Êtes-vous insatisfait de l'efficacité de vos panneaux solaires déjà installés sur votre yacht? Ou cherchez-vous simplement à alimenter votre bateau avec une énergie solaire bon marché de la manière la plus optimale? Alors cet article est fait pour vous. Après avoir effectué d'innombrables croisières et passages longue distance, nous partageons quelques conseils pour vous aider à améliorer l'efficacité de votre mini-centrale solaire sur votre yacht.
De plus, grâce à une vaste expérience de navigation autonome, nous avons sélectionné pour vous, sur notre marketplace, une gamme diversifiée de panneaux solaires et d'accessoires (batteries, contrôleurs, onduleurs, etc.). Ce choix vous permet de créer un système d'alimentation à bord qui correspond exactement aux capacités du navire, à vos préférences en tant que skipper, ainsi qu'aux besoins de l'équipage, y compris en matière de confort.
Choisir les bons panneaux solaires
Les panneaux solaires sont conçus pour convertir l'énergie du soleil en énergie électrique. On les appelle également modules solaires ou panneaux photovoltaïques. Un panneau solaire est un dispositif composé de cellules photovoltaïques qui convertissent un type d'énergie en un autre.
Les cellules photovoltaïques sont des plaquettes semi-conductrices qui convertissent directement le rayonnement solaire en courant électrique. Ces cellules sont connectées entre elles en circuits électriques parallèles ou en série, qui fonctionnent ensemble comme une source unique de courant électrique.
Les cellules photovoltaïques sont principalement fabriquées à partir de silicium. Ce sont les batteries solaires avec cellules photovoltaïques en silicium qui sont produites à l'échelle industrielle. On utilise moins souvent le cadmium, le tellure, les séléniures de cuivre et le silicium amorphe. Un pourcentage encore plus faible concerne les cellules solaires à couches minces.
Un panneau solaire industriel est composé de plusieurs cellules photovoltaïques laminées, assemblées et montées sur un substrat flexible ou rigide. L'efficacité d'une telle batterie dépend en grande partie de la pureté du silicium et de l'orientation de ses cristaux.
Les panneaux solaires industriels sont classés en fonction de leurs caractéristiques de conception et du type de couche photovoltaïque de travail.
Types de panneaux solaires
Selon le type de construction, les panneaux solaires se divisent en panneaux flexibles et rigides.
Les panneaux flexibles à couches minces occupent progressivement une niche de marché de plus en plus grande grâce à leur polyvalence de montage, car ils peuvent être installés sur la plupart des surfaces avec une variété de formes architecturales.
Mais les structures rigides sont plus efficaces. Par conséquent, elles sont largement utilisées sur les yachts et catamarans disposant d'une surface suffisante pour accueillir ces modules, avec éventuellement l'ajout de panneaux flexibles.
Selon le type de couche photovoltaïque de travail, les batteries solaires se divisent en panneaux à base de silicium, qui intéressent particulièrement les propriétaires de yachts, et en types plus rares utilisant d'autres éléments organiques et polymères. Bien que certains autres types de panneaux aient une efficacité plus élevée, ils ne sont pas largement utilisés en raison de leur coût élevé.
Les cellules solaires en silicium, à leur tour, se divisent en monocristallines, polycristallines et amorphes (ou flexibles).
Les panneaux solaires monocristallins sont une technologie avancée dans le domaine des systèmes photovoltaïques. Ces panneaux sont fabriqués à partir de silicium monocristallin de haute qualité. Grâce à cela, ils ont un taux de conversion élevé de l'énergie solaire en électricité, ce qui permet d'obtenir une efficacité maximale de production d'énergie sur des surfaces limitées. Ces panneaux sont souvent utilisés dans des installations solaires où non seulement la puissance est importante, mais aussi l'esthétique, car ils ont une surface sombre uniforme sans partitions visibles.
La production de panneaux solaires monocristallins implique un processus dans lequel un cristal de silicium est lentement formé à partir de silicium fondu, ce qui donne une pureté élevée et une structure uniforme du matériau. Cette technique produit des panneaux ayant moins de défauts dans la structure cristalline, ce qui affecte directement leur performance et leur durabilité.
