Très vite, l’autonomie énergétique est devenue une composante essentielle du projet Windelo. Comparativement à un véhicule électrique ou un simple appareil rechargeable, la gestion de l’énergie sur un voilier hauturier est plus subtile.
À bord des catamarans Windelo, la production, le stockage et la consommation d’énergie se font simultanément.
La production d’électricité dépend de plusieurs variables telles que les conditions météorologiques, la vitesse du bateau ou la source d’énergie sollicitée (Solaire, Eolien, Hydro ou Génératrice).
Deux notions entrent en synergie. D’une part, l’équilibre énergétique(production / consommation) qui exige des sources d’énergie puissantes et d’autre part, la capacité de stockage des batteries qui doit répondre aux pics de consommation et compenser les baisses de production.
Par ailleurs, afin de garantir la sécurité en mer, une réserve énergétique doit également être envisagée, c’est la raison pour laquelle les catamarans Windelo sont équipés en série d’une puissante génératrice diesel, capable d’assurer la propulsion moteur de près de 1000 milles nautiques.
En Synthèse
L’autonomie énergétique à bord d’un Windelo repose sur une production d’énergie variée, une importante capacité de stockage batterie et une génératrice assurant une réserve d’énergie alternative.
Electric & hybrid drive system
220V / 110 SYSTEM
48V System
24V System
Source distribution
Shore supply
16A - 32A
Generator(s)
17.9 kW - 35.8 kW
Photovoltaic solar
panels up to 6000W
Wind turbine
400 W - 800 W
Transformation / Energy
Charger / Inverter
10 kVA
Propulsion Batteries
53.8 kWh / 1120 Ah 48 V
Service Batteries
6,7 kWh - 13.4 kWh
Distribution
AC 230 V / 110 V
Port Engine
20 kW
Starboard Engine
20 kW
DG 24 V
Équilibre énergétique
L’équilibre production / consommation est une des clés de l’autonomie énergétique. Les Windelos sont conçus pour assurer une production d’énergie constante permettant de naviguer en « autosuffisance énergétique » sans recourir aux énergies fossiles. Pour autant, l’équilibre énergétique suppose-t-il une consommation minimaliste et une surveillance drastique des flux d’énergie ?
Nous avons dimensionné les systèmes du Windelo afin de permettre une navigation à la fois confortable et éco-responsable. Nous l’illustrons à travers trois scenarios d’utilisation qui permettent d’atteindre l’équilibre énergétique grâce au solaire et à l’hydro-génération, sans puiser dans la capacité des batteries.
Dans les simulations qui suivent, la production d’énergie verte suffit à couvrir l’ensemble des besoins journaliers en électricité.
Les catamarans Windelo sont conçus pour les voyages ambitieux et les longues traversées. Grace à leurs carènes élancées et leurs plans de voilure puissants, ils évoluent rapidement même par vent faible et sont capables de vitesses permettant une production constante d’énergie par hydro-génération.
À la différence de voiliers plus lourds, les Windelo peuvent naviguer exclusivement sous voile et se passer de leurs moteurs, réduisant d’autant leur consommation électrique. À bord d’un Windelo la performance et l’autonomie énergétique œuvrent en synergie.
En programme océanique, les besoins énergétiques du bord sont principalement ceux de la centrale de navigation, du pilote, du dessalinisateur et des équipements de service (éclairages, pompes, électroménager). Selon les saisons et des latitudes, l’usage du chauffage thermique peut également s’avérer nécessaire.
Les catamarans Windelo bénéficient d’une excellente ventilation naturelle, ce qui permet aisément de se passer de climatisation en navigation.
Répartition des besoins électriques journaliers en Scenario Hauturier :
En navigation hauturière, la production d’énergie par hydro-génération est privilégiée, puisque le bateau est constamment en mouvement.
Si la force du vent ne permet pas d’atteindre une vitesse suffisante, la production solaire constituera alors une source d’énergie alternative. Avec des conditions de vent et d’ensoleillement optimales, les deux sources d’énergie se cumuleront, jusqu’à obtenir la recharge complète des batteries.
Équilibre énergétique en scénario hauturier :
1 - 12 heures d’hydro-génération à 10 nœuds de vitesse moyenne couvrent les besoins journaliers en électricité.
Note : La production d’hydro-éléctricité nécessite une vitesse de navigation supérieure à 8 nœuds, atteinte par un vent apparent de 15 nœuds.
2 - L’équilibre énergétique peut également s’obtenir par la production des packs solaires suivants :
- Pack 1 : 1180 W – 24 V
- Pack 2 : 2325 W – 48 V
Note : L’intensité de l’ensoleillement varie au cours de la journée en fonction de l’angle du soleil et des ombres portées. Pour une estimation plus linéaire de la production quotidienne, nous calculons celle des panneaux solaires sur la base de 35% de leur puissance crête. Cette simulation suppose un ensoleillement moyen de 80%.
Détail du scénario hauturier :
*Électronique de navigation 24/24H
*Motorisation électrique : 0H
*Climatisation : 0H
*Chauffage : 3H
Production solaire journalière :
*35% de la puissance crète
Hydro-génération :
*Temps d’hydro-génération : 12H
Ce programme de navigation requiert d’avantage d’énergie car il cumule l’utilisation de l’ensemble des équipements de bord et celle des moteurs électriques.
