Naviguer avec l’énergie solaire: un guide pratique

ÉNERGIE SOLAIRE À BORD

L’énergie solaire est en passe de devenir la méthode la plus populaire et la plus économique pour garder les batteries chargées sur un bateau.

Surtout maintenant que l’efficacité des panneaux photovoltaïques (PV), des contrôleurs de charge et des batteries s’améliore chaque jour.

En outre, la dernière technologie en matière de régulateurs et de contrôleurs de charge a entraîné une augmentation notable de la puissance de sortie utilisable, de sorte que les problèmes d’ombrage et de non-alignement peuvent être compensés plus facilement.

Non seulement les équipements photovoltaïques sont devenus plus efficaces et plus rentables, mais de nombreux appareils modernes que nous souhaitons utiliser sur un bateau sont devenus moins gourmands en énergie.

Cela signifie qu’il est désormais beaucoup plus facile de répondre aux besoins électriques de l’ensemble de votre yacht, à la fois 220Vac et 12 / 24Vdc, à partir de ressources énergétiques naturelles – en particulier l’énergie solaire.

DE QUOI AVEZ-VOUS BESOIN?

Par exemple, un bateau avec deux nouvelles batteries de maison à décharge profonde de bonne qualité de 100 Ah chacune fournirait 100 Ah d’énergie à consommer entre les charges, si vous n’utilisez que les 50% de charge disponibles recommandés entre chaque cycle de charge pour protéger les batteries.

À partir de là, vous pouvez exécuter:

• un réfrigérateur moderne 12Vdc (environ 1.5Ah, soit 36Ah sur 24h),
• tout éclairage LED (disons 20Ah par jour),
• divers chargeurs de petits appareils (20Ah)
• et un certain nombre d’autres articles tels que des pompes à eau, des téléviseurs et des chaînes stéréo (25 Ah / jour)
• Totalisant environ 100 Ah.
• Pour cela, vous avez besoin de 400 W de capacité solaire.

Bien sûr, si vous aimez faire fonctionner de nombreux appareils CA hors réseau tels que sèche-cheveux, micro-ondes, grille-pain, etc., vous aurez besoin d’un onduleur CC / CA, qui vous amènera à un autre niveau de puissance. conditions de consommation.

Mais même dans ce cas, avec une planification minutieuse, l’énergie solaire pourrait fournir une grande partie de l’énergie dont vous avez besoin avant de recourir à la charge du moteur ou à un générateur.

L’ESPACE DISPONIBLE

En termes pratiques, un monocoque moderne de 40 pieds aurait l’espace pour environ 1200 W de panneaux photovoltaïques (voûte de cockpit, dessus de capote, pont), peut-être 1500 W avec l’ajout de quelques panneaux portables à utiliser au mouillage.

Les 1200 W de panneaux solaires à position fixe pourraient produire environ 360 Ah par une journée d’été ensoleillée (sans ombrage) ou plus probablement 250 Ah le jour d’été moyen au Royaume-Uni.

Cela suffit donc pour votre consommation CC générale de 100 Ah plus 150 Ah supplémentaires de consommation CA via l’onduleur.

Bien sûr, pour ce faire, vous devrez probablement augmenter la capacité de votre batterie à environ 400-500 Ah pour une flexibilité maximale (vous devrez stocker autant que possible pendant la journée), un chiffre typique pour un offshore de 40 à 50 pieds. yacht de croisière ces jours-ci.

Les charges quotidiennes typiques des onduleurs pour un yacht de croisière hors réseau peuvent être:

• plaque de cuisson à induction (20min) 60Ah
• micro-ondes (15min) 30Ah
• cafetière (20mins) 25Ah
• sèche-cheveux (5min) 15Ah
• chargeur pour ordinateur portable (2h) 10Ah
• soit environ 140 Ah au total.

L’astuce consiste à surveiller à tout moment l’état de charge (SOC) des batteries et à varier l’utilisation de l’onduleur en fonction.

Par exemple, vous voudrez peut-être cuisiner le souper en milieu d’après-midi, lorsque le soleil est en abondance, puis le réchauffer le soir lorsque vous voulez le manger.

