Naviguer en toute sérénité passe aussi par une gestion intelligente de l’énergie à bord. La recherche de solutions fiables pour gagner en autonomie, préserver les batteries et profiter pleinement des sorties en mer est une préoccupation grandissante parmi les navigateurs. L’énergie est une préoccupation quotidienne sur un bateau, et c’est encore plus vrai sur un voilier, le moteur étant moins utilisé, les besoins d’alternatives sont nécessaires. Tandis que l’on peut réduire la consommation d’énergie grâce aux LED et en modifiant quelques habitudes, il faudra bien, à un moment, recharger les batteries. L’installation de panneaux solaires, pour nos bateaux, peut être une excellente solution pour produire de l’électricité à bord.
Les panneaux solaires sont la solution la plus pratique et la plus accessible pour recharger les batteries à bord de nos bateaux, et notamment nos voiliers. Ces panneaux solaires peuvent être installés sur tous nos bateaux, quel que soit leur âge. Le fait est que nous ne sommes pas tous amarrés à un ponton, avec prise 220V à disposition, toute l’année. Dans ce cas, il est nécessaire de trouver une solution pour bénéficier d’électricité toute l’année, même lorsque le bateau est seul sur mouillage pendant quelques mois. Un panneau solaire à bord permet avant tout de rendre le bateau plus autonome en énergie. Il produit de l’électricité en continu dès qu’il y a de la lumière, ce qui soulage les batteries et limite l’usage du moteur uniquement pour recharger.
Pourquoi installer des panneaux solaires à bord d'un voilier ?
Les panneaux solaires pour bateaux transforment aujourd’hui la gestion de l’énergie à bord. Qu’il s’agisse d’un voilier côtier, d’un catamaran de croisière ou d’un bateau à moteur amarré à un poste, chaque programme de navigation peut bénéficier d’un système solaire bien dimensionné. Le soleil représente une solution gratuite, bénéfique pour le bateau à bord duquel il est possible de s’éloigner des villes et des zones d’ombres pour capter pleinement les rayons du soleil. Un panneau solaire sert aussi à maintenir les batteries en bon état. Même lorsque le navigateur n’est pas à bord, il compense les petites consommations permanentes et évite les décharges profondes, ce qui prolonge leur durée de vie. Enfin, c’est une solution silencieuse, propre et durable.
Un système solaire à bord offre une réelle indépendance énergétique. Un bateau correctement alimenté est aussi un bateau plus sûr. Un panneau solaire assure une charge lente et continue des batteries, ce qui est essentiel pour préserver le parc de batteries, limiter les décharges profondes et prolonger la durée de vie de l’installation. Les progrès technologiques en matière de panneaux solaires les rendent aujourd’hui presque incontournables sur un bateau, que ce soit pour maintenir la charge des batteries lors des absences sans raccorder le bateau au quai - ce qui est de plus en plus souvent interdit par les capitaineries en raison des risques d’incendie - ou pour étaler la consommation toujours plus importante du bord. Bien que les panneaux solaires ne pourront pas tout faire, notamment recharger des batteries pour faire fonctionner un moteur électrique, la production d’électricité à bord des bateaux est importante pour le quotidien, et c’est notamment le cas sur des voiliers.
Comprendre le fonctionnement d'un système solaire marin
Un système solaire marin repose sur un principe simple : convertir la lumière du soleil en électricité afin de recharger les batteries du bord. Cette énergie est ensuite utilisée pour alimenter l’éclairage, les instruments, la pompe de cale, le réfrigérateur ou d’autres équipements. Le panneau capte la lumière et produit un courant continu, souvent compris entre 17 et 22V. Ce courant est ensuite régulé pour correspondre à la tension admissible par les batteries, généralement 12V ou 24V. Le régulateur protège les batteries contre la surcharge et stabilise la charge. Les batteries, quant à elles, stockent l’énergie produite. Il est à retenir qu'un bon système solaire marin repose sur l’équilibre entre les composants.
