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Bilan énergétique

Bateau de grand voyage

 Alternateur

Introduction
Solutions pour le courriel
Utilisation de bilan
Le matériel nécessaire
FAQ
Conclusion
Liens

Maj : 15/12/05

Abstract :
Electricity is a big problem on board. We have a lot of devices and an important need of energy. It is necessary to fix ideas for preparing a boat with the good values of storage, there is no other way than batteries and how to charge them, and these options are more opened. Too much is heavy and expensive but less generate a lot of constraints and kill the dream.

Résumé :
L’électricité est un gros problème à bord. Nous avons un tas de matériel et un besoin important d’énergie. Il est nécessaire de fixer les idées pour préparer un bateau, avec les bonnes valeurs de stockage, il n’y a pas d’autres choix que les batteries, et comment les charger, ces options sont plus ouvertes. Trop fort est lourd et cher, trop faible génère un lot de contraintes et tue le rêve.

Introduction, les stratégies énergétiques

Nous allons traiter dans cette page des besoins en électricité d’après l’expérience acquise sur le catamaran de 50 pieds Itzamma qui croise à l’année dans les Antilles avec entre 2 à 10 personnes à bord.

Les croisières sur nos côtes européennes impliquent des spécifications très différentes, le bateau est souvent à quai avec eau et électricité, cela est exceptionnel aux Antilles. Il faut donc produire son eau et son électricité.
Nous allons envisager tous d'abord les trois possibilités, qui sont les orientations stratégiques de la politique énergétique du bord, choisir ce qui consomme et ce qui alimente.

Pour commencer, une pensée philosophico-énergético-vélocipédique, attribuée probablement à Conficius :
Plus tu pédales moins vite, moins tu vas plus vite et réciproquement…

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Les moteurs attelés

Le bateau a deux équipements attelés mécaniquement aux moteurs de propulsion, pour produire eau et froid. C'est la solution retenue sir Itzamma. Cela allège le bilan électrique du bateau mais oblige à tourner systématiquement deux fois une heure par jour. C’est une énorme contrainte à la longue, surtout quand l’équipage a décidé de buller quelques jours dans un petit mouillage de rêve.
C'est la solution commune sur le tiers de nos bateaux, mais l'expérience montre que ce choix présente de gros inconvénients en exploitation, son seul avantage est de limiter le prix et la masse du parc à batteries.
Devoir faire tourner les moteurs de propulsion à régime réduit, avec un rendement déplorable sur d'aussi longues durées devient insupportable. Le froid en particulier interdit de sauter des séances.
Cette solution bâtarde devrait être bannie dans la conception du bateau, elle s'est avérée une erreur stratégique.
Les moteurs se fatiguent pour rien et nous verrons qu'en route, moteurs en régime de croisière, nous ne produisons rien car les matériels attelés ne peuvent tourner qu'au ralenti et doivent être débrayés.

Entraînements mécaniques moteur tribord

Le compresseur Frigoboat à embrayage électrique et un des gros alternateurs supplémentaires.

 Moteur tribord

Entraînements mécaniques moteur bâbord

Le compresseur du déssalinisateur à embrayage électrique et un des gros alternateurs supplémentaires.

 Moteur bâbord

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Le bateau avec tous ses équipements électriques

Si l’on arrive d’une manière ou d’une autre à produire assez de courant, les moteurs diesels ne servent alors qu’à la propulsion et ne polluent pas un mouillage tranquille en incommodant équipage et voisins. Nous avons vu sur diverses pages que cette solution était la plus rationnelle en terme de confort de vie.
Nous développerons cette approche car elle s'avère très efficace, les problèmes rencontrés se limiteront aux moyens de diversifier les sources de charge.

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Le bateau électrique idyllique

Il n’existe pas encore, mais la pression de la vraie écologie risque de l’imposer à terme. C’est comme le bateau électrique précède, mais sans moteur thermique de propulsion. Un moteur électrique propulse le bateau, c’est le rêve absolu en qualité de vie. Nous traiterons dans une prochaine page sur la propulsion électrique des problèmes induits par les poids et prix des batteries et génératrices, ce qui est malheureusement le critère bloquant qui empêche ce formidable système de s'implanter.

