Article publié le 30/01/2018
Sécurité, confort, économie d’énergie et protection de l’environnement sont les axes principaux qui poussent les plaisanciers, navigateurs, armateurs et constructeurs à équiper leurs bateaux et leurs péniches avec des dispositifs électriques innovants. De nouveaux instruments et matériels pour améliorer l’autonomie sont maintenant disponibles pour les navires. Passage en revue innovations technologiques qui permettront de gérer son électricité à bord.
Actuellement, la plus grande partie des recherches sont concentrés sur l’exploitation des panneaux solaires photovoltaïques pour la production d’énergie et la propulsion. L’objectif est de mettre en place une centrale de production solaire de très haute puissance. Energy Observer, le premier bateau autonome en énergie fait figure de réussite. Malgré sa grande taille (30 tonnes pour 30,5 m de long et 12,8 de large), les 130 m² de panneaux solaires combinés avec technologie de réverbération d’eau ainsi que deux éoliennes à axe vertical assurent très bien son autonomie énergétique. La technologie qui équipe ce bateau est encore poussée plus loin avec l’utilisation de l’eau de mer en tant que générateur et accumulateur d’électricité. Après traitement, l’hydrogène récupéré de l’eau marine est utilisé pour alimenter une pile à combustible pour mouvoir les 2 moteurs à propulsions électrique.
Ce bateau est un bon exemple pour inciter les chercheurs à exploiter plusieurs pistes sur l’autonomie d’énergie et de l’utilisation de l’énergie non polluante. Les recherches pourront être sorties de la phase expérimentale pour être par la suite à un usage à grande échelle ; non seulement dans le domaine de la navigation mais aussi pour d’autres moyens de transport comme l’aéronautique.
Le panneau solaire produit l’électricité en utilisant le soleil comme source d’énergie propre et gratuite. Voici les critères à prendre en compte avant de choisir votre installation.
Le rendement
La puissance fournit par les modules photovoltaïques est exprimée en Watt-crête (Wc). 1 Wc équivaut à 1 Wh utilisable. La performance d’un panneau est exprimée par le Watt-crête qu’un mètre carré de panneau peut fournir en 1h. Ainsi, un panneau de 160 Wc/m2 peut fournir 800 Wh en 5h d’exposition au soleil dans des bonnes conditions (meilleur ensoleillement, bonne orientation, sans ombrage, etc.). Quel que soit la zone où le panneau va être installé, il faut toujours opter pour celui qui offre un bon rendement.
La marque
La marque et le pays de provenance des kits solaires sont garants de la qualité. Pour l’heure, ce sont les fabricants français, américains et allemands qui fournissent les panneaux solaires de meilleure qualité. Pour la France, le label AQPV, obtenu en collaboration avec le Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable et du Logement ainsi que du Ministère de l’Industrie, réunit les meilleures marques de panneaux solaires. Il y a aussi les normes CEI (IEC en anglais) et le SolarKeymark.
Dans le domaine de la production d’électricité sur les autres navires, l’hydrolienne vient s’ajouter aux panneaux solaires et aux éoliennes nautiques. C’est une solution plus esthétique dans la mesure où le dispositif est en grande partie immergé. Elle s’annonce comme une alternative intéressante pour les voiliers. Ce système produit de l’électricité grâce à la force cinétique des courants marins qui fait mouvoir le rotor contenu dans le système. Son rôle est de recharger une batterie. L’électricité stockée sert par la suite à alimenter le navire. L’hydrolienne peut produire jusqu’à 200 W et elle est utilisée en tant que génératrice d’appoint en cas faible vent (éolienne) ou de temps couvert (solaire).
Il existe quelques types d’hydro-générateur, ce qui nous intéresse ici sont l’hydrolienne de gouvernail et la production mixte éolienne-hydrolienne. Comme son nom l’indique, l’hydrolienne de gouvernail se fixe au gouvernail du bateau. L’hybride hydrolienne/éolienne quant à elle est la combinaison des deux procédées sur un seul et même appareil. Il s’agit d’un système convertible qui permet de passer en mode éolienne ou en mode hydrolienne en fonction des circonstances.