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Évaluer vos besoins énergétiques : la première étape cruciale
Avant d’installer quoi que ce soit, il est impératif d'évaluer la consommation électrique quotidienne. Choisir le bon panneau solaire pour votre bateau revient à trouver un modèle capable de couvrir vos besoins en énergie tout en restant fiable face aux conditions marines. Vous pouvez commencer par estimer ce que vous consommez au quotidien. Certains appareils sollicitent davantage les batteries, surtout lors des escales prolongées. Sur un petit voilier, par exemple, un petit panneau solaire souple de quelques watts sera suffisant pour maintenir la charge de la batterie et démarrer le moteur après une longue période sur son mouillage. Chaque bateau a ses propres besoins énergétiques, ce qui influence directement le dimensionnement et le choix du système solaire. Il y a plusieurs réponses possibles à la question de « Comment soulager un peu mes batteries lorsque je suis à l’arrêt et que je ne démarre pas mon moteur ? ». Nous allons mettre de côté les hydrogénérateurs, dont le prix est élevé et l’intérêt réservé aux bateaux hauturiers qui vont naviguer longtemps, ou, éventuellement, au mouillage dans une zone de courant. Les éoliennes ne sont pas forcément adaptées aux petits voiliers et leur prix est, là aussi, assez élevé.
Choisir le bon panneau solaire pour votre voilier
Le choix du panneau est une étape centrale dans la conception d’une installation solaire marine. Le dimensionnement dépend d’abord de ce que vous souhaitez alimenter. Le type de panneau joue ensuite un rôle clé. Les panneaux solaires flexibles intègrent des cellules monocristallines fragiles, il faut donc limiter toute flexion à 10° maximum et éviter les contraintes mécaniques excessives lors de la manipulation. En ce qui concerne l'efficacité, les cellules assemblées en tuilage permettent une production maximale, atteignant par exemple 26,4 % d'optimisation de l'ombrage et un film anti-reflet, ou un composite multicouches renforcé offrant jusqu'à 25 % d'efficacité pour des panneaux conçus pour installation sur taud, capote ou bimini. Un panneau bifacial, grâce à sa conception double face, est capable de produire jusqu'à 25 % d'énergie supplémentaire en exploitant la réverbération naturelle de la lumière sur l'eau. Le milieu marin impose des contraintes spécifiques : sel, UV, humidité et vibrations peuvent réduire la durée de vie d’un panneau mal protégé. Il est donc crucial de choisir des modèles adaptés à cet environnement exigeant.
L'emplacement idéal : portique, balcon, rouf ou bimini ?
Installer un panneau solaire sur votre bateau consiste avant tout à choisir un emplacement bien exposé et suffisamment solide pour supporter les mouvements en mer. L’emplacement du panneau solaire est déterminant pour sa performance et sa durabilité. Il doit recevoir un maximum de soleil tout en restant protégé des chocs, de l’ombre et du passage fréquent de l’équipage. Il faut faire attention à l’ombre : même une ombre partielle sur un panneau non protégé peut réduire fortement sa production.
Plusieurs options d'emplacement sont courantes sur les voiliers, chacune avec ses avantages et ses inconvénients :
- Le portique arrière : Idéal pour des panneaux rigides, orientables et bien ventilés. Une installation sur portique est possible lorsque ce dernier est présent. Pour une installation sur portique, nous proposons également un panneau solaire bifacial. Grâce à sa conception double face, ce panneau est capable de produire jusqu'à 25 % d'énergie supplémentaire en exploitant la réverbération naturelle de la lumière sur l'eau. Cependant, un portique peut créer du fardage, ce qui n'est pas toujours souhaité par tous les marins. Par exemple, sur un Sun-Dream, des panneaux de 100W sur un portique étaient déjà présents, mais le propriétaire trouve que ce portique crée du fardage et ne sert pas à grand-chose, si ce n’est attirer les mouettes.
- Le balcon arrière : Une installation sur balcon offre l'avantage de pouvoir incliner et orienter le panneau, augmentant ainsi la production d’énergie jusqu’à 50 % par rapport à une installation fixe à plat. Fixée en périphérie du bateau, elle évite les ombrages liés aux bouts. C'est une alternative intéressante pour ceux qui ne veulent pas de portique. Un utilisateur a par exemple fixé des panneaux sur le balcon arrière avec deux serflex inox.