Dans certains cas, lorsque vous naviguez dans des climats chauds tels que la Méditerranée, vous pourriez vous retrouver avec une charge excessive de vos panneaux solaires.

Dans cette situation, de nombreux croiseurs de longue date conçoivent une méthode de «vidange» de l’énergie supplémentaire en chauffant l’eau pour les douches.

Gardez à l’esprit que si vous prévoyez de vivre à bord à plein temps, alors ce sera une toute autre histoire par temps nuageux et en hiver, lorsque l’utilisation de l’onduleur devra peut-être être complètement renversée.

Il y a souvent une confusion quant à la quantité d’énergie que vous pouvez récolter à partir d’une installation solaire.

Un panneau PV est presque toujours annoncé indiquant sa puissance de sortie de crête théorique (Pw).

Mais en réalité, sur un yacht où les zones de montage sont limitées, ils produiront plus probablement un maximum de 60% de leur puissance de pointe s’ils sont montés horizontalement, augmentant à 80% s’ils sont inclinés vers le soleil et régulièrement ajustés.

Ce dernier est rarement réalisable sur un bateau, cependant, car même au mouillage, il peut basculer sur un arc de 180 ° en cas de vent ou de marée.

INSTALLATION

Après avoir parcouru des centaines d ’« offres »pour obtenir le meilleur prix sur les panneaux les plus efficaces que vous pouvez vous permettre, vous devez maintenant savoir comment les installer pour répondre au mieux à vos besoins en matière de production d’énergie.

La sortie, même à partir du réseau photo-voltaïque de la plus haute qualité, ne sera aussi bonne que l’installation elle-même.

Ainsi, en suivant nos directives, vous devez vous assurer d’extraire la dernière goutte d’énergie de votre investissement.

MONTAGE SUR PANNEAU

Les voiliers ne sont pas la structure idéale sur laquelle monter des panneaux photovoltaïques larges et plats.

Donc, avant d’acheter ce qui semble le plus grand et le meilleur, prenez quelques minutes pour décider exactement où vous pouvez les monter, car cela affectera la taille et le type de panneaux que vous devriez acheter.

Dans de nombreux cas, le premier choix serait sur une arche, des bossoirs ou un portique à l’arrière, surtout si vous en avez déjà ou prévoyez d’en installer un.

Celles-ci permettent de construire une ossature métallique solide qui sera suffisamment solide pour accueillir les panneaux photovoltaïques rigides plus lourds et plus productifs.

Vous pouvez également intégrer une forme d’ajustement au cadre qui permettra aux panneaux d’être orientés vers le soleil pour les meilleures performances.

Avec de la chance (ou une planification minutieuse), un portique les maintiendra également à l’arrière de la flèche, éliminant ainsi la perte de rendement causée par l’ombrage de la flèche.

La deuxième position la plus populaire pour le montage des panneaux est sur une hotte de cockpit ou un bimini, bien que cela signifie souvent utiliser les panneaux flexibles ou semi-flexibles, qui sont généralement moins efficaces que les rigides pour la même zone.

MONTAGE ÉLEVÉ

Alternativement, il existe des kits disponibles pour le montage de panneaux sur des lignes de vie, qui peuvent permettre de régler manuellement leur élévation dans une certaine mesure.

Enfin, les panneaux peuvent être montés directement sur le pont en les collant à l’aide de mastic ou en les fixant sur un cadre de support rigide.

Encore une fois, vous devrez probablement utiliser des panneaux semi-flexibles – surtout si la surface du pont est courbe.

Les panneaux rigides revêtus de verre ne conviendront évidemment pas au montage sur terrasse dans une zone fréquemment traversée.

Ne soyez pas tenté de percer à travers les panneaux, même le long des bords, car cela invaliderait la garantie et endommagerait peut-être le panneau.

OMBRES

Cela peut sembler évident, mais la clé d’un système efficace est d’éviter l’ombrage dans la mesure du possible.

Ce n’est pas un bon montage de PV coûteux et à haut rendement juste sous la rampe, car ils ne fonctionneront guère mieux que les types moins chers.

