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UN MINI-GÉNÉRATEUR PHOTOVOLTAÏQUE 12 VOLTS Utilisation n° 4. UN PETIT BATEAU SOLAIRE — DIFFICULTÉ : MOYENNE. TEMPS : 2 JOURNÉES Je vous propose de réaliser une petite embarcation photovoltaïque. Comme moi, vous apprécierez les promenades sur les rivières et canaux proches de chez vous. Certes, vous ne ferez pas de la vitesse, surtout en solaire « pur », mais ce n’est pas le but. Par contre, sans pollution et en silence, vous profiterez pleinement du spectacle de la nature aquatique.

COMMENT

ÇA MARCHE ? N’ayant pas les moyens de réaliser un véritable bateau solaire, j’ai « solarisé » une barque propulsée

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par un moteur électrique. Pour ce prototype « minimaliste » et pour le moins hors norme, mais fonctionnant néanmoins

INTÉRÊT :

POINTS FAIBLES :

- autonomie - carburant soleil.

- prix élevé - utilisation de batteries.

parfaitement, j’ai surtout utilisé des éléments de « récup’» ou que je possédais déjà. Mais en fonction de vos possibilités et pour un prix certes conséquent, vous pouvez acheter tout le matériel en neuf. Âgé de 30 ans, le bateau utilisé possède une double coque en polyester et peut embarquer quatre personnes. Avec le poids du

matériel installé (voir plus loin), il est raisonnable de limiter les passagers à trois, voire deux. Bien entendu, vous pouvez utiliser n’importe quelle barque en plastique ou en bois, à condition qu’elle soit légère. Supportés par une « pergola » en bois, les capteurs ne risquent pas d’ombrage par un accessoire du bateau ou ses occupants. Et ils constituent un grand parasol, appréciable en été !

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MATÉRIEL ÉLECTRIQUE

Le moteur Pour propulser ce frêle esquif, le moteur n’a pas besoin d’être puissant. Un petit modèle électrique de type « hors-bord », fixé au tableau arrière, convient parfaitement : il est utilisé pour les barques de pêche en rivière ou de chasse à l’affût. Sa tension nominale de 12 V est fournie par une batterie. Celui que j’ai utilisé pèse moins de 8 kg. Sa puissance maxi est de 430 W, soit moins de 1 cheval. Il possède 5 vitesses avant et deux arrière. Sur la plus petite vitesse (hélice immergée), il ne « tire » que 8 A, soit environ 100 W. Un moteur moins puissant peut convenir, ce qui compte c’est son rendement : sur sa fiche technique, vérifiez (si elle est donnée) sa poussée en kg, en fonction du courant consommé.

l Déshabiller Pierre pour habiller Paul : cinq capteurs « empruntés » à la micro-centrale photovoltaïque à la Maison du Soleil.

Les capteurs photovoltaïques Il faut « déployer » le maximum de surface, donc toute celle du bateau: environ 3 m2. Par chance, la puissance “crête” des capteurs photovoltaïques courants est justement comprise entre 120 et 130 W/m2, ce qui donne une puissance totale de 360 à 390 W, proche de celle du moteur. En revanche, les capteurs “amorphe” sont inappropriés car deux fois moins puissants à surface égale. Pour les essais, j’ai utilisé 5 capteurs de 70 Wc provenant de ma microcentrale photovoltaïque raccordée au réseau, âgée de 15 ans. Leur longueur (1,19 m) correspond à la largeur du bateau (1,20 m) et leur largeur cumulée (5 x 0,53 m) est de 2,65 m, à peu près la longueur du

bateau (2,60 m). En cas d’achat de capteurs pour cet usage, choisissez ceux qui délivrent le plus de puissance par m2 (voir p. 16). Pour rester en 12 V, les capteurs seront branchés en parallèle (voir p. 10).