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Les bilans sur Itzamma

Nous sommes dans le cas des moteurs attelés.

Les alternateurs d’origine sont conservés et ne servent qu’aux batteries de démarrage moteur 12 v 75 Ah (gel sans entretien). Par sécurité, aucun consommateur n‘est raccordé à ces batteries.

La charge du bord est principalement assurée par les deux gros alternateurs supplémentaires. Un alternateur est installé sur chacun des deux moteurs Yamnar 39 CV.
Ce sont des Leece 120 A 24 V avec de très bons régulateurs « 3 step Heart interface »

L’expérience montre qu’en exploitation, il s’avère indispensable de faire tourner chaque moteur une heure le matin et une heure le soir.
La raison principale est que deux équipements voraces sont attelés mécaniquement, embrayés électriquement, le déssalinisateur sur le moteur bâbord et le frigoboat sur le tribord. Ces deux fois une heure sont la rançon de la production d’eau et de froid mais aussi d’énergie électrique.
Le moteur avec le frigoboat tourne à 1200 t*min, celui avec le déssalinisateur à 2000 t*min ce qui impose en route une demi-allure avec moteurs déséquilibrés. Cela n’est quasiment jamais un problème, il y a presque toujours du vent et le bateau marche très vite sous voile, mais il est très désagréable de marcher sous voiles avec des moteurs en route. Quand la pleine puissance est nécessaire, les équipements sont débrayés.

Le déssalinisateur est un matériel qui pose bien des problèmes, il est traité dans une page dédiée qui montrera les problèmes et les solutions et les choix possibles d'installation : Les déssalinisateurs

 Alternateur

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Les monstres voraces

Ce sont les deux équipements entraînés mécaniquement, responsables des innombrables heures contraignantes de moteur au mouillage.

Le déssalinisateur est un matériel qui pose bien des problèmes, il est traité dans une page dédiée qui montrera les problèmes et les solutions et les choix possibles d'installation :
Les déssalinisateurs

Le réfrigérateur attelé Frigoboat est l'autre consommateur très exigeant, lui aussi décrit dans une page dédié qui comparera les diverses solutions pour produire du froid. Nous verrons que ce n'est pas la meilleure stratégie qui a été choisie :
La réfrigération à bord

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Le bilan électrique : Consommation

Bilan énergétique du catamaran Itzamma avec deux moteurs Diesel de propulsion.
Ce qui doit être pris en compte n’est évidement que les consommateurs permanents moteur arrêté.

Ces valeurs sont données sur la moyenne d’une navigation à l’année aux Antilles.

Les consommations sont exprimées en VA*jour, sauf dans les cas où la consommation dépend du programme du moment, par exemple les feux de navigation qui ne sont comptés que pour les navigations de nuit. Les chiffres extrêmes dépendent du nombre de personnes à bord.

Parc bâbord :

Congélateur (cuve de 105 litres, isolation maximale) 20-40 Ah*jour
Les écarts de consommations dépendent beaucoup du givrage qu’il faut éviter. La plaque givrée fait office d’isolant, la consommation double et la température ne baisse plus. Cette valeur est très basse à cause de la qualité de l’isolation et du groupe froid. Ce matériel donne toute satisfaction pour une consommation électrique très acceptable, compte tenu des températures externes élevées et du grand volume de congélation.

Lumière 10-20 Ah*jour
Il faut privilégier les néons à la lumière triste, ou bien mieux mais plus luxueux de bonnes rampes à leds blanches optimisées pour la tension du bord (pas 4 leds en série et une résistance qui dissipe quatre fois plus de puissance que celle fournie aux leds, comme souvent proposé. Les antiques lampes à filament chauffent et ont un rendement déplorable, elles sont à éliminer du bord.

 

Gros convertisseur 220 V de 800 W : 5 Ah*jour
Il sert très peu, mais par paresse et pour rester toujours disponible (pour le petit matériel électroménager) il reste toujours allumé. Ce bon matériel à une faible consommation à vide, l'éteindre quand il n'est pas sollicité diminuerait la consommation de moitié.

