Annexe — Simulation de la récolte solaire¶

Cette page documente le modèle qui étaye deux décisions de conception : la géométrie du pont et le fractionnement des MPPT. Elle sert de justification chiffrée à S7 — Bilan énergétique, qui posait « panneaux à plat sur le pont » sans le démontrer.

Le script est versionné dans le dépôt : tools/pont_solaire.py.

La question posée¶

Un plan incliné ne rapporte que si son azimut pointe vers le soleil. Sur Epi'Tortue, l'azimut d'un panneau est esclave du cap, lui-même imposé par la route (S19) et non par le soleil. À cela s'ajoutent le roulis, le tangage et le lacet.

La question n'est donc pas « quelle inclinaison capte le plus ? » mais « quelle géométrie capte le plus quand on ne choisit pas son orientation ? »

Modèle¶

Étage	Méthode
Route	Orthodromie Terre-Neuve → Irlande, vitesse constante → lat/lon/cap(t)
Position solaire	pvlib SPA, position vectorielle (le bateau se déplace vraiment)
Ciel clair	Ineichen-Perez, trouble de Linke maritime = 3,0
Nuages	Indice de ciel clair en chaîne AR(1), corrélation ~12 h, moyenne fonction de la latitude
Décomposition	Erbs (GHI → DNI/DHI)
Transposition	Hay-Davies, albédo de mer variable (Briegleb) et non 0,2 terrestre
Assiette	Roulis ±15°, tangage ±6°, lacet σ=10°, moyennés sur le cycle de houle
Optique	Modificateur d'angle d'incidence ASHRAE (les fortes incidences réfléchissent)

Deux choix de modèle qui changent le résultat

L'albédo de mer est décisif : avec la valeur terrestre par défaut de pvlib (0,2), toute surface inclinée ou verticale est nettement surestimée. La mer ne renvoie que ~5 % au soleil haut.

Le modificateur d'angle d'incidence l'est aussi : à 70° d'incidence, une part croissante du faisceau est réfléchie par le verre, ce qu'un simple \(\cos(\text{AOI})\) ignore.

Résultat 1 — Géométrie du pont¶

Énergie utile par m² de panneau, à surface installée égale : on compare des géométries, pas des tailles. Route Terre-Neuve → Irlande, départ mi-juin.

Géométrie	kWh/m²/j	vs plat	si le cap s'inverse
Pont plat	3,49	—	—
Pont bombé 8°	3,47	−0,7 %	−0,7 %
Toit 2 pans 15°	3,41	−2,4 %	−2,4 %
Plan incliné 20° tribord	3,54	+1,2 %	−9,7 %
Plan incliné 35° tribord	3,37	−3,5 %	−22,0 %
Flancs verticaux	1,58	−54,8 %	−54,8 %
[réf.] suiveur 2 axes	4,04	+15,6 %	—

La colonne « si le cap s'inverse » est le vrai critère. Sur cette route au cap est, tribord regarde le sud : un panneau incliné à tribord gagne 1,2 %. Mais la même géométrie perd 9,7 % dès que le cap change — et il changera, par déroute, dérive ou route de repli.

Conclusion

Le pont plat est optimal, et c'est un résultat robuste : aucune géométrie inclinée ne fait mieux en pire-cas. Le plafond absolu de toute optimisation d'orientation est +15,6 %, atteignable uniquement par un suiveur 2 axes — inenvisageable sur un bateau auto-redressant.

Détail contre-intuitif : même un panneau parfaitement orienté plein sud ne gagne que +1,9 %, et perd 2,1 % sur une route tropicale en juin, où le soleil passe au nord du bateau.

Pourquoi malgré tout un bombé de 8 °¶

Le pont strictement plat retient l'eau, et un film d'eau salée qui sèche laisse une croûte. L'encrassement se chiffre en 5–15 % sur plusieurs semaines sans rinçage — largement plus que les 0,7 % que coûte un bombé de 8°.

La pente est un choix hydraulique, pas photovoltaïque

On incline pour évacuer, pas pour chercher le soleil. Le bombé s'obtient dans la forme même de la carène (S1), sans support ni fixation, donc sans perçage du stratifié ni prise aux déferlantes.

Résultat 2 — Distribution journalière¶

Les scénarios de S7 donnent des cas types. La simulation donne la distribution, ce qui compte davantage : c'est la mauvaise journée qui vide la batterie, pas la moyenne.

