« Principes et éléments constitutifs d'un vélo solaire » : différence entre les versions
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Version du 13 septembre 2022 à 11:41
On associe un vélo, un système d’assistance électrique et un équipement solaire. Nous allons décrire ci-dessous ces éléments, et envisager les différentes possibilités qui s'offre à celui qui veut construire son vélo solaire.
Le vélo
Il est possible d'utiliser soit d'utiliser un vélo à assistance électrique du commerce, soit d'utiliser un vélo classique auquel on ajoute un kit d'électrification.
Un vélo à assistance électrique du commerce
Dans ce cas, il faut savoir que nombre de grands fabricants empêchent l'utilisateur de recharger la batterie pendant que le moteur fonctionne. Cela oblige alors à disposer de 2 batteries : l'une est rechargée par le panneau solaire pendant que l'autre alimente le moteur, ce qui impose d'échanger périodiquement les batteries. On comprend que ce système n'est pas le plus pratique. Par ailleurs, certains fabricants empêchent même de charger la batterie autrement qu'en la connectant au chargeur secteur, ce qui complique encore la tâche. Mais certains vélos du commerce, plus rares, ne sont pas dotés de ces limitations et peuvent être facilement transformés en vélos solaires.
Un vélo simple auquel on rajoute une assistance électrique
A la lecture du paragraphe 1.1, on comprend qu'il est souvent plus simple et plus efficace d'installer un système d'assistance électrique sur un vélo non électrique. Deux façons de procéder : - soit en achetant un kit complet (avantages : simplicité / inconvénients: si le système est "propriétaire", l'utilisateur ne peux pas utiliser des pièces d'une autre marque), - soit en composant son un kit, en choisissant chaque élément (avantages : le choix de chaque élément est beaucoup plus vaste, on peut mieux ajuster les éléments à son propre besoin, à sa pratique / inconvénients: l'étendue des possibilités peut dérouter le débutant).
À lire: Note de la Direction de l'information légale et administrative (Premier ministre)
Différents types de vélo possibles
Le choix du vélo est important car il conditionnera souvent la manière d'installer les panneaux solaires, sur le vélo lui-même et/ou sur une remorque.
De nombreux types de vélo ont été expérimentés, selon les goûts de chacun :
- vélo droit classique avec remorque, mono-roue ou à 2 roues,
- vélo droit classique avec toiture solaire,
- tandem droit-couché transformé,
- vélo cargo, avec panneaux sur le vélo ou en toiture,
- vélo couché avec panneaux en toiture, et parfois en remorque,
- trike, une place ou tandem, avec panneaux en toiture, et parfois en remorque,
- vélo mobile avec panneaux en toiture, et parfois en remorque.
Le système d’assistance électrique
Il comprend a minima une batterie, un moteur, un contrôleur de moteur (intégré parfois à l'intérieur du moteur), une console de commande et d'affichage. D'autres éléments peuvent s'ajouter: capteur de pédalage, capteur de couple, capteur de vitesse, accélérateur de guidon...
La batterie
Comme expliqué dans la Partie 1, les batteries fournies avec certains vélos du commerce n'acceptent pas d'être chargées durant l'utilisation ce qui complique beaucoup leur intégration à un vélo solaire.
Caractéristiques de la batterie
Les caractéristiques principales d'une batterie sont:
- la technologie chimique: aujourd'hui, la plupart des batteries de vélo utilisent la technologie Litium-Ion.
- la tension nominale: 36 Volts, 48 Volts, voire 52 Volts,
- la capacité, exprimée en Ampères-heure ou en Watts-heure. Cette valeur reflète la quantité d'énergie que la batterie est capable de stocker et de restituer.
Éléments constitutifs de la batterie
Une batterie est constituée d'un ensemble d'éléments Li-Ion (appelés «cellules») associés en série et en parallèle, auquel on ajoute un système électronique de protection (BMS). Le rôle du BMS est d'empêcher une charge ou décharge trop profonde et d'équilibrer les tensions entre les éléments Li-Ion.
La plupart des batteries sont constituées de cellules dénommées « 18650 », en référence à leur format physique (diamètre= 18mm, longueur= 65mm), mais on rencontre aujourd'hui des batteries constituées de cellules « 21700 » issues du monde automobile (diamètre= 21mm, longueur= 70mm).
Association des cellules en série
La tension nominale d'une cellule 18650 est de 3,6 Volts. Pour fabriquer une batterie de 36 Volts, on met donc en série 10 cellules.
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/Batterie_10S.jpg"><img class="alignnone size-full wp-image-16831" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/Batterie_10S.jpg" alt="" width="771" height="173" /></a>Pour une batterie 48 Volts, la série comporte 13 cellules.
Association des cellules en parallèle
Les fabricants proposent des cellules 18650 sous différentes capacités: 2000, 2500, 2900, jusqu'à 3500 Milliampères-heure. Dans l'exemple figuré ci-dessous, on a choisi de cellules de 3500 mAh. L'ensemble comporte 1 seule série, sa capacité globale est de 3500 mAh soit 3,5 A-h.