Les technologies modernes comme PERC (Passivated Emitter Rear Cell) améliorent les performances en permettant à l'arrière de la cellule de capter la lumière réfléchie et de la convertir en énergie, augmentant ainsi la production électrique globale. Sur le marketplace topRik, vous pouvez acheter des panneaux solaires PERC fabriqués par Ultimatron France.
Grâce à leur haute efficacité et fiabilité, les panneaux monocristallins sont particulièrement efficaces dans les régions avec un fort niveau d'insolation solaire, mais grâce à leur capacité à générer de l'énergie même à faible luminosité, ils conviennent également aux régions au climat plus nuageux.
Avec une utilisation correcte, la durée de vie des cellules solaires monocristallines est d'au moins 30 ans.
Les cellules solaires en silicium monocristallin sont sensibles à la contamination. La poussière diffuse la lumière, réduisant ainsi fortement l'efficacité des panneaux solaires couverts.
En raison de la nécessité de la lumière directe du soleil, les panneaux solaires monocristallins sont principalement installés dans des zones ouvertes ou en hauteur. Plus l'endroit est proche de l'équateur et plus il y a de jours ensoleillés, plus il est préférable d'installer ce type particulier d'éléments photovoltaïques.
Les panneaux solaires polycristallins (multi-Si) ont une couleur bleue non homogène en intensité en raison de l'orientation diversifiée des cristaux. La pureté du silicium utilisé dans leur production est légèrement inférieure à celle des équivalents monocristallins.
Les cristaux multidirectionnels assurent une haute efficacité en lumière diffuse - 12-18 %. Elle est inférieure à celle des cristaux unidirectionnels, mais dans des conditions de temps nuageux, ces panneaux sont plus efficaces.
L'hétérogénéité du matériau entraîne également une réduction des coûts de production du silicium. Le métal purifié pour les panneaux solaires polycristallins est coulé dans des moules sans techniques particulières. Lors de la production, des méthodes spéciales sont utilisées pour former des cristaux, mais leur orientation n'est pas contrôlée. Après refroidissement, le silicium est découpé en couches et traité selon un algorithme spécifique.
Cette méthode de production a un coût inférieur à celui des panneaux monocristallins et rend les panneaux polycristallins plus abordables que les autres types.
Les cellules solaires polycristallines ne nécessitent pas une orientation constante vers le soleil. Elles conviennent aux applications où l'espace permet de déployer des systèmes de panneaux solaires plus grands, ainsi qu'à une utilisation dans des régions de navigation avec des conditions climatiques variables.
La durée de vie des panneaux polycristallins est de jusqu'à 25 ans.
Les panneaux solaires amorphes (flexibles) sont une innovation relativement récente sur le marché des énergies renouvelables. Ils allient mobilité, facilité d'installation et efficacité suffisante. Ces modèles de panneaux solaires sont particulièrement populaires là où les panneaux rigides traditionnels ne sont pas pratiques en raison de leur poids ou de restrictions d'installation, par exemple, sur des toits avec une capacité de charge limitée ou sur des surfaces irrégulières, ce qui est typique pour la plupart des petits yachts et bateaux.
Les panneaux solaires flexibles sont fabriqués à partir de matériaux hautement efficaces : silicium amorphe, CIGS (cuivre, indium, gallium, sélénium) et autres composites légers. Ces panneaux peuvent se plier à un angle spécifique, ce qui les rend idéaux pour une utilisation sur diverses surfaces, y compris les camping-cars, les yachts et les installations temporaires.
En outre, la batterie présente d'autres avantages : un design étanche, aucune pièce en verre, un poids léger, et la petite épaisseur du panneau ne crée pas de résistance supplémentaire au vent.
Le mécanisme de production de panneaux solaires en silicium amorphe est fondamentalement différent de celui des cellules photovoltaïques cristallines. Ici, on n'utilise pas du silicium pur, mais son hydride, dont les vapeurs chaudes sont déposées sur le substrat.
Grâce à cette technologie, les cristaux classiques ne se forment pas et les coûts de production diminuent fortement.