 

Feux de route : 5 A * temps d'utilisation
Ce sont des vulgaires feux à filament, en attendant des feux à leds qui consommeraient beaucoup moins. C'est la solution provisoire de facilité.

 

Parc tribord :

Standard C : 12-15 Ah*jour
Matériel satellite assez vorace car de conception ancienne, toujours allumé. C'est beaucoup comparé au congélateur car ce matériel n'est pas très utilisé.

 

Les 2 PC portables : 6-10 Ah*jour, en tout
C'est très peu pour les services rendus, un des PC au moins est presque toujours allumé (sauf la nuit au mouillage). Ils sont alimentés par un des convertisseurs 220 V et leurs blocs d'alimentation originaux, mais leur consommation est calculée séparément des autres matériels.

 

Pilote Autohelm 6000 : 1 A * temps d'utilisation
Il fonctionne avec une centrale hydraulique à pression et clapets, le bateau est très équilibré et la consommation s'avère inférieure à celle d’un petit mini Transat : Avec une pompe réversible, la consommation serait bien plus importante. Ce matériel est très satisfaisant et d'une sobriété étonnante.

 

Électronique de bord : Négligeable

 

Petit convertisseur 220V de 300 W : 2 Ah*jour
Il reste aussi toujours branché et sert à recharger les petits accumulateurs, les GSM et Cellular, l’Iridium. Avec un peu plus de rigueur, en ne l'allumant que le temps nécessaire, la consommation tomberait de moitié.

 

BLU : 5 Ah*jour
En réception 1.2 A, en émission 19 A sous 14 v (il y a une pompe 24 V > 14 V). Il est utilisé pour papoter avec les copains, lire les fax météo et surtout pour le trafic bilan. C'est très peu pour le service rendu.

 

Guindeau : Rien !
Malgré les centaines d'Ampères consommés, il n'est pas compté dans le bilan car compensé immédiatement par l'alternateur moteur chargeant au maximum. Les énergies consommées pendant que le moteur tourne ne sont jamais comptées car négligeables, le guindeau par exemple de 1500 W, représente en charge moyenne, chaîne modérément tendue, un tiers descente, deux tiers montée, environ 500 VA, soit 20 A en 24 V, totalement insignifiant pendant quelques minutes moteur en route.

Les démarreurs : Rien !
Il ne sont pas non plus pris en compte dans les bilans pour deux raisons.
La consommation est énorme, en centaines d'ampères, mais seulement pendant quelques secondes, l'alternateur moteur compense cela en quelques minutes.
Ce n'est pas le circuit du bord, le démarreur est en 12 V sur sa batterie moteur qui ne sert qu'à cela par sécurité.

 

Le total jour est estimé entre 100 et 120 Ah sous 24 V, mais évidement sans compter l’équivalent en énergie du frigoboat et du déssalinisateur que nous devons estimer afin de comparer avec une solution électrique beaucoup moins contraignante.

 Alternateur

Nous allons essayer d'estimer quel aurait été le surcoût en énergie si les malencontreuses solutions attelées n'avaient pas été retenues.
Il semble que les meilleurs résultats annoncés par les constructeurs de déssalinisateurs évoquent une dépense d'énergie de l'ordre de 100 W pour 30 litres d'eau produite, soit 4 A sous 24 Volts.
Si nous estimons nos besoins moyens à une centaine de litres par jour, nous pourrions considérer qu'une consommation d'environ 15 Ah, disons 20 Ah*jour en ajoutant la pompe de gavage.
Pour ma part cela me parait très faible et j'aimerai bien connaître le retour d'expérience des autres bourlingueurs pour savoir si ce chiffre n'est pas ridicule.
Déssalinisateur électrique : 20 Ah * jour (pour 100 litres)

Avec le bac très bien isolé, la consommation du groupe frigorifique peut être estimée à environ 2.5 A sous 24 volts, avec un temps de fonctionnement estimé à 4 heures par jour.
Réfrigérateur électrique : 10 Ah * jour

En équivalence tout électrique nous pouvons donc considérer que 150 Ah par jour sous 24 volts (soit 3.6 kW) compenserait les dépenses du bord.

