Comment assurer l’autonomie énergétique sur un bateau

Afin d’assurer l’autonomie énergétique d’un bateau 3 étapes sont nécessaires :

1.Réaliser un bilan énergétique et rechercher les solutions les moins énergivores afin de diminuer la consommation énergétique. Ce bilan va nous permettre ensuite de dimensionner la batterie nécessaire.

2.Choisir des sources d’énergies renouvelables et les dimensionner en fonction de la capacité de la batterie.

3.Choisir un régulateur de charge de la batterie en fonction du choix des sources d’énergie

Pour réaliser un bilan il faut commencer par l'inventaire du matériel électrique utilisé en relevant pour chacun la puissance nécessaire à son fonctionnement.

Ensuite l'énergie consommée en est déduite en estimant la durée d'utilisation de chacun des appareils sur une période de 24 heures.

CALCUL DU BILAN D’ÉNERGIE

Consommateurs Puissance Tps utilisation

Consommation

Watts Ampères sur 24h Wh Ah

Éclairage intérieur 294 24,50

Lum. carré central 25 2,08 4 100 8,33

Lum carré évier 20 1,67 2 40 3,33

Lum. table à carte 10 0,83 2 20 1,67

Lumière cabine 1 20 1,67 2 40 3,33

Lum. cabine 2 20 1,67 2 40 3,33

Lum. salle de bain 20 1,67 0,5 10 0,83

Lum. couloir penderie

20 1,67 0,2 4 0,33

Lum. cabine avant 20 1,67 2 40 3,33

Éclairage Extérieur 285 23,75

Feu de route proue 10 0,83 0,5 5 0,42

Feux de route poupe 10 0,83 0,5 5 0,42

Feu de mouillage 10 0,83 0 0 0,00

Lumière de pont 50 4,17 0,5 25 2,08

Feu de route (mât) 25 2,08 10 250 20,83

Confort / Équipement

355 29,58

Pompe eau douce 100 8,33 0,25 25 2,08

Réfrigérateur 45 3,75 6 270 22,50

Hifi 15 1,25 4 60 5,00

Détail d'un bilan énergétique non optimisé d'un bateau de 11m.

Afin d’optimiser la consommation énergétique à moindre coût la solution envisagée est de remplacer :

• l’éclairage intérieur par des lampes fluocompactes. Cela permettra de diviser par 5 la puissance absorbée par ampoules au niveau de l’éclairage intérieur.

• le feu de mât qui fonctionne pendant 10 h par un feu de navigation à LED. Cela permettra de diviser par 10 la puissance absorbée pour le feu de route.

bilan énergétique optimisé d'un bateau de 11m.

Consommateurs Puissance Tps utilisation

Consommation

Watts Ampère sur 24h Wh Ah

Éclairage intérieur 59 4,90

Lum. carré central 5 0,42 4 20 1,67

Lum carré évier 4 0,33 2 8 0,67

Lum. table à carte 2 0,17 2 4 0,33

Lumière cabine 1 4 0,33 2 8 0,67

Lum. cabine 2 4 0,33 2 8 0,67

Lum. salle de bain 4 0,33 0,5 2 0,17

Lum. couloir penderie 4 0,33 0,2 0,8 0,07

Lum. cabine avant 4 0,33 2 8 0,67

Éclairage Extérieur 60 5,00

Feu de route proue 10 0,83 0,5 5 0,42

Feux de route poupe 10 0,83 0,5 5 0,42

Feu de mouillage 10 0,83 0 0 0,00

Lumière de pont 50 4,17 0,5 25 2,08

Feu de route (mât) 2,5 0,21 10 25 2,08

Confort / Équipement 355 29,58

Pompe eau douce 100 8,33 0,25 25 2,08

Réfrigérateur 45 3,75 6 270 22,50

Hifi 15 1,25 4 60 5,00

Soit une économie de 460 Wh

EXTRAIT CATALOGUE PLASTIMO

ÉCLAIRAGE EXTÉRIEUR

ÉCLAIRAGE INTÉRIEUR

EXTRAIT SITE INTERNET SEATRONIC

Le bilan énergétique nous permet de dimensionner la batterie nécessaire. Plusieurs critères sont à prendre en compte pour le choix de la batterie : 1. La technologie: 2. Dimensionnement de la capacité. 3. Durée de vie et nombre de cycles. 4. Les dimensions. 5. La masse. 6. Le coût.

