Choisir son panneau solaire pour voyager en bivouac

Cet article vient en complément du dossier “énergie nomade” paru dans CA#67.
Pour ceux qui l'ont déjà lu : les résultats de nos tests sont en fin d'article

Comment ça marche ?

Constitué de cellules photovoltaïques à base de silicium, un panneau solaire semble être la solution idéale pour nos activités de pleine nature. Sauf si l’on aime les climats particulièrement incléments, ou qu’on envisage un voyage pendant la nuit polaire, il est agréable de pouvoir compter sur la simple présence du soleil pour recharger nos batteries (parfois dans tous les sens du terme !). Une fois le soleil apparent, l’atout du panneau est qu’il fournit de l’électricité en toutes circonstances : que l’on soit en mouvement ou posé au bivouac, le panneau bosse tout seul.

Critères de choix

Voici les différents paramètres auxquels porter attention :

• Les cellules. On en distingue deux types : monocristallin et polycristallin. Les premières – plus sombres – présentent un meilleur rendement tant qu'elles restent à température modérée, mais chauffent également plus vite. Les panneaux polycristallins sont plutôt recommandés pour les climats particulièrement chauds, car ils chauffent moins (plus clairs). Pour les activités outdoor on ne trouve désormais que des panneaux monocristallins bien adaptés à nos besoins.
• La puissance. Elle est à choisir en corrélation avec le reste de l’équipement : pour rappel, un panneau solaire de 10 W peut générer, sur le papier, 10 Wh s’il est impeccablement exposé au soleil pendant 1 heure. Mais ce n'est que la théorie, car en pratique il est toujours difficile d’exploiter cette puissance maximum en continu. En effet, elle ne s’obtient qu’en conditions idéales : intensité de rayonnement solaire élevé et panneau parfaitement orienté face au soleil. Sur le terrain, de nombreux facteurs amoindrissent ces performances : passage à l’ombre (nuages ou sous des arbres), inclinaison du panneau par rapport au rayonnement solaire, astre qui descend sur l’horizon…
• La taille. Je distingue volontairement ce critère du précédent : quitte à choisir un panneau, mieux vaut qu’il s’adapte bien au support sur lequel vous souhaitez l’installer. En d’autres termes, il est plus efficace d’avoir un panneau 10 Watts toujours bien orienté face au soleil qu’un panneau 15 Watts trop grand qui verra moins le soleil. À l’inverse, pour des conditions météo mitigées, on peut aussi surdimensionner son panneau pour espérer en tirer une puissance suffisante. Notons aussi que certains panneaux sont plus flexibles que d'autres, ce qui peut faciliter leur installation.
• Le nombre de sorties : en mouvement, le plus souvent, on ne branche qu’un seul dispositif de type batterie externe. Tandis qu’au bivouac, il est possible de charger plusieurs appareils en simultané. Attention à une caractéristique : souvent, les panneaux solaires de plus de 15 W ne délivrent cette puissance que si leur 2 ports USB sont utilisés en même temps (en USB-A mais l’USB-C devrait corriger cela).
• L’ergonomie. De quoi accrocher correctement le panneau et, éventuellement, un emplacement pour stocker la batterie qui est chargée : des petits détails qui peuvent simplifier la vie. Toutefois, cela rend souvent le panneau un peu plus volumineux lorsqu'il est replié.

Nuages : ne pas tomber dans le panneau !

Petite précision qui risque de casser une légende de rue : lorsque les nuages s’invitent, n’espérez pas tirer des merveilles d’un panneau solaire : même un léger voile d’altitude dégrade nettement ses performances. Lors de notre test, le solarimètre chutait d’ailleurs drastiquement au moindre nuage.

Protocoles de test

Il n’est pas question de se balader avec un panneau pendant une journée et de voir si ça a fonctionné : trop de paramètres entreraient en jeu, sans pouvoir en tirer de conclusion fiable. Grâce à notre banc de test, nous avons pu ainsi les placer dans des conditions rigoureusement identiques et mesurer leur rendement. La comparaison directe entre fabricants n’est pas envisageable puisque chaque modèle propose une puissance théorique différente. Seuls les rendements sont évalués ici.

