Bien utiliser les panneaux solaires photovoltaïques

Le soleil est une source d'énergie inépuisable et très présente particulièrement en été, sur terre ou en mer. Les panneaux solaires sont un moyen efficace et silencieux pour disposer d'énergie à bord d'un bateau ou d'un camping-car, d'autant qu'ils sont de plus en plus performants.

Quelques explications:

Un panneau solaire photovoltaïque permet de transformer l'énergie solaire en énergie électrique. L'énergie produite par un panneau peut être utilisée immédiatement, "au fil du soleil" (ex. pour alimenter une pompe à eau, ou faire fonctionner de petits appareils électroniques ou des lumières) et/ou être stockée dans une batterie pour être utilisée ultérieurement. L'utilisation de panneaux solaires présente de nombreux avantages:

Fonctionnement silencieux et respect de l'environnement,
Apport significatif d'énergie permettant de recharger la batterie et ainsi de ne plus faire tourner le moteur,
Recharge et entretien des batteries pendant les périodes de non utilisation du bateau ou du camping-car,
Allongement de la durée de vie des batteries,
Compensation de la consommation des gros consommateurs journaliers comme, par exemple, un réfrigérateur.

En fonction des matériaux utilisés et de la technique de construction les panneaux solaires ont des rendements différents. Il existe 3 types de cellules photovoltaïques, qui varient selon la qualité du silicium:

les cellules monocristallines: le rendement est très bon (15 à 22% *) mais le coût de fabrication est élevé, car fabriquées à partir de tranches de cristal pur, elles sont plus sensibles au rayonnement et leur temps de fonctionnement est plus long sur une journée.
les cellules polycristallines: elles sont moins chères à fabriquer mais le rendement est un peu moins bon (10 à 13% *), dans ce cas les cristaux sont reconstitués à partir de chutes de cristaux. Spécialement étudié pour les applications demandant une forte production par temps clair, perte de rendement importante par temps couvert.
les cellules amorphes: leur coût est plus faible mais le rendement l'est aussi (5 à 10% *). Dans ce cas ce ne sont pas des cristaux mais des atomes organisés en couche homogène. Très sensible au rayonnement diffus, à utiliser dans les zones peu ensoleillés.

Un rendement de 10% signifie que pour une puissance de 1000 W qui arriveraient sur le panneau, celui-ci produirait 100 W.

Ceci étant, la puissance quotidienne produite par un panneau dépend étroitement de son lieu d'implantation. Dans le sud de la France, avec une inclinaison optimale, le coefficient lié à l'ensoleillement est supérieur ou égal à 4 alors qu'il est plutôt inférieur ou égal à 3,5 dans le nord. Ce coefficient peut atteindre des valeurs supérieures à 6 dans des zones très fortement exposées au soleil (Afrique, Océanie, etc.) Ce coefficient multiplié par la puissance nominale du panneau permet de déterminer la puissance quotidienne produite par ce dernier. Rappel Notion électrique: Puissance (W) = Tension (V) × Intensité (A) Les panneaux solaires se présentent, selon la technologie utilisée et l'application, sous différentes formes:

Panneaux solaires pliables: Les cellules solaires flexibles sont souvent incrustées dans de l'uréthane ou d'autre matières spécifiques qui ont la particularité de se comporter comme du caoutchouc : technologie Thin Film CIGS ou autres homologuées par le constructeur. Le panneau solaire pliable est particulièrement adapté pour charger les appareils électroniques portables de petites tailles comme le téléphone portable, l'appareil photo, le caméscope, le PDA, le lecteur MP3, l'éclairage d'appoint, et bien d'autres appareils électroniques. Mais selon sa puissance, le panneau solaire pliable peut aussi répondre à d'autres exigences : chargeur de batterie pour ordinateur portable, batteries diverses dans les véhicules, etc... Les panneaux solaires pliables atteignent des puissances qui vont au-delà des 55 watts et peuvent répondre à de nombreuses utilisations de plein air ou extrêmes (randonnées, marine, 4X4...).

Panneaux solaires souples ou flexibles: Ces panneaux, généralement, en silicium amorphe présente l'avantage grâce à leur souplesse de pouvoir être installé sur le rouf de votre bateau quelles qu'en soit les formes, ils trouvent aussi une utilisation pour des applications nomades (raid 4x4, camping, etc.). Généralement pourvus d'oeillets pour faciliter leur installation temporaire, ils peuvent être facilement récupérés et roulé pour un encombrement minimum. Idéal pour maintenir les batteries chargées au mouillage. En règle générale ces panneaux résistent au piétinement et sont étanches, avantages non négligeables sur un voilier.