Besoins quotidiens équivalents sur Itzamma :

150 Ah sous 24 V

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Le bilan électrique : Recharge

Après les consommateurs qui vident les batteries, il faut maintenant s'intéresser au moyen de les recharger. Il est évidemment très facile de vider les batteries, mais plus difficile de les recharger (Lapalissade énergétique !)

L'aérogénérateur : 12 à 20 Ah*jour ou plus

Notre aérogénérateur, malheureusement d'un modèle très médiocre et bruyant fournit environ 20 Ah*jour dans l’Alizé musclé, ce qui pourrait économiser 20 minutes de moteur sur les 2 heures quotidiennes, mais ce gain doit être tempéré car il transmet de telles vibrations à la structure très rigide du bateau qu’il faut le bloquer la nuit, ce qui ramène l’apport effectif à une douzaine d’Ah*jour (en 24 V).
Des bipales plus sophistiqués fournissent beaucoup plus avec moins de nuisances, les meilleurs matériels frisent les 100 W*jour par vent soutenu.

 

Les panneaux solaires : 120 Ah*jour si bien équipé

Itzamma n’a pas de panneaux solaires pour des questions de coût et de fardage, mais des copains ayant des bateaux et des programmes équivalents installent 4 panneaux Siemens de 100 VA en 24 V. En les orientant bien sous le soleil des tropiques, les panneaux fournissent une énergie importante une dizaine d'heure par jour, avec une pointe de 4 A par panneau à midi. Il est possible de tirer 30 Ah*jour par panneau, donc avec les quatre panneaux 120 Ah*jour, ce qui est énorme.

 

Le groupe Stirling : 800 Ah*jour si équipé

Malheureusement, Itzamma n'en possède pas, pour une simple question de budget. Un tel matériel aurait trouvé sa place dans un compartiment moteur et nous aurait fourni 35 A sous 24 V sans la moindre nuisance, soit 35*24 = plus de 800 Ah*jour, un appoint qui permet une solution toute électrique sereine, sana plus jamais faire tourner les moteurs au mouillage. Un petit groupe diesel ferait aussi bien en termes de puissance, mais avec le bruit et les vibrations en plus.
Voir ici les détails sur le groupe Stirling

 

Si nous avions choisi ces énergies complémentaires...

Pour un bateau qui disposerait d'un bon aérogénérateur, des panneaux et d'un groupe silencieux, le choix aurait évidemment été de ne rien atteler. Cela permet de ne quasiment plus jamais faire tourner les moteurs à vide.
Nous avons vu que les deux heures de moteur quotidien indispensables sur Itzamma servaient surtout pour le frigoboat et le déssalinisteur et très peu pour la charge batterie (en termes d’énergie transférée), car les batteries n'acceptent pas une charge rapide. Les énergies complémentaires étant active pour de très longues durées sont bien mieux adaptées aux batteries.

 

Le problème des forts courants de charge

L’énergie électrique fournie par les deux alternateurs en 2h est seulement de 120 Ah, soit par moteur un courant de 40 A, grâce à la grande performance des régulateurs. Avec un régulateur basique, ce serait beaucoup moins.
La puissance fournie par un moteur pour entraîner un alternateur P=V*I= 24*20 ,= moins de 500 VA, soit 2/3 de CV ( 1 CV = 736 W).
Une fois de plus, nous voyons que la puissance prélevée par la charge, moins d’un CV sur un moteur qui donne 39 CV à vitesse nominale et la moitié en bas régime est très faible, de l’ordre de quelques pourcent de l’énergie mécanique disponible.
Ces alternateurs doivent supporter le régime maximum, il sont donc très mal optimisés quand les moteurs tournent au ralenti, à la moitié ou au tiers de la vitesse pour laquelle ils sont conçus.
Il serait évidement bien plus rationnel en terme de rendement énergétique de réserver les moteurs à la propulsion est d’avoir un petit de quelques CV qui serait optimisé pour les consommations du bord et tournerait en silence sans user les moteurs de propulsion.
Mais ça y est, moteur je viens d'inventer le groupe électrogène insonorisé, je suis un génie né trop tard !
Cette solution serait parfaite, mais impose un surcoût et un poids supplémentaire important.