La structure physico-chimique du silicium amorphe permet une absorption maximale des photons de lumière diffuse faible pour générer de l'électricité. Par conséquent, ces panneaux sont pratiques à utiliser dans les régions de navigation avec un rayonnement solaire insuffisant.
L'efficacité des batteries à base de silicium amorphe ne diminue pas même à des températures élevées, ce qui permet de les utiliser sous les tropiques.
Efficacité des différents types de panneaux
Les panneaux solaires monocristallins sont supérieurs aux panneaux polycristallins et aux panneaux à couches minces à plusieurs égards. Leur principal avantage est leur haute efficacité, qui peut atteindre 25 %, tandis que pour les panneaux polycristallins, l'efficacité est généralement de 15-19 %, et pour les panneaux à couches minces (flexibles, amorphes) - 10-13 %. Cela explique pourquoi les panneaux monocristallins sont souvent choisis pour des installations où il est important de maximiser l'utilisation d'un espace limité, y compris sur les navires.
Les cellules solaires monocristallines ont le prix le plus élevé parmi toutes les plaquettes de silicium, car elles sont produites à partir du silicium le plus pur. D'où leur efficacité la plus élevée.
Les avantages des batteries en silicium monocristallin incluent :
- une haute efficacité avec une valeur de 17-25 % ;
- compacité – une plus petite surface de placement des équipements par unité de puissance, en comparaison avec les panneaux en silicium polycristallin et amorphe ;
Les inconvénients de ces batteries sont leur coût relativement élevé et une longue période de rentabilité.
Les inconvénients des panneaux polycristallins sont une efficacité réduite avec une valeur de 12-18 % et une relative encombrement. Leur installation nécessite plus d'espace par unité de puissance comparé aux équivalents monocristallins.
Les cellules solaires avec des cristaux multidirectionnels présentent significativement plus d'avantages :
- haute efficacité dans des conditions de lumière diffuse ;
- possibilité d'installation permanente sur le toit du flybridge ;
- coût inférieur par rapport aux panneaux monocristallins ;
- durée de vie - la diminution de l'efficacité après 20 ans d'exploitation n'est que de 15-20 %.
Les panneaux solaires polycristallins gagnent une part de marché croissante parmi les autres batteries en silicium. Cela est assuré par les larges possibilités potentielles de réduction des coûts de production. L'efficacité de ces panneaux augmente également chaque année, approchant rapidement 20 % pour les produits fabriqués en série.
L'avantage des panneaux amorphes (flexibles) est leur coût réduit comparé aux panneaux solaires avec une structure rigide. Mais en plus, les cellules solaires amorphes présentent des avantages supplémentaires qui attirent l'attention des marins.
À l'heure actuelle, il existe déjà trois générations de panneaux en silicium amorphe, dont chacune augmente significativement l'efficacité. Si les premiers modules photovoltaïques avaient une efficacité de 4-5 %, les modèles de deuxième génération avec une efficacité de 8-9 % sont maintenant largement commercialisés.
Les derniers panneaux amorphes ont une efficacité atteignant 12 %.
En raison des particularités de la technologie de production, il est possible de créer une couche de silicium sur un substrat rigide ou flexible. Pour cette raison, les modules en silicium amorphe sont activement utilisés dans les modules solaires flexibles à couches minces. Mais les options avec un substrat élastique sont beaucoup plus coûteuses.
Dans un panneau flexible standard, plusieurs couches protègent la cellule solaire. La première est l'EVA, un polymère plastique industriel courant utilisé pour encapsuler les cellules solaires dans le processus de laminage thermique. L'EVA isole la cellule de tout contact avec des liquides, des poudres, des vapeurs ou des gaz.
La couche externe est en PET, un autre polymère plastique largement utilisé dans tous les domaines de la production industrielle. Dans les panneaux solaires flexibles, il est utilisé comme revêtement extérieur car il offre une bonne résistance mécanique, une ductilité pendant la production et reste flexible après application.
Cependant, le PET a une faible résistance thermique et n'est pas recommandé pour une utilisation dans des environnements très chauds. Un bon panneau solaire flexible marin devrait avoir un revêtement en ETFE. L'ETFE - éthylène-tétrafluoroéthylène - est un plastique à base de fluor. Il résiste facilement aux hautes températures et transmet bien la lumière. Sa transparence à la lumière solaire est de 95 %. Les panneaux solaires flexibles utilisant l'ETFE sont anti-reflets, hautement résistants à la corrosion et durables. Comparés au PET, ils sont plus efficaces et économiques.