- Le rouf (roof) : À plat, sur le roof, ça marche très bien ! C'est une solution discrète, mais les panneaux ne peuvent pas être orientés et sont plus sujets à l'ombrage du mât ou des équipements. Seuls les panneaux marchables sont adaptés à un passage occasionnel sur cette zone.
- Le bimini ou la capote : Une installation sur bimini est réalisée à l’aide de panneaux fins et plus légers. Sur le bimini, nous proposons également une alternative intéressante : l'installation de panneaux solaires semi-flexibles à fermeture intégrée directement sur le bimini ou la capote. Le principe est simple : une fermeture éclair est cousue sur le bimini/capote afin de pouvoir y faire glisser un ou plusieurs panneaux solaires. Cette option est conçue pour l'installation sur taud, capote ou bimini.
Lorsque les trois installations sont possibles, il est généralement conseillé de privilégier une installation autonome avec des panneaux rigides, positionnés là où l'ensoleillement est maximal. Des utilisateurs ont également choisi de fixer des panneaux solaires sur les tubes de l'embarcation, un panneau de 80 Watts de chaque côté, afin d'éviter un portique. Ils sont installés et fonctionnent bien, mais il reste à voir ce que cela donnera en navigation.
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Le portique de voilier : Conception, Avantages et Inconvénients
Le portique arrière, bien que souvent efficace pour l'intégration de panneaux solaires rigides et orientables, peut être source de discussions parmi les plaisanciers. Un des inconvénients majeurs évoqués par certains est le fardage qu'il peut générer, augmentant la prise au vent du bateau et potentiellement son roulis ou son tangage par gros temps. Sur un Sun-Dream, le propriétaire a songé à remplacer un panneau de 100W sur un portique par deux panneaux de 50W sur le balcon arrière, voire par des panneaux souples, trouvant que le portique existant créait du fardage et n'était pas très utile.
La qualité de la construction d'un portique est primordiale pour sa durabilité en milieu marin. Un utilisateur de Dufour 385 GL a exprimé son souhait de remplacer son portique actuel, hérité des précédents propriétaires. Ce dernier était de piètre qualité : réalisé avec du tube de 25 pris sur les balcons, tenu avec des angles à 90 et quelques points de soudure dont la moitié avait cédé, et un des tubes n'était même pas en inox, ayant été entouré de papier alu pour masquer le tas de rouille qu’il y avait dessous. Suite à cette expérience, il a décidé de tout démonter et d'étudier la possibilité de le fabriquer lui-même, car les options commerciales sont très coûteuses et ne correspondent pas toujours aux besoins spécifiques.
Pour sa nouvelle conception, il est parti sur des tubes Inox 316 de 42, qui sont faciles à trouver pour les mains courantes, et où il existe des angles à 90 ou 110 évitant ainsi de devoir cintrer les tubes. Son objectif est de pouvoir basculer le portique pour que les panneaux soient orientables. L’idée est de pouvoir baisser le portique en navigation, permettre de lever l’annexe loin de la jupe, puis de le remonter au port afin de ne pas augmenter la longueur hors tout du bateau. En baissant au maximum, il imagine aussi pouvoir réduire un peu le fardage en cas de coup de vent. Pour réaliser cette fonction basculante, il pense souder un fer plat sur le tube et le percer à plusieurs points pour pouvoir régler l’inclinaison du bras principal. Si la fabrication maison offre une grande liberté de personnalisation, elle nécessite des compétences en bricolage et parfois l'aide de professionnels pour des tâches spécifiques comme la soudure, surtout pour l'inox. Un utilisateur a notamment fait l'acquisition d'un poste TIG STAHLWERK sur Amazon pour réaliser ses soudures. Il est important de solidifier l'ensemble afin que les panneaux soient bien fixes et que la structure résiste aux contraintes de la navigation.
Des solutions alternatives sans portique existent et sont à explorer. Le site Noa, par exemple, est très bien fait et permet de se rendre compte des différentes possibilités de fixation, offrant des solutions fiables et raisonnables sans portique. Cela inclut des fixations sur le balcon arrière ou d'autres tubes de la structure du bateau, ce qui peut éviter le fardage tout en permettant une bonne exposition et orientation des panneaux.