Il est évident, pour de multiples raisons, qu'il est toujours bien préférable de charger longtemps à courant faible que peu de temps à courant fort !

L’énergie est stockée dans deux parcs de batteries 24 V de 170 Ah (2*2 unités de 12 V en série) à électrolyte gélifiée.
La durée de vie estimée des batteries est de trois ans.

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L'équivalence tout électrique

Dans le cas d’un projet de bateau utopique équivalent tout électrique, c'est à dire sans moteur diesel de propulsion, il faudrait évidement rajouter
Le guindeau, moins d’un kW (50 A sous 24 V) pendant moins de 10 minutes.
Guindeau : 10 Ah * jour

Cela est évidemment négligeable quand il faut rajouter la propulsion qui représente une énergie considérable.

A titre d’exemple un seul moteur de 50 CV équivaut à 37 kW (vous avez bien noté kilo Watt !) donc en 24 V environ 1500 Ampères, ce qui est inacceptable.

Une future page développera la propulsion électrique, mais pour le moment ce n'est pas encore à la mode, les batteries ne sont pas encore disponibles en terme de poids et de coût. Le bateau électrique serait en 110 V continu afin de diminuer les pertes. Il n'y a évidemment pas de magie, le diesel d'entraînement du générateur serait le même que le moteur de propulsion diesel, il faudrait rajouter le poids du générateur et du moteur électrique.
Les batteries ne pourraient assurer la propulsion en vitesse lente que pendant une dizaine de minutes, mais cela est souvent suffisant pour quitter ou prendre un mouillage en sécurité.

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Autres bilans complémentaires

Soleil Bleu en Méditerranée

Voici un autre bilan très intéressant fait par nos amis Francis et Nathalie.
Soleil Bleu est un Super Maramu de chez Amel qui navigue en Méditerranée. Il est mouillé à l'année à Monastir. Ces relevés ont été faits au mois d'Août 2003 caniculaire.
À cette latitude, les panneaux solaires ont un rendement nettement moins bon que sous les tropiques.
 Soleil Bleu

Voir la page du bilan de Soleil Bleu

 

La Mauny aux Antilles

Un autre bilan de copains très sympathiques. La Mauny est un catamaran Punch, construit par Multicap Caraïbes sur lequel naviguent à l’année Elisabeth, Didier et leur fils Amaury.

Le bateau n'a pas encore de page web

La Muny

Charger le fichier Excel zippé (5 ko) du bilan la Mauny

 

Bahia aux Antilles

J'habite sur un catamaran aux Antilles 6 mois de l'année : catamaran-antilles.com
Nous sommes restés souvent plus d'un mois au mouillage et ce sans jamais allumer un seul moteur pour produire de l'énergie.
Production: 4 panneaux de 75 watts en 12 volts (orientables, gain environ 25%)
Consommation estimée à 80 ampères/jour au mouillage.
Je possède un déssallinisateur marque Livol à récupérateur d'énergie et sa consommation mesurée est de 10 ampères heure soit pour 30 litres heure.

Voir la page du bilan de Bahia

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Conclusion

Ne prenez pas à la légère le bilan électrique de votre futur bateau. Les erreurs se payent cher, il est très compliqué une fois le bateau fini et en navigation, de rattraper des choix désastreux, alors que tout est simple au moment de la construction.
En résumé, privilégiez le tout électrique, n'attelez rien, sauf évidemment de gros alternateurs supplémentaires et multipliez vos sources de charge performantes.
Une page développe ces notions générales : Énergie du bord

Si vous avez fait un bilan précis du bord, contactez-moi, je compléterai cette page en ajoutant vos relevés.

 

 

Liens

Les liens énergie, batteries, diodes, alternateurs, convertisseurs,..., étant très liés, tout est regroupé dans une seule page: Liens énergie

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