L'ETFE est non seulement durable et résistant aux UV, mais il est également intelligent. En raison des propriétés chimiques des molécules, le fluoropolymère est auto-nettoyant et conserve sa transparence tout au long de son cycle de vie. Contrairement au PET, l'ETFE possède une haute résistance au feu, ce qui le rend adapté aux climats chauds et secs.
Le panneau ETFE coûte 60 % de plus que l'équivalent PET pour la même puissance. Cependant, l'option PET nécessite un soin et une attention supplémentaires si vous souhaitez prolonger la durée de vie de vos panneaux solaires au maximum.
Les avantages des panneaux solaires amorphes incluent :
- polyvalence - capacité à fabriquer des panneaux flexibles et minces, permettant l'installation de batteries sur toute forme architecturale ;
- haute efficacité en lumière diffuse ;
- fonctionnement stable à haute température ;
- simplicité et fiabilité de conception - ces panneaux sont pratiquement incassables ;
- maintien des performances dans des conditions difficiles - moins de perte de performance en cas de surface poussiéreuse que les analogues cristallins ;
La durée de vie de ces cellules photovoltaïques, à partir de la deuxième génération, est de 20-25 ans avec une perte de puissance de 15-20 %. Les seuls inconvénients des panneaux en silicium amorphe incluent le besoin de plus grandes surfaces pour accueillir l'équipement de la puissance requise.
Placement optimal des panneaux
Si vous avez lu les caractéristiques, avantages et inconvénients des principaux types de panneaux solaires pour bateaux, vous savez déjà que la méthode d'installation et l'emplacement des modules sont critiques pour obtenir une efficacité maximale. Une installation correcte doit garantir une position telle que les rayons du soleil éclairent la surface maximale des panneaux pendant le maximum de temps quotidien.
Installation sur le pont et le toit de la cabine
Choisir un emplacement d'installation est l'une des tâches difficiles, surtout compte tenu des zones limitées pour monter les panneaux sur les yachts. Lors du choix du placement des panneaux, considérez l'espace disponible sur le pont ou le toit de votre bateau. Recherchez des zones dégagées avec une exposition directe au soleil. Évitez les ombrages causés par des antennes, mâts ou autres équipements pouvant nuire aux performances des panneaux. Assurez également une circulation d'air suffisante autour des panneaux pour éviter la surchauffe.
Si le yacht dispose d'un flybridge, vous pouvez utiliser son toit et les auvents au-dessus du cockpit et de la poupe. L'installation de panneaux sur le toit de la cabine est plus difficile, surtout si le yacht est de type voile.
Des modules rigides portables peuvent être installés sur le pont en ajustant leur angle d'inclinaison.
Angle d'inclinaison et orientation des panneaux
Vous pouvez considérablement améliorer l'efficacité de vos panneaux solaires en ajustant leur angle pour maximiser l'exposition à la lumière du soleil. Ce n'est pas une tâche facile, surtout qu'un yacht ne reste pas en place comme une maison.
Par conséquent, il est impossible d'appliquer aux navires le principe de calcul de l'ajustement de l'angle d'inclinaison des panneaux solaires utilisé pour les objets stationnaires. Mais les principes de base de ce calcul doivent être pris en compte. Par exemple, l'angle d'élévation maximal pour votre région de navigation favorite, c'est-à-dire la hauteur maximale du soleil dans le ciel à une certaine période de l'année, l'activité solaire maximale et d'autres paramètres. Il existe des calculateurs en ligne spécifiques pour faciliter le calcul.
Supports mobiles et rotatifs
Déterminer l'option idéale de montage et de placement des panneaux est essentiel pour maximiser l'exposition solaire et optimiser la production d'énergie. Diverses options de montage sont disponibles, y compris les supports fixes, les supports inclinés et les supports flexibles.