Dire que, dans des panneaux de bonne qualité, chaque cellule sera isolée de la suivante par une série de diodes (vannes électriques unidirectionnelles), de sorte que si une cellule est ombragée au moins, elle ne fera pas glisser les autres cellules dans le même panneau .

Les panneaux plus anciens n’en avaient souvent pas, de sorte que le moindre ombrage partiel provoquait l’arrêt de la sortie de l’ensemble du panneau.

SURCHAUFFE

Un autre facteur important qui est souvent ignoré lors de l’installation des panneaux est celui de la surchauffe.

Si un panneau photovoltaïque devient trop chaud, ce qui est fort probable s’il est monté directement sur une surface plane sans entrefer derrière, sa sortie diminuera sensiblement.

Pour permettre une certaine circulation de l’air derrière les panneaux, il est préférable d’appliquer de la colle mastic en plusieurs grosses touches.

Ceci est mieux réalisé en plaçant des bandes d’espacement en bois entre les tampons jusqu’à ce que le mastic ait complètement durci, après quoi les entretoises peuvent être retirées.

Vous devrez peut-être une forme de coupe autour d’un ou plusieurs bords extérieurs, cependant, s’ils sont positionnés là où des feuilles et d’autres lignes pourraient se coincer sous eux.

Le fait de soulever les panneaux aidera également l’eau à s’écouler et aidera ainsi à éviter une éventuelle délamination due à un séjour trop long dans l’eau.

CONTRÔLE DE CHARGE

Un module PV ne peut pas alimenter directement un appareil électrique en raison de la variabilité de la lumière du soleil, qui à son tour fait varier le courant qu’il peut produire.

Par conséquent, il doit être connecté à une batterie, qui stocke et lisse sa sortie.

Quelle que soit la taille de votre panneau solaire, vous devrez installer un régulateur, ou un contrôleur de charge, comme ils sont maintenant plus connus, sur le système afin de contrôler la sortie et d’aider à extraire autant d’énergie que possible des panneaux.

Il existe deux types de régulateur de charge PV.

Les modèles plus anciens, appelés types de modulation de largeur d’impulsion (PWM), étaient des régulateurs de tension assez basiques et produisaient simplement des volts juste au-dessus du niveau de la batterie.

Les derniers contrôleurs utilisent la technologie MPPT (Multi Power Point Tracking) et peuvent accepter des tensions d’entrée beaucoup plus élevées (jusqu’à 240Vdc).

Les contrôleurs MPPT peuvent être jusqu’à 30% plus efficaces car ils utilisent la puissance de pointe des panneaux pour charger les batteries, compensant même l’ombrage partiel.

ATTENTION FAUSSE ENGRENAGE

Si vous achetez en ligne, veillez à en avoir pour votre argent.

Il existe un grand nombre de faux MPPT, qui sont simplement des PWM beaucoup moins chers habillés de fausses étiquettes.

Il est difficile de dire lequel est lequel, mais le vieil adage «si cela semble trop beau pour être vrai, c’est généralement le cas» a du bon sens.

Les contrôleurs MPPT sont généralement plus gros et plus lourds que les PWM, mais en cas de doute, appelez ou envoyez un e-mail au fournisseur pour discuter des avantages et des inconvénients de leur kit avant d’acheter.

S’ils ne sont pas heureux de discuter et de vous conseiller, je les éviterais de leur équipement.

Certains bons MPPT sont fabriqués en Chine, mais à moins qu’ils n’aient un fournisseur britannique, je ne m’en soucierais pas car vous n’aurez aucun conseil de suivi.

Pour calculer la taille du contrôleur dont vous avez besoin, divisez simplement la puissance de crête du panneau en watts (Wp) par la tension de la batterie, ce qui vous donnera le courant maximum (ampères) qu’ils pourraient théoriquement fournir.

Par exemple 240W / 12V = 20A. Bien qu’il soit peu probable que vous vous approchiez de la puissance de pointe d’un panneau photovoltaïque, il est préférable de choisir le maximum possible.

CÂBLAGE

Les panneaux photovoltaïques sont livrés avec une courte longueur de câble, généralement d’environ 1 m de long.