Le cœur du système : le régulateur de charge
Le régulateur de charge est le cœur du système solaire. Il relie le panneau à la batterie tout en protégeant cette dernière contre la surcharge ou une charge mal adaptée. Le passage par un régulateur de charge est indispensable pour protéger vos batteries et optimiser la production. Il s’agit d’une partie essentielle de votre montage, entre les panneaux solaires et les batteries. Les panneaux solaires alimentent les batteries de service. Le rôle du régulateur est de convertir la tension la plus haute du panneau solaire vers la batterie pour la recharger sans la sous-charger ni la surcharger. Sans régulateur, la batterie peut ne plus charger, ou au contraire être mal protégée, ce qui compromet sa durée de vie et la sécurité de l'installation.
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Il existe principalement deux types de régulateurs :
- Régulateur standard (PWM) : Il abaisse la tension du panneau à celle de la batterie. C’est une option économique à l’achat, mais moins performante.
- Régulateur MPPT (Maximum Power Point Tracking) : Ce type de régulateur reconvertit l’excédent de tension en intensité de charge, offrant un gain de 20 à 40 % sur la production. En nautisme, le régulateur MPPT est fortement recommandé, car son gain sur la production compense rapidement son coût d’achat supérieur.
Pour optimiser la performance et minimiser les pertes, il est important de placer le régulateur le plus près possible des batteries ou des câbles principaux. Ceci aide à assurer que la baisse de tension entre le régulateur et la batterie soit nulle, maximisant ainsi l'efficacité de la charge. Un régulateur avec auto-détection reconnaîtra le système de batterie une fois connecté. Il est également possible d'utiliser un régulateur double sortie ou une architecture adaptée si l'on souhaite charger plusieurs parcs de batteries. Pour les systèmes 24V ou 48V, l'utilisation d'un contrôleur Genasun Boost peut permettre d'éviter la connexion des panneaux solaires en série, simplifiant ainsi le montage et potentiellement améliorant la performance globale.
Câblage et Connexions : Assurer la fiabilité électrique
Une installation solaire ne se résume pas à poser un panneau et le raccorder à la batterie. Le câblage doit être soigné, protégé de l’humidité et des frottements, et installé de manière à rester accessible en cas de contrôle ou de maintenance. Dans les environnements humides comme un bateau, il est recommandé d’utiliser des câbles pré-étamés pour la meilleure performance au fil du temps. Ceux-ci sont reconnus par les fils de couleur argentée au lieu de la couleur de cuivre. Il est préférable de choisir des câbles épais (grande surface transversale) pour éviter les pertes. Un petit pourcentage des pertes est acceptable pour le câble allant du panneau solaire au régulateur, mais entre le régulateur et la batterie, on souhaite que la baisse de tension soit nulle. C'est pourquoi il est important de placer le régulateur le plus près possible des batteries.
L'ordre de connexion est crucial : connectez d’abord le régulateur à la batterie de service. Ce faisant, un régulateur avec auto-détection reconnaîtra le système de batterie. Puis, connectez le panneau solaire. Dans presque tous les cas, un long câble devra être utilisé, et une connexion entre ce câble et le câble du panneau solaire doit être faite.
Concernant les connecteurs, plusieurs méthodes sont possibles :
- Connecteurs MC4 : Si vous avez un panneau solaire amovible, vous aurez très probablement des connecteurs étanches MC4 sur celui-ci. Il est alors nécessaire de mettre des connecteurs MC4 compatibles sur l’extrémité du câble à partir du régulateur. La partie métallique du connecteur MC4 doit être soudée sur le fil, puis insérée à l’intérieur de la partie en plastique d’un clic. Ensuite, vissez le bouchon fermement pour atteindre l’étanchéité totale. Presser au lieu de souder pourrait causer une connexion défectueuse et, dans le pire des cas, prendre feu en raison de la chaleur.
- Soudure directe : Pour les panneaux "Flush" qui n’ont pas de connecteurs, il est recommandé de relier le câble à l’intérieur. Une simple soudure est préférable à toutes les autres méthodes de connexion pour garantir une fiabilité maximale en milieu marin.