Dans ce scénario de cabotage, le bateau navigue 10 heures par jours dont une heure au moteur pour permettre l’approche de la zone de mouillage.
La climatisation est également sollicitée, elle est alimentée par le parc de batteries lithium via un convertisseur.
Répartition des besoins électriques journaliers en scenario côtier :
Production & équilibre énergétique :
Dans le cadre du scénario « côtier », la production cumulée des packs solaires suivants couvrent 84% des besoins électriques :
- Pack 1 : 1180 W – 24 V
- Pack 2 : 2325 W – 48 V
- Pack 3 : 1170 W – 48 V
- Pack 4 : 1205W – 48 V
Comme dans le scénario hauturier, la production des panneaux solaires est calculée sur la base de 35% de la puissance crête.
4H d’hydro-génération à une vitesse supérieure à 8 noeuds couvrent 16% des besoins électriques du bord, permettant ainsi d’atteindre l’équilibre énergétique.
Détail du scénario côtier :
*Électronique de navigation 24/24H
*Motorisation électrique : 1H
*Climatisation : 3H (24-50 kBTU)
Production solaire journalière :
*35% de la puissance crète
Hydro-génération :
*Temps d’hydro-génération : 4H
Dans cet exercice, le Windelo joue la carte du confort et de la qualité de vie en déployant son panel d’équipements de service.
La propulsion électrique et le matériel de navigation (winchs électriques, guindeau, pilote…) ne sont pas utilisés et aucune hydro-génération n’est possible. La production d’énergie est donc entièrement assurée par les panneaux solaires.
Dans ce scénario, nous envisageons l’usage courant des appareils électroménagers 220V, ainsi que 3 heures de climatisation pour un maximum de confort.
Répartition des besoins électriques journaliers en scenario mouillage :
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Production & équilibre énergétique :
Dans le cadre du scénario « mouillage », la production cumulée des packs solaires suivants couvrent 95% des besoins électriques :
- Pack 1 : 1180 W – 24 V
- Pack 2 : 2325 W – 48 V
- Pack 3 : 1170 W – 48 V
Comme dans les scénarios précédents, la production des panneaux solaires est calculée sur la base de 35% de la puissance crête.
Détail du scénario mouillage :
*Electronique de navigation 24/24H
*Motorisation électrique : 0H
*Climatisation : 3H (24-50 kBTU)
Production solaire journalière :
*35% de la puissance crète
Hydro-génération :
*Temps d’hydro-génération : 0H
Un générateur en back up
Les catamarans Windelo sont équipés en série d’une génératrice diesel 48 V / 18 kW alimentée par 500 L de carburant.
Cette abondante réserve d’énergie permet au besoin de recharger rapidement les batteries, de maintenir la propulsion moteur sur de longues distances (+/- 1000 milles nautiques) et de garantir le fonctionnement des équipements de bord lorsque les batteries sont vides.
Grâce à la propulsion électrique secondée par génératrice, les performances et l’autonomie au moteur des catamarans Windelo sont comparables à celles de bateaux équipés de moteurs thermiques. L’hybridation diesel apporte le supplément de puissance nécessaire pour faire face aux conditions météorologiques exigeantes. Néanmoins, dans la majorité des situations, la bonne gestion de l’énergie et l’anticipation permet de se passer de l’appui de la génératrice.
La démonstration en a été faite à plusieurs reprises par les propriétaires de catamarans Windelo, nos bateaux peuvent naviguer sans avoir recours aux énergies fossiles.
Témoignage client - Manon et Robert
Nous avons eu le plaisir d'interviewer Manon et Robert, heureux propriétaires de B Cube, un Windelo 54 Adventure. De passage à Canet-en-Roussillon après un voyage de 10 mois dans l’Atlantique Sud, ils nous partagent leur expérience à bord de leur catamaran Windelo !
Stockage de l'énergie
Nous ne pouvons pas maitriser constamment la production et les besoins énergétiques du bord. Certaines situations sont impérieuses et les besoins en énergie varient selon le terrain de navigation.
Par mer formée, la consommation du pilote automatique augmente, tandis que le recours au chauffage ou à la climatisation peut s’avérer nécessaire selon les latitudes. Par ailleurs, les conditions climatiques influent en permanence sur la production d’énergie (ensoleillement, vent, état de la mer…).
Pour garantir une autonomie optimale, les catamarans Windelo sont dotés d’un parc de batteries conséquent qui répond aux besoins énergétiques essentiels, même lorsque la production d’énergie verte est temporairement insuffisante.
Composition des parcs batteries, un parc de batteries 24/48V de 60 kWh… de série :
Parc 24 V / 6.7 kWh :
- 1 Batterie Lithium de 280 Ah / 24 V
- Rechargement par les panneaux solaires dédiés et au besoin par le parc 48V via un convertisseur.
Parc 48 V / 53.7 kWh :
- 8 batteries Lithium de 280Ah / 24 V montées 2 par 2 en série puis couplées en parallèle.
- Rechargement par les panneaux solaires / l’hydro-génération / les éoliennes / la génératrice.
Le parc batteries 48 V permet d’assurer 4 heures de propulsion moteur (+/- 20 nm à 6 nœuds), sans avoir recours à la génératrice, ou encore, de garantir plusieurs jours d’autonomie électrique, selon le scénario de navigation.