Certains sont fournis avec des connecteurs MC4 déjà connectés mais la plupart ne fournissent que des fils nus.

Ce dernier peut être facilement prolongé en utilisant des connexions étanches appropriées, mais il faut réfléchir au courant nominal et à la chute de tension (généralement max 3%) pour la taille du câble que vous avez l’intention d’utiliser.

En cas de doute, plus c’est gros, mieux c’est!

Les panneaux peuvent parfois être commandés avec le câblage à l’arrière afin que le câble puisse passer directement sous le pont à travers un trou sous le panneau.

SÉRIE OU PARALLÈLE?

Une question fréquemment posée est «Dois-je câbler mes panneaux photovoltaïques en série ou en parallèle?»

La réponse simple est, s’il y a un risque d’ombrage fréquent sur un ou plusieurs panneaux, installez-les en parallèle.

S’il est câblé en série, l’ombrage d’un seul panneau fera glisser vers le bas la sortie de tous les autres de la même série.

LE PARALLÈLE EST PRÉFÉRÉ

Le plus souvent, plusieurs panneaux sont câblés ensemble en parallèle à un seul contrôleur de charge, avec des diodes protégeant chaque panneau de la décharge des autres si l’un devenait partiellement ombragé.

Cependant, avec l’avènement des contrôleurs MPPT, il peut parfois être avantageux de câbler deux panneaux identiques ou plus dans une banque en série, présentant ainsi une tension plus élevée au contrôleur.

Il convient de noter que, comme les batteries, le câblage des panneaux photovoltaïques en série n’augmente que la tension – la capacité actuelle du générateur reste la même que pour un seul panneau.

«Où est l’avantage de les câbler en série alors?» Pourriez-vous demander.

Eh bien, plus la tension appliquée au MPPT est élevée, plus elle sera cohérente avec sa sortie, ce qui pourrait, dans certains cas, s’avérer plus efficace qu’une installation parallèle avec des contrôleurs PWM.

Il est également susceptible d’être nécessaire si vous disposez d’un système domestique 24V.

CÂBLAGE EN SÉRIE

Le câblage en série n’est généralement effectué que lorsque les longueurs de câble sont longues, car il aide à annuler la chute de tension causée par la résistance du câble.

Alors qu’un contrôleur décent n’aura aucun problème à gérer la sortie de quatre ou même cinq panneaux câblés en série, il est souvent inapproprié pour les voiliers car ombrager un seul des panneaux réduira la sortie de l’ensemble de la série.

Si vous devez le faire pour réduire les longueurs de câbles, il est préférable de séparer les panneaux de chaque côté du bateau – une série de bancs de chaque côté.

Si vous faites cela, vous devriez idéalement installer un contrôleur séparé sur chaque banque PV série, puis connecter leurs sorties ensemble en parallèle à la banque de batteries.

Notez toutefois que les panneaux câblés en série doivent tous être du même type avec un nombre égal de cellules par panneau.

De plus, le contrôleur de charge doit être dimensionné pour le total de toutes les tensions de panneau additionnées et le courant nominal d’un panneau individuel.

Des panneaux différemment classés peuvent être connectés ensemble en parallèle, mais uniquement si chaque panneau possède son propre contrôleur.

Les sorties des contrôleurs individuels peuvent ensuite être réunies pour aller au banc de batteries.

QUESTION SUR LA BANQUE DE BATTERIE

Une autre question fréquemment posée est « Puis-je connecter une autre source de charge à la banque de batteries pendant que le générateur solaire est en charge? »

La réponse est oui.

Tout contrôleur PV décent sera protégé contre les commentaires d’autres sources de charge.

TAILLE DES CÂBLES ET CONNECTEURS

Une cause fréquente de réduction de la sortie des panneaux photovoltaïques est un câblage trop petit.

La résistance d’un conducteur de fil augmente en proportion directe de sa section transversale, alors allez aussi grand que possible pour la moindre perte de câble.

Chaque panneau doit être fourni avec les câbles correctement dimensionnés pour sa propre puissance maximale.