Pour le passage des câbles à travers les ponts ou les cloisons, un passe-câble double permet de faire traverser les câbles solaires sans laisser de point faible ni de perçage mal protégé, assurant ainsi l'étanchéité et la protection des conducteurs. Il est primordial de ne jamais percer à l’aveugle pour éviter d'endommager des éléments structurels ou d'autres équipements. De même, il est conseillé d'éviter les vis traversantes dans les zones fines ou en sandwich, qui pourraient compromettre l'intégrité de la structure du bateau. La chute de tension devient sensible lorsque les longueurs de câbles augmentent, rendant le choix de la section des câbles d'autant plus important pour maintenir une performance optimale.
Configurations d'installation des panneaux : Série, Parallèle ou Combinée ?
Le mode de raccordement des panneaux solaires est une décision technique importante qui influence directement la performance du système, surtout en présence d'ombrage ou pour adapter la tension à celle du régulateur et des batteries. Il existe trois principales configurations : le montage en parallèle, le montage en série, et une combinaison des deux.
Montage en parallèle des panneaux solaires :Dans cette configuration, tous les positifs des panneaux sont reliés entre eux et tous les négatifs entre eux. La tension du système reste identique à celle d'un panneau individuel, tandis que les intensités s'additionnent.
- Avantages :
- Pas de phénomène d’ombre partielle en particulier sur un bateau. Si une partie d'un panneau est ombragée, cela n'affecte pas significativement la production des autres panneaux.
- Meilleure performance globale dans des conditions d'ombrage variable.
- Pas de diode de contournement requise pour gérer l'ombrage entre panneaux.
- Inconvénients :
- Tous les MPPT ne permettent pas des montages en parallèle. Il est crucial de vérifier la compatibilité du régulateur.
- Les panneaux doivent avoir des spécifications identiques, et il est recommandé d'utiliser des modèles avec des Vmp (tension à puissance maximale) similaires.
Montage en série des panneaux solaires :Ici, le positif d’un panneau est raccordé au négatif du suivant. Les tensions des panneaux s'additionnent, mais le courant reste identique à celui d'un panneau.
- Avantages :
- Tension plus élevée, ce qui peut être avantageux pour les régulateurs MPPT nécessitant une tension d'entrée plus élevée pour fonctionner efficacement, ou pour des câbles plus longs entre les panneaux et le régulateur (moins de perte en tension pour une même puissance).
- Inconvénients :
- Petite perte de puissance constante dans la diode de contournement.
- Les diodes de contournement (bypass diodes) sont TOUJOURS requises afin d’éviter que le panneau moins bien exposé fasse baisser la production globale de l'ensemble de la chaîne. En effet, un seul panneau ombragé dans une chaîne série peut réduire drastiquement la production de tous les panneaux.
- Même avec des diodes de contournement, deux panneaux en série produiront toujours moins que deux panneaux en parallèle dans des conditions d'ombrage partiel.
- Si la connexion en série est inévitable, nous recommandons d’utiliser au maximum 2 à 3 panneaux en respectant la tension maximum des panneaux et du MPPT.
Combinaison parallèle et série :Pour les grands tableaux, une combinaison de montage en série et en parallèle est nécessaire pour trouver la bonne combinaison de tension et de spécifications des panneaux. Cette approche permet de tirer parti des avantages de chaque configuration tout en minimisant leurs inconvénients.
- Recommandations :
- Le nombre maximal de panneaux en série varie selon le modèle du régulateur et les spécifications des panneaux.
- Le nombre de groupes parallèles est limité par le MPPT.
- Les mêmes avantages et inconvénients que décrits précédemment en ce qui concerne les connexions parallèles vs série s’appliquent ici aussi.
- Utilisez une configuration symétrique équilibrée pour une performance optimale.
- Le même panneau solaire de taille et de modèle devrait être utilisé au sein d'un même groupe série/parallèle.
- Une diode by-pass doit être installée sur chaque panneau si la connexion en série est utilisée.
- Pour chaque groupe de série, un fusible est obligatoire pour la sécurité du système.
Il est primordial de bien étudier le schéma d’installation et de prendre en compte les spécificités de votre bateau et de votre régulateur avant de décider de la configuration la plus adaptée.