Le banc est conçu pour faire varier l’inclinaison facilement. La tige de métal permet de se placer parfaitement à la verticale : pas d’ombre portée = position verticale. Sur le bord du banc, un solarimètre permet de mesurer l’intensité du flux solaire en continu, pour s’assurer qu’il ne varie pas au cours de la mesure. Mention spéciale au climat haut-alpin qui permet de trouver ces conditions facilement, même en plein hiver ! Ajoutons d’ailleurs que l’ensoleillement aux alentours de 13 heures, fin février, à Chorges (05) permet d’obtenir un flux solaire très élevé, comparable à une journée d’été. Enfin, à l’ombre du panneau sont placés les outils de mesure de puissance : un rhéostat et un wattmètre Voltcraft.

Test n°1 : rendement optimal
Nous avons placé chaque panneau parfaitement en face du soleil, au maximum du rayonnement solaire de la journée (environ 1100 W/m2). En faisant varier la résistance du rhéostat, nous pouvions mesurer la puissance en sortie du panneau solaire.

Test n°2 : variation de l'angle
Nous avons utilisé l’un des panneaux pour visualiser l’impact de l’inclinaison du panneau par rapport au rayonnement solaire. Grâce à l’ombre projetée de la tige de métal, nous avons fait varier l’angle par intervalle de 10°.

Test n°3 : double sortie
Ce test se focalisait sur les panneaux à double sortie. En effet, certains panneaux annoncent une puissance théorique de 18 W, mais possèdent 2 sorties USB pouvant délivrer chacune 13 Watts maximum. La puissance théorique ne s’obtient donc qu’en utilisant les 2 sorties simultanément. Grâce à une guirlande lumineuse USB de 4 Watts (puissance contrôlée par un second wattmètre USB), nous avons pu ainsi voir si la puissance totale augmentait.

Les panneaux testés

Nous avions 7 panneaux solaires différents. Toutefois, certains panneaux étaient neufs, tandis que d'autres avaient déjà servi depuis quelques années. Voici les modèles :

• Anker PowerPort Solar A2421 : état neuf.
• Forclaz Trek 100 : fourni neuf fin 2019, utilisé quelques semaines en voyage à vélo. Il n'est plus commercialisé, mais un modèle très similaire existe : le Forclaz SLR500.  
• Powertec PT Flap 6W : état neuf.
• Powertec PT Flap 16W : fourni neuf en 2019, il a beaucoup servi depuis !
• RavPower RP-PC008 16W : acheté en 2019, il n'a presque jamais servi depuis... Il ne se trouve plus dans le commerce.
• Sunslice Fusion Flex 12 : état neuf.
• Sunslice Fusion Flex 18 : état neuf.

Un grand merci aux marques qui ont accepté de participer au test : Anker, Forclaz, Powertec et Sunslice.

Voici leurs caractéristiques détaillées :

On peut d'ores et déjà faire quelques remarques à propos de ces spécifications :

• les panneaux au delà de 10 W proposent 2 sorties
• les panneaux 1, 2 et 7 ont une enveloppe en tissus : ils sont plus volumineux (et occupent davantage de surface) mais proposent tous les 3 un emplacement pour ranger un appareil en charge.
• les panneaux Sunslice sont plus flexibles, tandis que les Powertec sont plus rigides.
• le panneau Powertec PT Flap 16 propose une sortie 12V que nous ne testerons pas ici. Elle me semble surtout utile pour charger certains drones.

Néanmoins, il faut regarder de près la documentation de chaque panneau qui propose 2 sorties. Prenons l'exemple du SunSlice Fusion Flex 18 :

• chaque sortie USB est donnée pour 5V-2.7A, soit 13,5W maximum.
• c'est seulement en utilisant les 2 ports USB en parallèle que l'on pourrait théoriquement exploiter les 18W annoncés.

Ceci est valable pour tous les panneaux à 2 sorties présentés ici. Notons que c'est une limite inhérente à la norme USB "classique" (5 Volts), qui plafonne à 15W (3A/5V). 

Nous avons ainsi effectué notre test n°1 sur une seule sortie USB, et reporté dans le tableau ci-dessous les résultats, en précisant bien la puissance théorique de celle-ci (et non la puissance totale théorique) :

Un chiffre doit vous interpeller n'est-pas ? Un rendement supérieur à 1 pour le Sunslice Fusion Flex 18 ?!? À vrai dire, le panneau solaire est capable de délivrer davantage de puissance, et sa régulation sur une sortie dépasse sa limite théorique. On y revient plus tard dans le test n°3, mais sachez que cela n'endommagera pas votre appareil électronique branché bien entendu (seule l'électricité nécessaire sera fournie).