Panneaux solaires semi-rigides: Spécialement adaptés à une utilisation marine ou automobile, leur légère courbure facilite leur montage (vissé ou collé), ils résistent généralement au piétinement et sont étanches. Ils sont composés de cellules monocristallines à haut rendement permettant ainsi d'optimiser la recharge de batterie.

Panneaux solaires rigides: Les panneaux solaires rigides, selon leur utilisation, sont ceux qui permettent d'obtenir les meilleurs performances. En effet leur structure facilite le montage et permet de jouer avec l'inclinaison pour mieux capter les rayons du soleil. Il existe même des structures appelées 'suiveur ou tracker solaire' qui orientent de façon automatique le panneau vers le soleil permettant ainsi d'augmenter la production de 50 à 60%. Les panneaux solaires rigides à très haut-rendement dernière génération offrent encore plus de puissance pour une surface plus petite. Leur rendement est supérieur même par faible ensoleillement ou forte chaleur. Ces panneaux solaires sont parfaitement adaptés pour une utilisation en site isolé: marine, véhicule, habitation, pompage, etc.

Comment choisir un panneau solaire ?

1. Pour choisir un panneau solaire il faut tout d'abord déterminer la consommation prévisionnelle de vos appareils électriques à alimenter (voir les notices de vos différents appareils ou le tableau de consommations journalières). La logique de calcul est de cumuler les puissances nominales (W) de vos appareils électriques puis de les multiplier par le nombre d'heures (h) d'utilisation par jour (Wh/j).
2. En fonction de votre localisation en France et de la saison, divisez cette puissance quotidienne (en Wh/j) par un coefficient moyen de 1,5 vous obtenez ainsi la puissance nécessaire de votre panneau solaire en (W).

Il faut ensuite définir quel support est le mieux adapté à votre besoin, randonnée, bateau, camping-car, mobile-home, etc. : panneau solaire pliable (fixation sur un sac à dos ou mis à plat par terre), panneau solaire souple (fixation sur un taud, sur le pont ou le long des filières pour les bateaux), panneau solaire semi-rigide (fixation sur le pont d'un bateau) ou panneau solaire rigide (fixation sur portique pour bateau ou toit d'un camping-car).

A noter : Pour vous facilitez la tâche, il existe des kits spécifiques déjà 'dimensionnés' selon votre application incluant le panneau solaire, le régulateur, les éléments de fixation et la batterie: Les panneaux solaires peuvent être montés en parallèle sans aucun problème particulier, dans ce cas leur puissance s'ajoute. Les puissances annoncées par les constructeurs sont calculées par convention sur la base d'un niveau d'ensoleillement sur une surface plane horizontale de 1000 W/m². Dans les faits la puissance utile du panneau est fonction de l'ensoleillement et de son orientation.

Certains systèmes de régulation font varier dynamiquement la charge en sortie du panneau solaire pour optimiser la puissance fournie par celui ci. Ces régulateurs haut rendement permettent de gagner 15 à 30% de rendement. Cette technologie est appelée MPPT (Maximum Power Point Tracking). La tension d'un panneau solaire est également dépendante de la température. La puissance de référence est donnée pour 25°C. Pour chaque degré perdu environ 0,3% de puissance est perdue. Si la température augmente, cette puissance augmente de 0,3% par degré.

Utilisation de l'énergie produite

Deux utilisations de l'énergie produite sont envisageables:

le stockage dans une batterie.
l'utilisation directe.

Utilisation de batterie: Dans ce cas il faut retenir que si un panneau est connecté en direct à la batterie (sans régulateur), celui ci ne doit pas fournir plus de 1/60e de la capacité de la batterie afin d'éviter toute détérioration. Dans le cas d'un panneau plus puissant il est nécessaire d'ajouter un régulateur pour limiter la tension en fin de charge.

Utilisation directe: Un panneau solaire peut être utilisé en direct pour une pompe à eau, de petits appareils électroniques, l'éclairage. 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, idem pour des ordinateurs portables. 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 en direct): 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 permettant d'orienter la tension de sortie en fonction du besoin (régulateur). Ce type de mécanisme permet par exemple d'alimenter un appareil (typiquement l'éclairage) lorsque les batteries sont complètement chargées. On évite ainsi de perdre l'énergie en excédent.

Note: Si nécessaire un convertisseur transforme le courant continu (12V) des batteries en courant alternatif (220/230V). Pour vous facilitez la tâche, il existe des kits spécifiques selon votre application incluant le panneau solaire, le régulateur, les éléments de fixation et la batterie.