La batterie Pour un bateau, le facteur poids est moins déterminant que pour un véhicule terrestre (voiture, vélo). Placée au fond de la coque, la batterie peut même avoir un effet favorable sur sa stabilité en abaissant le centre de gravité. Vu le prix des batteries au lithium (plusieurs milliers d’euros pour ce petit bateau!), j’ai utilisé des batteries que je possédais déjà (d’occasion): au plomb-gel, adapté à cet usage.

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Par rapport à la puissance « max » du moteur (430 W, soit 36 A), la capacité de la batterie doit être au minimum 3 fois supérieure au courant « pompé »: 36 x 3 = 108 Ah. Pour avoir une bonne marge de sécurité et d’autonomie (au moins 3 h à pleine puissance) et sachant qu’on ne doit les décharger qu’à 50 %, il vaut mieux opter pour une capacité de 200 Ah. Les batteries dont je dispose faisant 100 Ah, j’en ai couplé deux en parallèle. Pour des raisons de poids et dans ce cas précis, il vaut mieux éviter d’utiliser une seule batterie de 200 Ah, pesant 60 kg!

Le régulateur solaire La puissance du panneau solaire (350 Wc – 29 A) requiert un « gros » régulateur de 30 A, obligatoirement un modèle « intelligent » (voir p. 18). Seule la fonction « charge » est utilisée, car le courant pompé par le moteur à sa puissance maxi dépasse la capacité du régulateur en décharge (30 A également): sinon, il faut utiliser un régulateur encore plus puissant (et plus cher…). Le moteur sera donc branché directement sur la batterie avec du câble de forte section (16 mm2), avec un coupecircuit de 50 A. Mais la batterie ne sera pas protégée de la décharge profonde (supérieure à 50 %) et il faudra surveiller sa tension.

Le voltmètre et l’ampèremètre Bien que le régulateur ait un

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afficheur numérique, il ne sera pas forcément en mode “voltmètre” et l’affichage sera peu visible, de l’arrière du bateau. Pour bien surveiller la tension de la batterie il vaut mieux ajouter un voltmètre. Par exemple un modèle à affichage numérique, auto-alimenté par la batterie (voir p. 97 et 101). Un ampèremètre de tableau (40 à 50 A) permet de connaître le courant absorbé par le moteur, en fonction de la vitesse.

Le tableau de bord Placé au centre du bateau, juste derrière les batteries, il rassemble les organes de contrôle (régulateur, ampèremètre, voltmètre) et de sécurité : coupe-circuit, coupebatterie.

Les câbles électriques Par rapport au courant maximal et aux longueurs de câbles entre les principaux organes (capteurs, régulateur, batterie), voici les sections requises, pour une perte inférieure à 5 % : - 2 x 1,5 mm2 (capteurs — boîte de connexion) - 2 x 2,5 mm2 (boîte de connexion — régulateur et régulateur- batterie) - 10 à 16 mm2 (liaisons interbatteries et batterie — tableau électrique). Pour des raisons pratiques, les deux premiers sont souples (gaine en plastique ou en caoutchouc) et le troisième rigide : gaine rouge pour le « + », bleue pour le « – ».

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MATÉRIEL UTILISÉ

Matériel électrique - 1 moteur hors-bord électrique 12 V – 430 W - 5 capteurs photovoltaïques 12 V – 70 Wc - 1 régulateur solaire 12 V – 30 A - 2 batteries plomb-gel 12 V – 100 Ah - 1 bloc de 3 coupe-circuits 50 A + cartouches 50 A - 1 coupe-batterie à clé - 1 voltmètre à encastrer 30 V - 1 ampèremètre à encastrer 40 ou 50 A - 6 m de câble électrique gainé 2 x 1,5 mm2 - 1 m de câble électrique gainé 2 x 2,5 mm2 - 2 m de câble électrique 16 mm2 (gaine rouge) - 2 m de câble électrique 16 mm2 (gaine bleue) - 1 boîte de dérivation à 6 sorties dominos électriques (gros + moyens) - 2 cosses électriques à œil, pour câble 16 mm2

- 8 vis agglo tête fraisée 4 x 70 mm - 10 vis agglo tête fraisée 4 x 45 mm - vis agglo 3 x 10 mm - 20 vis autoperceuses 4 x 60 mm - 1 vis autoperceuse 4 x 20 mm - 8 rondelles larges.