Mais si vous combinez des panneaux, en parallèle ou en série, vous devrez clairement évaluer le câble d’alimentation unique en fonction du courant maximal disponible à la puissance solaire de pointe théorique et pour minimiser la chute de tension.

De même, le câble du contrôleur aux batteries doit être dimensionné en fonction du courant de sortie maximal du contrôleur et protégé par un fusible.

Pour l’extérieur, il est important d’utiliser un câble de qualité extérieure, à double isolation et résistant aux UV.

CONNECTEURS ÉTANCHES

Et dans la mesure du possible, utilisez des connecteurs étanches compatibles (généralement MC4) à ceux trouvés sur les panneaux plutôt que de couper les fiches et de les câbler.

Des fiches MC4 à assemblage sur site sont disponibles, vous n’avez donc pas à percer de grands trous dans les ponts ou les cloisons lorsque vous faites passer les câbles.

Lors de la jonction de plus d’un panneau, essayez d’utiliser les connecteurs multi-voies approuvés; non seulement ils gardent le câblage propre et ordonné, mais ils offrent également une plus grande surface de contact que les borniers économiques.

Si vous devez utiliser des connecteurs de type à vis, assurez-vous d’abord de fixer les ferrules appropriées au fil pour éviter que des fils errants dans le multibrins ne court-circuitent entre les bornes.

Lors de l’alimentation d’un câble du haut vers le bas du pont, essayez de passer à travers une cloison verticale dans la mesure du possible pour minimiser la «accumulation» d’eau autour du trou d’accès.

Utilisez également un joint de pont étanche approprié qui correspond au câble que vous utilisez.

Si vous percez une plate-forme carottée, vous devez d’abord percer un trou plus grand, le remplir de résine époxy, puis percer le trou de la taille requise à travers l’époxy pour vous assurer qu’aucune eau ne pénètre dans le noyau de la plate-forme.

Idéalement, le contrôleur de charge ne doit pas être monté à plus de 2 m du groupe de batteries.

Si vous devez aller plus loin, vous aurez besoin d’un câblage plus gros pour réduire la chute de tension.

TERMINAUX DE CHARGE DU CONTRÔLEUR

Il y a souvent confusion sur la sortie «charge» d’un contrôleur de charge (souvent représenté par une ampoule) et sur ce qui peut être connecté en toute sécurité à ces bornes.

Rarement expliquées dans le manuel, les bornes de charge doivent être à peu près ignorées dans une installation marine car la sortie sur ces bornes est généralement très limitée (10A max).

Certains y attachent une lumière LED pour indiquer que le contrôleur fonctionne, mais toutes vos charges électriques habituelles doivent rester connectées aux batteries avec les bornes de batterie sur le contrôleur connectées directement à ce banc de batteries via un fusible.

Il est cependant possible de contrôler un relais de commutation à courant fort dans certaines conditions.

SURVEILLANCE DE CIRCUIT

Contrairement à la plupart des PWM bon marché, la majorité des contrôleurs de charge MPPT de bonne qualité sont livrés avec un écran LCD alphanumérique pour vous informer de ce qui se passe.

Cela peut être un affichage à distance ou simplement un sur le devant de la boîte.

Il est évidemment beaucoup mieux d’avoir un affichage numérique approprié que de compter sur quelques voyants clignotants pour vous dire quand quelque chose ne va pas.

Donc, si le contrôleur que vous avez choisi n’en a pas, assurez-vous d’installer un contrôleur de batterie (de type shunt) dans votre circuit solaire entre le contrôleur et les batteries.

Il n’est pas nécessaire que ce soit un moniteur très «intelligent», juste un moniteur capable d’afficher la tension et le courant fournis par les panneaux.

Pour les accros aux smartphones, il existe plusieurs applications wifi qui feront le travail à distance sur votre téléphone ou votre tablette.

PROTECTION DE L’APPAREIL

Tous les panneaux photovoltaïques de bonne qualité comportent une protection de diode intégrée entre chaque cellule pour empêcher une cellule ombrée de faire glisser les cellules productives.

En outre, il y aura des diodes de blocage internes sur la sortie finale pour protéger le panneau contre l’inversion de polarité et pour s’assurer que les piles ne peuvent pas se décharger dans le panneau pendant la nuit.