Exemple dimensionnement de la capacité :

CONSOMMATION TOTALE POUR 24H : W= 474 Wh Q = 39,48 Ah

Sachant que la batterie ne doit pas être déchargée à plus de 80 % de sa capacité nominale afin d’optimiser sa durée de vie, la batterie ne pourra être inférieure à 39,48/0,8 = 49,35 Ah.

Il faudra donc choisir une batterie de 50 Ah

CHOIX DE LA BATTERIE

Batterie AGM 12 V 55 Ah

CHOIX DES PRODUCTEURS D’ÉNERGIE

Plusieurs solutions sont envisageables, hydrogénérateur, pile à combustible, éolienne, panneau solaire…..

Nous avons retenu dans le cadre de cette étude le panneau solaire et l’éolienne pour leur facilité de mise œuvre et la transposition possible des ces deux solutions au niveau domestique.

LES DIFFÉRENTS TYPES DE PANNEAU SOLAIRE

Un panneau solaire fonctionne par un  effet photovoltaïque c'est à dire par la création d'une force électromotrice liée à l'absorption d'énergie lumineuse dans un solide.

Il en existe de différents types pour une application marine :

Panneau flexible ou semi flexible ils acceptent une flexion pour épouser les courbures du pont sur lequel ils peuvent être fixés directement (résistants au piétinement).

Panneau rigide à fixer sur un portique orientable ou non.

•Utilisation en stockagePour éviter toute opération manuelle, il est judicieux d'utiliser l'énergie produite pour recharger les batteries. Dans ce cas il est conseillé de passer par un régulateur pour contrôler la charge de la batterie.

•Utilisation en directUn panneau solaire peut être utilisé en direct sur un appareil comme une résistance de dissipation ou un chauffe eau.Dans ce cas il est important de vérifier que les intensités maximales pouvant  être atteintes par le panneau ne dépassent pas les limites admissibles de l'appareil. Des appareils électriques classiques tels que des réfrigérateurs ne pourront pas être alimentés sans l'intermédiaire de batterie. En effet, la puissance fournie par les panneaux solaires sera soit trop faible pour faire fonctionner l'appareil, soit trop importante ce qui pourra le détériorer.

•Utilisation mixte (stockage et directe)L'utilisation optimale consiste à utiliser le panneau solaire pour une utilisation directe quand la batterie n'a pas besoin d'énergie et pour recharger la batterie si celle ci est déchargée. Il existe des dispositifs (régulateurs) permettant d'orienter la tension de sortie en fonction du besoin.

UTILISATION DE L'ÉNERGIE GÉNÉRÉEPAR LE PANNEAU SOLAIRE

Les panneaux solaires sont un moyen efficace et silencieux pour disposer d'énergie à bord particulièrement l'été. Contrairement aux idées reçues la différence de puissance diffusée par le soleil entre le nord et le sud de la France n'est pas si significative que cela (25% de moins en Bretagne par rapport au sud). Par contre en fonction de la saison, la production varie du simple au triple.

Le tableau ci dessous montre la quantité d'énergie disponible pour un panneau de 100W en Bretagne en fonction de la saison:

* valeur indicative extraite des relevés de l'Atlas Européen du rayonnement solaire

PRODUCTION D’UN PANNEAU SOLAIRE

Panneau solaire solara rigide 27 wattsCaractéristiques: * Tension: 12 Volts. * Puissance: 27 Watt. * Dimensions en mm: 540*457*35 * Poids: 3 Kg

CHOIX DU PANNEAU SOLAIRE

Comment choisir: Pour choisir un panneau solaire il faut tout d'abord déterminer ce qu'il doit apporter en énergie quotidienne (en Ah).

Il faut ensuite définir quel support est le mieux adapté à votre bateau: panneau solaire semi rigide (fixation sur le pont) panneau solaire rigide (fixation sur portique).

A noter que les panneaux solaires peuvent être montés en parallèle sans aucun problème particulier.

Le choix s’est porté sur un panneau solaire de faible puissance car celui-ci vient en complément de la production énergétique de l’éolienne.