Route réelle, 250 Wc, départ 15 juin, arrivée fin juillet, D = 0,70 :

	GHI plan de pont	Production	= Propulsion
Journée moyenne	4,31 kWh/m²/j	754 Wh	640 Wh
1 journée sur 10	1,78	312 Wh	198 Wh
Pire journée	0,90	158 Wh	44 Wh

250 Wc est validé — et la marge n'est pas confortable

Même la pire journée reste en solde positif (+44 Wh) : le bateau ne puise jamais dans ses batteries pour rester en vie. C'est exactement ce que 100 Wc ne permettait pas (S7 §3).

Mais 44 Wh de propulsion, c'est ~1,8 W moteur : le bateau est pratiquement à l'arrêt. Le rôle de la batterie est de lisser des séries de telles journées, pas d'en absorber une seule.

L'effondrement saisonnier, chiffré

Sur une traversée qui déraperait vers 185 jours (borne haute de l'estimation projet), la production moyenne mensuelle à 250 Wc s'effondre : ~800 Wh/j en juillet, ~290 Wh/j en octobre, ~150 Wh/j en novembre. En novembre à 50°N, la production ne couvre plus la charge hôtelière : le bateau meurt en mer.

Cela transforme la vitesse moyenne en contrainte de survie : la traversée doit être bouclée avant fin septembre. Voir J-solaire.

Écart avec les hypothèses de S7¶

La simulation donne un GHI moyen de 4,2–4,3 kWh/m²/j contre 4,0 retenu dans S7 : bon accord, la simulation étant légèrement optimiste.

Ne pas relever l'hypothèse de S7 pour autant

Le modèle de nuages est une paramétrisation générique de moyenne latitude. Il ne capture pas la brume des Grands Bancs, qui est une anomalie locale majeure. Garder GHI = 4,0 et D = 0,70 comme valeurs de conception ; les chiffres de cette page sont un meilleur cas crédible, pas une prévision.

Remplacement prévu au jalon J2 : réanalyse ERA5 le long de la route réelle, au lieu d'un modèle statistique.

Résultat 3 — Fractionnement des MPPT¶

Fractionner coûte deux choses, toutes deux petites :

Poste	Coût
Autoconsommation des contrôleurs (~0,12 W pièce)	~6 Wh/j pour 2, soit 1 %
Rendement à charge partielle (chaque MPPT plus loin de son optimum)	1–2 %
Total en conditions homogènes	2–3 %

Ce que ça rapporte, dès que les panneaux ne voient pas la même chose :

En série, le courant de la chaîne est celui du panneau le plus faible : un panneau encroûté de sel ou balayé par une lame fait tomber toute la chaîne. Pertes en dizaines de %.
En parallèle sur un MPPT commun, c'est bien plus doux : chaque panneau garde son courant, seule la tension est un compromis. Pertes typiques < 5 %.
Orientations différentes sur un même MPPT : rédhibitoire, les points de puissance maximale sont trop éloignés.

Règle retenue : un MPPT par orientation, jamais moins

L'architecture S6 — 2 chaînes indépendantes, 1 MPPT chacune — est déjà conforme et n'est pas à modifier. Tous les panneaux étant à plat, il n'y a qu'une orientation : 2 MPPT suffisent, et leur justification est la redondance, pas le rendement.

Un 3ᵉ contrôleur ne se justifierait que si des panneaux de flancs étaient ajoutés — ils ne devront alors jamais être mélangés aux panneaux de pont.

L'argument décisif n'est pas énergétique

Un MPPT unique est un point de défaillance unique : il grille, et c'est 100 % de la production perdue, donc le bateau. Deux contrôleurs, c'est perdre la moitié dans le pire cas, en gardant balise et liaison satellite. On paie 2–3 % de rendement pour supprimer un mode de panne fatal — sur une mission dont la priorité affichée est la fiabilité avant la vitesse, l'échange est évident.

Reproduire¶

pip install pvlib pandas numpy matplotlib
python3 tools/pont_solaire.py --route retour --vitesse 1.8
python3 tools/pont_solaire.py --route retour --vitesse 0.38   # scénario 185 jours
python3 tools/pont_solaire.py --route retour --roulis 25      # mer formée

Sorties : tableau console, CSV horaire, CSV de synthèse, figure PNG.

Limites connues¶

Nuages statistiques, pas climatologiques — à remplacer par ERA5 (J2).
Ombrage mutuel des facettes non modélisé — ce qui avantage légèrement les géométries inclinées : la conclusion en faveur du pont plat n'en est que renforcée.
Pas de modèle de batterie — le script donne la récolte, pas le risque de panne d'énergie. L'extension naturelle est de boucler production, stock et loi de gestion S8 pour sortir une probabilité de brownout sur la traversée.
Salissure supposée constante, alors qu'elle croît entre deux pluies.