Un autre chiffre est marquant : le rendement du panneau solaire Powertec PT Flap 16, assez faible. Sans pouvoir le prouver, je pense que c'est dû à son âge et à ce que je lui ai fait subir pendant certains voyages, ce qui a légèrement dû endommager son traitement de surface. Il reste comme une fine pellicule que je ne parviens pas à nettoyer parfaitement... Ce piètre résultat est largement contrebalancé par les très bonnes performances du PT Flap 6, qui utilise exactement la même technologie de cellules. Conclusion : ménagez tout de même vos panneaux

Enfin, pas de miracle du côté des panneaux que l'on trouve sur Amazon ou équivalent : malgré leurs prix très attractifs, ils sont un peu moins performants que la moyenne... Même leurs données techniques sont un peu floues parfois !

Grâce à ces mesures, on peut s'amuser à calculer quelques données intéressantes pour évaluer les panneaux. Pour la "surface" : j'ai utilisé la surface totale (et non juste celle occupée par les cellules), car ce qui nous préoccupe, c'est la place que ça prend sur nos affaires !

On peut en conclure quelques éléments :

• pour qui souhaite voyager léger, les panneaux Sunslice et Powertec sont très bons ! 
• certains panneaux à double sortie sont désavantagés : ceux qui ont une sortie USB moins puissante que la sortie totale.

En effet, prenons l'exemple du Sunslice Fusion Flex 18. Sa surface de cellules photovoltaïques devrait pouvoir produire 18W, tandis qu'une seule sortie ne peut (théoriquement) dépasser 13,5W. Avec ce protocole de test, c'est donc comme si une partie du panneau ne servait pas (donc une partie de la surface, et une partie du poids). En pratique, sur le terrain, on peut le voir différemment : si les conditions idéales ne sont pas réunies (orientation face au soleil, rayonnement moins puissant), le panneau plus grand arrivera mieux à générer la puissance de 13,5W, car il a davantage de surface pour y parvenir. C'est d'ailleurs l'objet du test suivant : le test n°2 qui consiste à faire varier l'incidence du soleil et mesurer la puissance en sortie.

Nous l'avons effectué avec plusieurs panneaux, et ici, seuls les mesures du Sunslice Fusion Flex 12 sont présentés. Les autres panneaux donnaient des résultats comparables. On peut lire assez facilement ce graphique :

• la puissance de sortie est parfaitement corrélée au rayonnement solaire, qui baisse lorsque l'angle d'incidence augmente
• on remarque qu'au-delà de 50° d'inclinaison, les pertes de puissance deviennent significatives

Cela corrobore donc ce qui était dit au paragraphe précédent : si le poids et l'encombrement ne sont pas un frein, un panneau solaire un peu surdimensionné permet de contrecarrer ce qui se passe effectivement sur le terrain : panneau mal orienté et soleil qui ne produit pas toujours un rayonnement élevé selon l'heure de la journée.

Enfin, place au test n°3 : la double sortie. Eh bien, comment dire... c'est un peu la surprise ! Nous avons notamment essayé avec les panneaux Sunslice (12W et 18W), mais à chaque fois, nous avons obtenu des puissances similaires à si l'on utilise une seule sortie ! Par exemple, lorsque la guirlande consommait 4W, le rhéostat ne pouvait pas consommer plus de 10,2W. Et en débranchant la guirlande, j'arrivais à régler le rhéostat pour atteindre 14,2W de puissance. Kif kif comme on dit ! L'explication serait à creuser du côté de la régulation électronique... et cela n'enlève en rien les bonnes performances du panneau

Conclusion

Le panneau solaire est une solution polyvalente, adaptable et qui fonctionne dans de nombreuses circonstances. Pour bien le choisir, il s'agit d'abord de bien évaluer ses besoins énergétiques (c'était d'ailleurs un des sujets de l'article du CA#67 ). Ces tests ont montré que :

• certains modèles présentent un bon rapport entre surface/poids et puissance fournie.
• il faut veiller à choisir le bon format de panneau, pour optimiser son exposition au soleil
• c'est important de protéger son panneau pour qu'il reste performant dans la durée

Avec tous ces éléments, c'est maintenant à vous de voir celui qui peut vous convenir. N'hésitez pas à poser des questions en commentaires, ou à nous indiquer des modèles qui nous auraient échappé (certaines marques ne nous ont pas donné de réponse).

Et si vous voyagez à vélo, vous pouvez aussi aller voir du côté des moyeux-dynamo, une bonne solution d'appoint.