LES DIFFÉRENTS TYPES D’ÉOLIENNE MARINE

Éolienne tripales Éolienne multipales Éolienne à axe vertical hélicoïdale

PERFORMANCES DES ÉOLIENNES

Influence du nombre de pales d'une éolienneMoins il y a de pales, meilleur est le rendement (lorsqu'il y a trop de pales, la pâle précédente perturbe l'air arrivant sur la pale suivante).

Par contre une éolienne avec un plus grand nombre de pales démarrera plus tôt.

Éolienne à axe verticalAvec un rendement désormais équivalent voir supérieur aux éoliennes "classiques", ce type d’éoliennes permet de s’affranchir des limites introduites par la taille des pales et leur vitesse de rotation.

BRANCHEMENT ÉLECTRIQUE DE L’ÉOLIENNE

Le branchement électrique est très simple car seulement deux fils sont à connecter. La puissance d'une éolienne étant variable il est nécessaire d'utiliser un régulateur pour éviter de surcharger les batteries ou pour exploiter au mieux l'énergie disponible. Selon les modèles les régulateurs sont soit intégrés soit déportés de l'éolienne.

CHOIX DE L’ÉOLIENNE

Le choix s’est porté sur l’éolienne sur l’éolienne Rutland 503, elle se caractérise par son faible encombrement.

Caractéristiques:Elle démarre à partir de 5 nœuds de vent.Puissance délivrée a 20 nœuds de vent : 25 WPuissance maxi à 30 nœuds de vent : 45 W6 pales au profil aérodynamique protégées par un panneau.Diamètre : 510 mmLongueur : 220 mmPoids : 3,5 Kg

PRODUCTION ÉNERGÉTIQUE DE L’ÉOLIENNE RUTLAND 503

En considérant pour une journée un vent en moyenne de 15 nœuds (27,8 km/h), l’éolienne fournira un courant de 1 A.

Soit pour une journée une énergie (W= U x I x t) de 288 Wh

RÔLE DU RÉGULATEUR

•Réguler la tension à ses bornes en fonction du niveau de charge de la batterie.

•Limiter le courant de charge.

Dans le but d’optimiser la charge de la batterie afin d’augmenter sa durée de vie.

Boost: Respecter l'intensité maximale admissible par la batterieLors de cette phase, le chargeur donne le maximum de sa puissance à la batterie

Absorption : Durant cette phase, la batterie est chargée à tension constante, elle absorbe de l'énergie en fonction de son état de charge.

Floating : La phase de floating consiste à appliquer à la batterie une tension très proche de la tension de la batterie au repos. Cette tension peut être appliquée pendant des années sans que cela porte préjudice à la batterie.L'intérêt d'appliquer cette tension de lutter contre le phénomène d'auto décharge qui peut conduire à la sulfatation de la batterie.

Quel que soit le type de batterie, la recommandation des constructeurs est de respecter un cycle de charge en trois phases.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

CHOIX DU RÉGULATEUR EN FONCTIONDE LA SOURCE D’ÉNERGIE

Régulateurs pour ÉolienneUne éolienne, contrairement à un panneau solaire ne peut être laissée en circuit ouvert si tel était le cas, ceci conduirait à la démagnétisation de l'aimant.Par conséquent, les régulateurs devant être utilisés fonctionnent selon le principe de la diversion. Le régulateur est placé en parallèle à la batterie et, en fonction de la tension aux bornes de celle ci, il dévie l'énergie en provenance de la source vers la charge secondaire qui peut être par exemple un chauffe eau.

Régulateurs solairesLe panneau solaire pouvant fonctionner en circuit ouvert (sans charge) il n’est pas nécessaire de dévier l’énergie. Le régulateur adapte le niveau de tension en fonction de l’état de charge de la batterie.

CHOIX DU RÉGULATEUR EN FONCTIONDE LA SOURCE D’ÉNERGIE

Lorsque les 2 systèmes de production éolienne et panneau solaire sont couplés ensemble pour assurer la recharge d’une même batterie, il existe des régulateurs capable de gérer ces 2 modes d’alimentation.

Exemple : Régulateur Marlec HRDX 12 V