Les supports fixes sont l'option la plus courante et la plus simple, mais les supports inclinables permettent d'ajuster l'angle des panneaux pour optimiser la capture de l'énergie solaire.
Installation possible des panneaux solaires :
- sur une structure fixe à un angle optimal ;
- sur un tracker biaxial (une plate-forme rotative pouvant pivoter derrière le soleil dans deux plans) ;
- sur un tracker uniaxial (la plate-forme peut changer d'un seul axe, le plus souvent celui responsable de l'inclinaison).
Les supports flexibles sont idéaux pour les surfaces incurvées ou les bateaux de formes irrégulières.
Maintenir les panneaux propres
Un entretien régulier est essentiel pour garantir la longévité et les performances optimales de votre système de panneaux solaires marins. Voici quelques tâches clés d'entretien à garder à l'esprit.
- Nettoyez régulièrement vos panneaux solaires pour enlever la saleté, la poussière et les débris qui peuvent réduire leur efficacité. Utilisez une brosse douce ou une éponge avec un savon doux et de l'eau pour frotter doucement la surface. Évitez d'utiliser des abrasifs ou des produits chimiques agressifs qui pourraient endommager les panneaux.
- Effectuez des inspections régulières des panneaux, des fixations et des connexions de câblage pour détecter tout signe de dommage, de connexion lâche ou de corrosion. Traitez immédiatement tout problème pour éviter d'autres dommages ou pannes d'alimentation.
Assurez-vous que les supports de montage, les connecteurs et les connexions de câblage sont correctement scellés et étanches. Cela empêche la pénétration d'eau et protège le système contre la corrosion et les problèmes électriques.
Mise à jour et modernisation de l'équipement
Si vous cherchez à améliorer les performances de vos panneaux solaires, la mise à niveau du système électrique installé sur votre yacht pour accueillir les panneaux est indispensable.
Utilisation des contrôleurs MPPT
Le contrôleur de charge dans le système électrique d’un yacht a un impact clé sur l’efficacité des panneaux solaires. L’énergie reçue de ces derniers est distribuée précisément grâce au contrôleur. Le régulateur maintient également la tension de sortie souhaitée pour éviter la décharge ou, au contraire, la surcharge de la batterie. Cela prolonge la durée de vie de l’ensemble du système solaire.
La technologie Maximum Power Point Tracking (MPPT) est une approche algorithmique utilisée dans les onduleurs pour optimiser le processus d'extraction de la puissance maximale possible des panneaux solaires. Le principe de fonctionnement du MPPT repose sur une surveillance et une adaptation continues au point de puissance maximale (MPP) actuel du module PV, qui change en fonction de diverses conditions telles que l’éclairement et la température.
Le PWM (Pulse Width Modulation) est une technologie plus ancienne de régulation de charge qui régule la tension et le courant fournis à la batterie en activant et désactivant un circuit électrique à une fréquence spécifique. Cette méthode prévient efficacement la surcharge des batteries et prolonge leur durée de vie, mais n’optimise pas la puissance extraite des panneaux solaires.
Un contrôleur MPPT peut donc extraire plus d'énergie des mêmes panneaux solaires qu'un contrôleur PWM, notamment dans des conditions de faible luminosité ou de températures élevées, où l'efficacité des panneaux diminue – ce qui est crucial en conditions de navigation autonome.
Mise à jour des batteries
Le choix et le remplacement des anciennes batteries par des modèles modernes dotés d’une plus grande capacité et d’une meilleure efficacité augmenteront considérablement les performances des panneaux solaires.
Les batteries à décharge profonde jouent un rôle clé dans les systèmes d'énergie solaire et les alimentations sans interruption (UPS), offrant un stockage fiable et une livraison d'électricité selon les besoins. Notre gamme de batteries comprend différents types : AGM, Gel, LiFePo4, adaptées à une large gamme d'applications, y compris les systèmes d'énergie solaire, ainsi qu'à d'autres usages nécessitant des sources d'énergie fiables et de haute qualité.
- Les batteries AGM (plomb-acide avec électrolyte absorbé) se caractérisent par de hautes performances et une longue durée de vie. Elles sont idéales pour une utilisation dans les systèmes solaires grâce à leur capacité de décharge profonde et leur recharge rapide.