Divers - 1 sangle de serrage - colle silicone - ruban adhésif fort - peinture ou lasure.

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POIDS Pour la version présentée, à celui du bateau (36 kg), il faut ajouter 121 kg de matériel : - capteurs : 7,1 x 5 = 35,5 kg

- batteries : 32,2 x 2 = 64,4 kg - moteur : 7,7 kg - bois : 9 kg - quincaillerie et matériel électrique : 4,4 kg. Le poids total est de 157 kg, sans compter… celui du capitaine ! L’ensemble est aisément transportable, avec une petite remorque, sur une galerie (avec barres de toit) ou à l’intérieur d’un fourgon. Vous pouvez réduire ce poids en utilisant : - des capteurs minces, sans cadre : gain d’une quinzaine de kilos - 1 seule batterie de 120 Ah, mais pouvant être vidée à 80 % (technologie AGM, voir p. 20) : gain d’une trentaine de kilos.

Le gain de poids total peut donc atteindre 45 kg, soit un tiers.

L’OUTILLAGE

NÉCESSAIRE - scie (sauteuse ou égoïne) - scie cloche (ou lame de scie à chantourner) - perceuse ou perceuse-visseuse + embouts de vissage - tournevis cruciforme - pince multiprise ou clé plate de 17 - clé à pipe de 10 ou 13 - clé plate de 7 - cutter forets à bois de 3, 5 et 10 mm - mètre ruban, règle, crayon - lime à fer et papier de verre - outillage électrique de base (voir p. 34).

Bois - 8 tasseaux (sapin ou red cedar, plus léger) de 50 x 30 mm : 2 de 240 cm ; 2 de 119 cm ; 4 de 90 cm - 4 liteaux de 20 x 20 mm x 2,40 m - 1 planche de contreplaqué extérieur 10 mm : 35 x 40 cm

Quincaillerie - 4 tire-fonds de 5 x 70 mm + 4 rondelles - 4 vis agglo tête fraisée 5 x 90 mm l Le matériel nécessaire au montage.

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MONTAGE

1. Assembler et fixer au bateau le châssis en bois, support des capteurs Le red cedar est imputrescible et léger, mais pour quelques kilos de plus, vous pouvez utiliser le bois à votre disposition. Les différents éléments de la structure sont vissés dans la coque du bateau (montants verticaux) et entre eux (barres horizontales). 1. À l’avant et à l’arrière des rebords externes de la coque, percez un trou de 5 mm pour chacun des 4 montants verticaux de 0,90 m. Faites des avant-trous au foret de 3 mm. Avec la clé de 10, vissez les 4 tire-fonds, équipés d’une rondelle. 2. Au sommet des montants verticaux, fixez (à l’avant et à l’arrière) les 2 barres horizontales de 1,19 m. À chaque extrémité, percez un avanttrou de 3 mm. Fixez-les avec les vis

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de 90 mm. avec les vis de 70 mm, fixez une traverse de 2,40 m de chaque côté et au bord des barres horizontales: elles dépassent de 20 cm à l’avant et à l’arrière. 3. Peignez ou lasurez les parties en bois.