L’hydrolienne est beaucoup plus petite et moins encombrante que l’éolienne mais elle offre le même rendement. Cet hydro-générateur dispose également d’autres avantages bien à lui. Son exploitation ne génère pas de pollution et ne produit aucun déchet. Quand le temps se calme il n’y a pas de vent alors que le courant marin ou fluvial ne s’estompe presque jamais. La constance de la vitesse du bateau et du courant permet prévoir le rendement des hydroliennes. Les hydroliennes sur le marché actuel offrent une trainée minimum.
L’hydrolienne a également un avantage de taille : elle peut se transformer en moteur et permet d’effectuer des manœuvres portuaires par simple basculement de contacteur.
Le moindre ampère est important sur un navire, il y va de la puissance de l’électricité consommée à bord. Afin de mieux générer et de mieux gérer la production d’électricité, chaque élément de l’installation électrique peut être amélioré pour optimiser le gain de rendement.
Les batteries hautes performances Lithium-Ion
La technologie Li-Ion a révolutionné le parc de batterie à bord. Ces batteries présentent de nombreux avantages :
Légère et compacte, jusqu’à 4 fois plus légère que les autres batteries.
Durables : peuvent fonctionner jusqu’à 15 ans.
Très forte ampérage : jusqu’à 200 Ah.
Temps de recharge extrêmement rapide : moins d’une heure pour recharger une batterie 12 VDC de 100 Ah.
Cycles largement très long : 3 000 cycles de charge et décharge, soit 10 fois plus que les batteries standards.
Faible taux d’autodécharge quand elle n’est pas utilisée.
Pas d’effet mémoire.
Pas de maintenance à faire.
Les panneaux solaires à haut rendement
Actuellement, il y a les panneaux solaires souples marins dotés de la technologie Back Contact qui peuvent produire au-delà de 160 W. Ils disposent d’un rendement meilleur que les panneaux solaires classiques (80 à 170 Wc).
Possibilité de montage sur mesure.
Leur flexibilité permet de les intégrés au design du navire.
Régulateur MPPT (Maximum Power Point Tracking)
Le régulateur est le dispositif qui sert à contrôler la production d’électricité. Il stoppe l’arrivée de courant vers la batterie quand celle-ci est complètement chargée. Cela permet de préserver la batterie pour qu’elle ne se détériore pas très vite. Le régulateur sert également à convertir l’énergie reçu par le panneau en courant utilisable pour recharger l’accumulateur. Le régulateur MPPT est le plus recommandé car il cherche en permanence le point de puissance maximal afin que le panneau délivre sa plus haute tension.
En d’autres termes, il charge la batterie avec le courant le plus élevé possible. Pour ce faire, il calcule la puissance maximale que les panneaux peuvent délivrer. Il détermine aussi la puissance que les batteries peuvent recevoir. De cette manière, il délivre la tension la plus adaptée afin de délivrer le maximum d’intensité (Ampères dans la batterie). Il est plus efficace que le régulateur PWM. A noter que pour cela, la batterie doit être de 18 V ou de 24 V.
Le répartiteur de charge de type électronique
Le répartiteur de charge (modèle électronique) génère une perte de tension plus faible (0,002 à 0,2 V contre 0,6 V pour les répartiteurs de charge d’ancienne génération). Leur consommation électrique est également très faible (de 1 à 10 mV).
Le contrôleur de batterie de type BMS
Cet accessoire est accompagné d’un shunt ayant une capacité pouvant atteindre 10 000 A ainsi qu’un kit de connexion. Il est à noter également qu’il possède une alarme visuelle et audible programmable pour avertir en cas de décharge. Le contrôleur de charge sert à indiquer :
l’état de charge de la batterie,
la profondeur de décharge,
ampères-heures consommés,
la consommation en watt,
la capacité restante par rapport à la consommation en cours,
le temps restant d’utilisation.
température.