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/Batterie_10S-1P.jpg"><img class="alignnone size-full wp-image-16835" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/Batterie_10S-1P.jpg" alt="" width="771" height="194" /></a> Dans le second exemple figuré ci-dessous, toujours avec des cellules de 3500 mAh, on a associé en parallèle 4 séries de 10 cellules. La batterie obtenue a une capacité globale de 14 A-h.
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/Batterie_10S-4P.jpg"><img class="alignnone size-full wp-image-16839" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/Batterie_10S-4P.jpg" alt="" width="771" height="277" /></a> Les cellules de forte capacité (3500 mA-h) sont souvent les plus chères mais leur intérêt est de pouvoir stocker plus d'énergie à poids égal. Autrement dit, à capacité égale, la batterie sera plus légère, ce qui est un avantage pour le cycliste solaire. Quant à la qualité des cellules (capacité, longévité), elle est souvent meilleure chez les grands fabricants tels LG, Samsung, Sanyo...
Le moteur
Il existe différents types de moteurs, chacun ayant des avantages et des inconvénients. Les connaître sera un atout pour effectuer le meilleur choix en fonction de l'utilisation prévue.
Le moteur « roue » Direct Drive
Il est inséré dans une roue à la place du moyeu, ce type Direct Drive ne comporte pas d'engrenages à l'intérieur. Il existe des modèles pour roue avant ou roue arrière. Les modèles pour roue avant peuvent éventuellement être installés sur une remorque. Intérêts : très fiable, pas d'entretien. Dans les descentes, le moteur peut freiner et régénérer de l’électricité pour recharger la batterie. Inconvénients : plus lourd que le moteur réducté, et moins efficace dans les côtes très fortes où il chauffe .
Le moteur « roue » réducté
Il est inséré dans une roue à la place du moyeu, il comporte des engrenages à l'intérieur. Il existe des modèles pour roue avant ou roue arrière. Les modèles pour roue avant peuvent éventuellement être installés sur une remorque. Intérêts : moteur plus petit, moins lourd, souvent plus efficace que le Direct Drive dans les côtes. . Il ne freine pas le vélo quand on pédale sans assistance. Inconvénients : Engrenages à entretenir régulièrement et à changer après des voyages longue distance. Pas de régénération dans les descentes.
Le moteur « pédalier »
Ce moteur est inséré à la place du pédalier d'origine, il comporte des engrenages à l'intérieur.
Intérêts : moteur plus petit, moins lourd, très efficace dans les côtes. Il ne freine pas le vélo quand on pédale sans assistance.
Inconvénients : Engrenages à entretenir régulièrement et à changer après des voyages longue distance. Pas de régénération dans les descentes.
Le contrôleur de moteur
Selon les systèmes, le contrôleur peut être indépendant ou bien intégré au bloc moteur. Il est très souvent indépendant dans les systèmes à moteur roue et souvent intégré aux moteurs pédalier. Son rôle est de gérer l'énergie fournie au moteur, en fonction de plusieurs données (niveau d'assistance choisi, vitesse, énergie disponible dans la batterie, signal du capteur de couple ou de pédalage, etc...).
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/controleur.jpg"><img class="alignnone size-full wp-image-16889" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/controleur.jpg" alt="" width="600" height="137" /></a>
La console de commande et d'affichage
Elle donne des indications à l'utilisateur (ex: vitesse, niveau d'assistance, tension de la batterie, distance parcourue...) et de plus, elle lui permet de dialoguer avec le système (a minima pour choisir le niveau d'assistance).
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/console_commande.jpg"><img class="alignnone size-full wp-image-16867" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/console_commande.jpg" alt="" width="600" height="117" /></a> Dans les systèmes évolués, comme ceux fabriqués par la société Grin Technologie, la console Cycle-Analyst, permet l'affichage et la sélection d'un nombre très important de paramètres: vitesse, puissance consommée, niveaux d'assistance etc... Un équipement additionnel permet l'affichage simultané de la production solaire. Il est ainsi possible de savoir en temps réel la quantité d'énergie consommée et produite.
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/CycleAnalyst_02.jpg"><img class="alignnone size-full wp-image-16869" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/CycleAnalyst_02.jpg" alt="" width="450" /></a> Sur la photo ci-dessus, on peut voir que la consommation par le moteur est de 353W à ce moment précis, tandis que la production solaire est de 371W.
Le capteur de pédalage ou le capteur de couple
Selon les systèmes, ce capteur peut être séparé ou intégré au bloc moteur, auquel cas, il n'est pas visible. Les systèmes les plus évolués disposent d'un capteur de couple qui mesure la puissance donnée par le cycliste, les autres d'un capteur de pédalage qui mesure le rythme de pédalage du cycliste.
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/capteur_pedalage.jpg"><img class="alignnone size-full wp-image-16872" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/capteur_pedalage.jpg" alt="" width="350" /></a>
Le capteur de vitesse
Selon les systèmes, ce capteur peut être séparé ou intégré au bloc moteur.