2. Fixer les capteurs sur le châssis en bois Connectez les câbles électriques en sortie des capteurs: une fois ceux-ci fixés, vous ne pourrez plus ouvrir les boîtes de connexion car les tasseaux sont plus larges que les cadres des capteurs. Travaillez à l’ombre ou couvrez les capteurs, pour éviter les éventuels arcs électriques (sans danger) aux extrémités des câbles de connexion. 4. Dans le câble gainé 2 x 1,5 mm2, coupez 5 longueurs de 1,20 m. Dégainez les deux extrémités sur 5 cm. Dénudez les fils sur 1 cm,

étamez-les. Ôtez les vis de la boîte de connexion d’un capteur, ouvrez-la. Passez une extrémité du câble dans le presse-étoupe. Après avoir desserré son écrou en plastique, raccordez les fils « + » et « – » au bornier (ici, une barrette de dominos) et serrez les vis. Renouvelez l’opération pour les autres capteurs. Après avoir serré les presse-étoupe pour l’étanchéité aux passages des câbles, refermez les boîtes de connexion. Nota. Au dos du capteur, il y a un schéma de branchement. Dans le doute, exposez le capteur à la lumière. Au multimètre, vérifiez la tension de sortie entre les bornes repérées (environ 20 V) et la polarité. 5. Posez jointivement les capteurs sur le châssis en bois. Les capteurs dépassent de 12 cm à l’avant et à l’arrière: cela ne gêne pas la tenue mécanique.

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LES BRANCHEMENTS ÉLECTRIQUES.

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6. Ainsi coiffé de 35 kg de capteurs, le châssis n’est pas stable: il faut le contreventer, c’est-à-dire le rigidifier. Le plus simple est de visser des tasseaux de 20 x 20 mm: - entre l’avant (en haut) et l’arrière (en bas) pour la rigidité avant-arrière - en croisillon à l’avant ou à l’arrière (voire les deux si cela ne suffit pas) pour la rigidité latérale. Certes, le bateau ressemble alors un peu à une cage et son accessibilité en pâtit, sans compter la visibilité. J’ai réalisé ce contreventement de fortune pour effectuer rapidement les essais sur l’eau. Pour faire plus esthétique et moins gênant, on peut (par exemple) visser des triangles de contreplaqué à chaque angle du châssis, en partie haute. 7. Pour fixer les capteurs au châssis, utilisez des vis autoperceuses de 60 mm, traversant les longs tasseaux et les cadres en alu (2 de chaque côté, pour chaque capteur). 8. Coupez les 6 presse-étoupe de la boîte de dérivation. Passez les 5 extrémités libres des câbles des capteurs dans les trous. 9. Branchez les capteurs en parallèle en raccordant ensemble les 5 fils « + » et les 5 fils « - » à un gros domino électrique. Serrez bien les vis, pour un bon contact électrique. À l’intérieur de la boîte, étanchéifiez les presse-étoupe au mastic silicone. 10. Avec une vis autoperceuse de 20 mm, fixez la boîte de dérivation au « plafond »: sur la cornière entre le 2e et le 3e capteur en partant de l’avant. Avec de l’adhésif fort, fixez les boucles des câbles électriques qui pendent (voir p. 136, photo 25).

3. Réaliser le tableau de bord et le câblage entre le régulateur, la batterie et les coupe-circuit 11. Sur la planche de contreplaqué, fixez les coupe-circuit, le coupebatterie, le régulateur, le voltmètre et l’ampèremètre. Pour ce dernier, faites (à la scie cloche ou à la scie sauteuse, avec une lame de scie à chantourner) un trou de 5 cm de [. au foret de 10 mm, percez des trous en regard des borniers, pour le passage des câbles (capteurs, batterie…) à l’arrière du tableau de bord . 12. Posez les batteries au milieu ou au tiers avant de la coque (selon les personnes qui seront embarquées, pour équilibrer les charges). Avec une sangle de maintien, solidarisez le tableau de bord avec les batteries. 13. Pour raccorder les batteries en parallèle, avec le câble électrique de forte section (10-16 mm2), voici une technique simple, mais qui a fait ses preuves chez moi, depuis plus de 15 ans. Néanmoins, des cosses à œil serties (voir p. 134) sont plus orthodoxes. Au cutter, dénudez l’extrémité sur 40 mm. À la pince, formez une boucle avec les fils de cuivre. 14. À la borne de la batterie, intercalez la boucle entre 2 rondelles larges et enfilez le boulon (fourni avec la batterie) dans le filetage femelle de la borne. 15. Serrez bien le boulon à la clé (de 10 ou 13, généralement) pour un bon contact électrique. Renouvelez l’opération pour les 4 bornes:

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2 « + » (rouge) et 2 « - » (bleu). 16. Pour coupler les batteries en parallèle (voir p. 22), raccordez les 2 câbles « + » et les 2 câbles « - » à un gros domino, après avoir dénudé les extrémités sur 15 mm. Important: Les câbles reliant les batteries entre elles doivent être de même longueur, pour ne pas favoriser une batterie en cours de charge et de décharge. 17. Raccordez le coupe-batterie à clé aux batteries: après avoir fait traverser le tableau électrique par le câble rouge de forte section, utilisez la même technique que pour raccorder les batteries (voir p. 133). Insérez la boucle entre les rondelles de l’une des bornes du coupe-batterie, serrez l’écrou arrière. Renouvelez l’opération pour la seconde borne. L’un des câbles sera raccordé au « + » du domino des batteries, le second sera raccordé à l’ampèremètre.

I m p o r t a n t : Le coupe-batterie à clef permet de déconnecter les batteries. Il présente deux avantages: - pouvoir être actionné rapidement en cas d’urgence : problème électrique, poignée d’accélérateur du moteur bloquée… - avoir une fonction antivol : le moteur ne démarre pas sans la clé ! Mais il ne remplace pas un vrai coupe-circuit de bateau, accroché au poignet du « pilote » et qui coupe le moteur en cas de chute à l’eau du pilote : une dépense recommandée ! 18. À l’arrière du tableau, raccordez à l’ampèremètre le câble venant du coupe-circuit à clé. après l’avoir coupé à la bonne longueur, dénudez l’extrémité sur 10 mm, insérez la cosse à œil et sertissez (avec la pince à sertir, voir p. 34). Faites remonter la gaine de plastique de la cosse jusqu’à l’œil.

19. Avec une clé de 7, boulonnez la cosse à l’une des bornes de l’ampèremètre. Effectuez la même opération pour l’autre borne. Le nouveau câble électrique va rejoindre le coupe-circuit 50 A, par un trou du tableau. 20-21. Coupez ce câble à la bonne longueur. Dénudez l’extrémité sur 15 mm, insérez-la à l’entrée du coupe-circuit et serrez la vis avec le gros tournevis plat. Coupez 30 cm de câble 10-16 mm2 gainé bleu. Dénudez les deux extrémités sur 15 mm. Branchez une extrémité au gros domino commun aux câbles « - » des batteries. Passez l’autre extrémité dans le trou du tableau électrique. 22. À l’avant du tableau, branchez les fils dénudés dans le second coupe-circuit du bloc de coupecircuit 50 A.

COUPE-CIRCUIT 50 A : UNE ALTERNATIVE ÉCONOMIQUE

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Vous ne disposez pas de ce type de matériel, qui est difficile à trouver et cher? Utilisez deux coupe-circuits 20 A, branchés en parallèle. À partir de 2 dominos, « dédoublez » les câbles d’entrée et de sortie. Solidarisez les leviers d’ouverture à l’aide d’une petite plaque (d’alu ou de bois dur) percée et vissée. Enfermez les coupe-circuits dans un boîtier. Cet ensemble constitue un coupecircuit de 40 A. Les électriciens trouveront sans doute ce branchement peu orthodoxe, mais cela fonctionne… l Deux coupe-circuits 20 A En revanche, vous devrez légèrement modifier le branchement électrique du “accouplés”. moteur (voir plus loin).

l Coupe-circuits ouverts : on aperçoit les cartouches 20 A.

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Extrait Petits montages photovoltaïques - Éditions Ulmer  

Un livre qui s'intéresse exclusivement aux applications pratiques de l'électricité solaire pour les amateurs.

Extrait Petits montages photovoltaïques - Éditions Ulmer  

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