Ce dernier peut être ajouté en externe, le premier ne le peut pas, alors vérifiez avant d’acheter.

Un fusible, évalué juste au-dessus du courant maximum disponible, doit être installé entre chaque panneau et le contrôleur de charge.

Un autre fusible doit alors être installé entre la sortie du contrôleur de charge et les batteries.

Dans le cas de plusieurs réseaux, ce deuxième fusible sera évalué plus haut que les fusibles du panneau individuel et doit correspondre au courant nominal maximum du câble.

Avec cette protection installée, d’autres appareils de charge peuvent être connectés en parallèle à la batterie, ce qui signifie que le solaire peut rester connecté même lorsque vous êtes connecté à une alimentation à quai et que le chargeur de batterie fonctionne.

Dans certaines circonstances, cependant, cet agencement peut affecter la détection de la batterie par le chargeur, la faisant retomber en mode flottant.

Si cela devient apparent, cela peut être surmonté en installant un interrupteur manuel / automatique pour déconnecter le panneau solaire lorsqu’il est sous tension à quai.

DUMPING EXCÉDENT DE PUISSANCE

Un contrôleur de charge solaire fonctionne en déconnectant l’alimentation des panneaux photovoltaïques lorsque les batteries sont complètement chargées.

Mais pour certaines croisières à plein temps dans des climats ensoleillés, cela peut être considéré comme un gaspillage, lorsque l’excès de puissance pourrait être utilisé à bon escient – chauffer l’eau, par exemple.

Cela se fait généralement en utilisant un onduleur pour fournir une alimentation CA à l’élément chauffant.

Alternativement, vous pouvez maintenant acheter un élément 12Vdc pour votre préparateur (réservoir d’eau chaude) et le fournir directement à partir de votre banque de batteries.

Ces deux méthodes nécessiteraient un relais sensible à la tension (VSR) pour déconnecter l’élément si la tension de la batterie chute en dessous d’un niveau prédéfini.

Ne vous attendez pas à faire bouillir de l’eau chaude, car il n’y aura probablement que suffisamment d’énergie de réserve pour dissiper le froid avant que votre banque de batteries n’atteigne sa tension de seuil inférieure.

Un élément 600W / 12V tirera environ 50A, des batteries, alors qu’un élément AC 1kW fonctionnant à travers un onduleur aura besoin de près de 100A.

RIGIDE, FLEXIBLE OU SEMI FLEXIBLE?

Malgré les améliorations récentes et massives des panneaux semi-flexibles ces dernières années, les panneaux en verre massif offrent toujours une densité de puissance plus élevée.

Cela dit, ils sont plus lourds, plus difficiles à monter et ne peuvent pas être piétinés, donc à moins que vous n’ayez un portique dédié à l’arrière, vous feriez mieux de choisir les semi-flexibles les plus robustes.

Les modules incorporant des cellules monocristallines ont également un meilleur rendement que ceux avec des cellules polycristallines (c’est-à-dire des cellules constituées d’une seule tranche de silicium par opposition à des couches de pièces plus petites).

La tension de sortie dépend également du nombre de cellules sur le panneau.

Dans le passé, cela était généralement de 32, mais maintenant, 36 et même 40 panneaux de cellules sont disponibles.

Cela dit, ils sont plus grands, bien sûr, donc une gamme de panneaux interconnectés plus petits pourrait être une meilleure solution.

L’efficacité du module est maintenant plus souvent autour de 20%, contre 12 à 15% pour les modèles plus anciens et les semi-flexibles (jusqu’à 20 ° de courbure) sont généralement meilleurs que flexibles (jusqu’à 180 ° de courbure).

Il existe un grand nombre de panneaux sur le marché, mais beaucoup utilisent les mêmes cellules.

Sunpower Maxeon les cellules sont exceptionnellement bonnes, tout comme les Gamme Panasonic HIT et LG, mais ils sont chers.

Si le fabricant offre une garantie de 25 ans au lieu d’une garantie de 3 à 5 ans, vous pouvez être assez sûr qu’elle est bonne.