- Les batteries Gel offrent encore plus de sécurité et de fiabilité grâce à l’utilisation d’un électrolyte en gel, ce qui en fait un choix idéal pour les conditions marines difficiles.
- Les batteries LiFePo4 (phosphate de fer lithium) représentent une technologie avancée offrant une haute capacité énergétique, une longue durée de vie et une sécurité accrue. Ces batteries sont parfaites pour les systèmes nécessitant une source d’énergie fiable avec un minimum d’entretien.
Surveillance et gestion de l'énergie
Pour que l’efficacité du système électrique d’un yacht reste constamment élevée, l’énergie reçue et distribuée doit être surveillée en permanence, et les sources de son alimentation doivent être contrôlées. Les panneaux solaires, en tant que source d'énergie, nécessitent une surveillance constante.
Installation de systèmes de surveillance
Le marketplace topRik propose une large gamme d'équipements et de dispositifs pour surveiller les performances des panneaux solaires – allant d’un simple moniteur de batterie à des systèmes plus complexes.
Un moniteur de batterie moderne est un dispositif de surveillance intelligent qui, après avoir entré les données nécessaires, apprend lui-même à assurer que les paramètres définis ne soient pas violés. En cas de violation, le dispositif émet un signal sonore ou affiche une alerte programmée à l’écran.
Selon la complexité du système électrique à bord, vous pouvez intégrer des systèmes de surveillance de batteries plus étendus, comprenant des shunts et des capteurs supplémentaires permettant de gérer l’énergie, y compris à distance. À distance de votre yacht, grâce à des applications installées sur votre smartphone, vous pouvez suivre l’approvisionnement énergétique de votre yacht au mouillage en mer ou au port. Et pas seulement observer, mais aussi, si nécessaire, activer, basculer ou désactiver des batteries, y compris les panneaux solaires.
Optimisation de l'énergie
Pour utiliser efficacement l'énergie accumulée, utilisez des minuteries et des contrôleurs programmables partout où cela est possible. Évitez de gaspiller de l’énergie simplement parce que vous avez oublié d’éteindre un interrupteur – confiez la gestion précise à un contrôleur avec un entretien adéquat si nécessaire.
Optimisation de l'itinéraire en mer
Sur un yacht équipé de sources d’énergie alternatives, il est très important de planifier correctement l’itinéraire. Par exemple, lors de longs trajets, les navigateurs prennent en compte les conditions météorologiques, notamment la direction prédominante du vent. Pour un yacht utilisant des panneaux solaires comme source d'énergie, il convient également de planifier un itinéraire permettant aux panneaux de bénéficier d’un maximum de temps d’exposition directe au soleil.
Planification d’itinéraire en tenant compte de l’activité solaire
Vous devrez étudier attentivement les conditions météorologiques de l’itinéraire, également du point de vue de l’activité solaire et de la durée du jour.
Des données sur les conditions météorologiques et les cycles solaires dans différentes régions sont disponibles sur des sites spécialisés. Pour des ajustements plus précis, vous pouvez utiliser des fichiers GRIB (GRIdded Binary) – un format de données météo compressé. Ce format est utilisé par de nombreux services, et les données elles-mêmes sont fournies par diverses organisations gouvernementales. Tout service météorologique peut librement utiliser ces données pour générer des prévisions selon ses propres algorithmes.
Si vous naviguez en zone côtière où il y a une connexion cellulaire, vous pouvez simplement télécharger les fichiers GRIB via Internet mobile. En haute mer, vous devrez utiliser des communications par satellite.
Choix du moment pour rester au mouillage
Vous pouvez charger les panneaux solaires en naviguant ou à l'arrêt. Par conséquent, choisissez un endroit et un moment pour mouiller dans des lieux où l’activité solaire est maximale afin que vos panneaux puissent se recharger le plus longtemps possible. Il peut même être judicieux de planifier cela à l’avance avec une prévision météorologique en tête. Après avoir passé un certain temps avec votre modèle particulier de panneaux solaires et vous être habitué à leur vitesse de charge, vous pourrez prévoir combien de temps il faut pour une charge complète – c'est un processus d'essais et d'erreurs.
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