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/capteur_vitesse-1.jpg"><img class="alignnone size-medium wp-image-16883" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/capteur_vitesse-1-300x156.jpg" alt="" width="250" /></a>
L'accélérateur de guidon
C'est un accessoire facultatif. Il est autorisé en France uniquement pour le démarrage, par exemple après un feu rouge. Il est souvent bien utile, particulièrement sur les vélos couchés, pour le démarrage en côte.
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/accelerateur_guidon.jpg"><img class="alignnone size-full wp-image-16881" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/accelerateur_guidon.jpg" alt="" width="600" height="171" /></a>
Le système de charge solaire
Les panneaux solaires ne peuvent pas être connectés directement à la batterie, il doivent l'être au travers d'un régulateur solaire.
Le régulateur solaire
Celui-ci est chargé d'ajuster la tension à celle de la batterie (36 ou 48 Volts par exemple) et de modifier le courant (Ampères) en fonction de la quantité d'énergie lumineuse fournie par le soleil.
Le type le plus répandu chez les cyclistes solaires est le régulateur de technologie MPPT «boost». La technologie MPPT du régulateur assure le meilleur rendement possible dans la conversion de l'énergie électrique. La qualification "boost" signifie que la tension des panneaux à l'entrée du régulateur doit être inférieure à celle de la batterie et le régulateur ajuste alors la tension de sortie à celle de la batterie.
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| <a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/regulateur_genasun.jpg"><img class="alignnone size-medium wp-image-16787" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/regulateur_genasun-300x181.jpg" alt="" width="300" height="181" /></a> | <a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/regulateur_chinois.jpg"><img class="alignnone size-medium wp-image-16789" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/regulateur_chinois-300x155.jpg" alt="" width="300" height="155" /></a> |
Les panneaux solaires
Technologie
Les panneaux à privilégier sont les panneaux souples en silicium monocristallin: ils sont légers et ont un bon rendement de conversion de l’énergie lumineuse en énergie électrique. Mieux vaut oublier les modèles élaborés pour le toit des maisons, en silicium polycristallin (très lourds, rendement moindre).
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| <a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/panneau_flexible.jpg"><img class="alignnone size-medium wp-image-16793" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/panneau_flexible-300x178.jpg" alt="" width="300" height="178" /></a> | <a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/panneau_rigide.jpg"><img class="alignnone size-medium wp-image-16794" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/panneau_rigide-300x151.jpg" alt="" width="300" height="151" /></a> |
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/comment-choisir-ses-panneaux-solaires/" target="_blank" rel="noopener">Article : comment choisir ses panneaux solaires </a>
Format
Le constructeur de vélo solaire devra choisir le format de ses panneaux en fonction de son vélo et de la structure prévue pour les supporter. Pour participer au Sun Trip, la largeur des panneaux ne doit pas dépasser 1 mètre ce qui correspond à 7 cellules photovoltaïques (dans les dimensions coutantes de 12,5cm x 12,5cm). Mais les formats traditionnels comportent plutôt des nombres paires de cellules, dans la pratique, une majorité de cyclistes solaires ont désormais des panneaux de 6 cellules en largeur.
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| <a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/panneau_2cells.jpg"><img class="alignnone wp-image-16797 size-full" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/panneau_2cells.jpg" alt="" width="240" /></a> | <a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/panneau_4cells.jpg"><img class="alignnone wp-image-16798 size-full" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/panneau_4cells.jpg" alt="" width="446" height="350" /></a> | <a href="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/panneau_6cells.jpg"><img class="alignnone wp-image-16799 size-full" src="http://www.aventures-solaires.fr/wp-content/uploads/2022/05/panneau_6cells.jpg" alt="" width="638" height="350" /></a> |
| 2 cellules =28cm | 4 cellules =54cm | 6 cellules =80cm |
La longueur des panneaux dépendra du vélo choisi, ou de la remorque... Attention: la taille du panneau influe directement sur ses caractéristiques électriques, il convient de veiller à l'adéquation entre panneaux, régulateurs et batterie.
Qualité
La qualité d'un panneau, en terme de production électrique, dépend beaucoup de la qualité des cellules photovoltaïques qui le constituent. Dans la fiche technique, la mention d'un grand fabricant de cellules est un gage de qualité. Toutefois les grands fabricants trient leurs cellules et les vendent sous différents grades de qualité. Mais le garde est rarement mentionnée par le fabricant.
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/panneau-solaire-le-rendement-dune-cellule-photovoltaique/" target="_blank" rel="noopener">Article : le rendement d'une cellule photovoltaïque</a>
<a href="http://www.aventures-solaires.fr/test-comparatif-de-rendement-energetique-de-3-panneaux-solaires-flexibles/" target="_blank" rel="noopener">Article : test comparatif de rendement de 3 panneaux solaires</a>
La structure porteuse des panneaux solaires
Comment transporter des panneaux solaires sur un vélo ? C'est une des questions importantes que se pose le cycliste solaire. Cette question est aussi liée à la surface de panneaux que l'on souhaite installer. Installer 1 panneau de 1 m² est plutôt simple, mais installer 2,5 m² de panneaux s'avère plus compliqué.