilisez des batteries au lithium, vos calculs seront différents car les batteries au lithium peuvent être déchargées jusqu’à 10 % (ou plus) de leur capacité totale. Si vous avez des batteries au lithium comme nos nouvelles batteries marines LiFePO4, ou si vous envisagez de les utiliser, appelez-nous et nous pourrons vous aider à déterminer vos besoins.

Comment sélectionner un contrôleur de charge solaire pour vos panneaux solaires

Maintenant que vous avez trouvé un équilibre entre l’énergie utilisée, produite et stockée sur votre bateau, intéressons-nous à la sélection d’un contrôleur de charge solaire.

Les panneaux solaires produisent une puissance optimale à divers rapports tension/ampérage en fonction des conditions d’ensoleillement et d’ombrage.
Les batteries acceptent la puissance de charge à divers rapports tension/ampérage en fonction du type de batterie et de l’état de charge de la batterie.
Ces rapports de puissance peuvent être très différents.
Le contrôleur solaire est l’arbitre. Il accepte le rapport de puissance optimal du panneau solaire et le convertit en rapport de puissance accepté de manière optimale par le groupe de batteries.

De quel type de contrôleur de charge solaire ai-je besoin ?

Il existe deux types de contrôleurs de charge solaire, PWM (Pulse Width Modulation) et MPPT (Maximum Power Point Tracking). Les deux se trouvent sur les voiliers de croisière. Examinons de plus près chacun et quand chacun pourrait être le meilleur choix pour votre configuration :

• Les contrôleurs de charge solaire PWM– sont simples, efficaces et économiques. Ils régulent la puissance entrant dans les batteries et peuvent se charger à des taux modifiés en fonction du niveau de la batterie pour maintenir les batteries en bonne santé. Alors que les contrôleurs de charge MPPT sont plus complexes, le contrôleur PWM est en fait le meilleur choix pour les panneaux solaires de 20V et moins de 200W car les avantages des contrôleurs de charge MPPT sont moins perceptibles dans cette gamme.
• Contrôleurs de charge solaire MPPT– sont beaucoup plus sophistiqués (et plus chers) que les contrôleurs PWM. Dans des conditions idéales, ils peuvent être 10 à 30 % plus efficaces que les contrôleurs PWM. Étant donné que les contrôleurs MPPT utilisent en réalité plus d’énergie, ils sont mieux adaptés aux panneaux supérieurs à 20 V ou aux panneaux solaires supérieurs à 200 watts. En dessous de ces paramètres, les dépenses supplémentaires par rapport aux avantages supplémentaires ne sont pas égales. Les contrôleurs MPPT convertissent l’excès de tension en ampérage, ce qui permet de maintenir la tension de charge entrant dans les batteries à un niveau optimal. En raison de leurs capacités d’amplification, les contrôleurs MPPT ont également un avantage dans les environnements froids et peuvent conduire à une efficacité globale améliorée.

Décider quel style de contrôleur de charge s’adapte le mieux à votre système dépendra de la taille de votre panneau solaire, de votre budget et peut-être même des climats dans lesquels vous naviguez.

Le taille de votre contrôleur sera déterminé par la tension de votre banc de batteries (12, 24, 48) et les ampères provenant de vos panneaux solaires. Utilisez les éléments suivants pour déterminer votre intensité nominale minimale du contrôleur de charge :
(watts totaux du panneau) / (tension du groupe de batteries) = intensité minimale requise pour le contrôleur de charge

Connecter toutes les pièces – Conseils de câblage du système de charge solaire

Ouf, tous les calculs et décisions sont faits. Félicitations! Vous avez construit votre système solaire idéal, et il ne vous reste plus qu’à connecter tous les composants ensemble.

Cet article n’entrera pas dans les détails de câblage de vos panneaux, mais abordera certains des outils de câblage et des conseils qui sont uniques aux systèmes de charge solaire et peuvent s’avérer utiles pendant la phase de conception et d’achat de votre projet :

• Connecteurs-les panneaux solaires sont connectés avec des connecteurs MC4 étanches.
• Outil de déconnexion MC4-le connecteur MC4 peut être connecté à la main mais peut être difficile à déconnecter sans un outil en plastique semblable à une clé pour déconnecter les extrémités mâle et femelle. N’oubliez pas d’en jeter un dans votre panier !
• Câblage du panneau solaire-la taille du câblage que vous utilisez dépendra de la taille de votre tableau de panneaux et de la longueur de votre fil. Un simple tableau des tailles de câblage solaire peut aider à choisir la bonne taille. Le fil conçu pour les panneaux solaires a un revêtement de protection UV, et le fil rond s’adaptera aux connecteurs MC4 sertis.
• Fil préfabriqué- prédéterminé longueurs de fil avec MC4 connecteurs attaché peut rendre l’installation rapide et facile, mais les connecteurs encombrants peuvent être presque impossibles à enfiler dans les espaces confinés – une considération valable lors de la sélection de votre fil.
• Pince à sertir MC4-Si vous choisissez de raccorder vos propres raccords MC4 sur votre fil, une pince à sertir spécialisée peut faciliter le processus et sécuriser les raccords.​