Les handbikes solaires de Sebastian D.

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(Source de l'article en langue allemande, avec l'aimable autorisation de l'auteur)

Introduction

Comment m’est venue l’idée de construire un vélo solaire pour traverser l’Europe ?

Grâce aux progrès de ces dernières années, il existe désormais des vélos à assistance électrique qui assistent le cycliste jusqu’à 25 km/h avec une puissance continue maximale de 250 W. Or, 250 W représentent une puissance électrique gérable grâce au photovoltaïque : une cellule solaire d’une puissance maximale d’environ 200 W occupe une surface d’environ un mètre carré. Où intégrer un mètre carré d’énergie solaire sur un vélo ? C’est une bonne idée, mais sans remorque ni toit, ce sera sans doute complexe…

À cause de ma spondylarthrite ankylosante, qui a raidi ma colonne vertébrale et mes hanches, je ne peux pas faire de vélo classique. Pour cela, j’utilise un handbike, sur lequel on pédale avec les bras plutôt qu’avec les jambes. Il possède trois roues et pose pratiquement la question de construire un toit avec un panneau solaire. Aussitôt dit, aussitôt fait ! J’ai acheté un handbike d’occasion à mon collègue para-escaladeur Markus Pösendorfer, de l’équipe nationale autrichienne de para-escalade, et je me suis lancé dans le projet. J’ai d’abord converti le handbike en assistance électrique grâce à un kit de conversion pour vélo électrique et, comme mentionné au début, j’ai fabriqué la batterie moi-même à partir de batteries d’ordinateurs portables recyclées.

Cette page présente un résumé de tous les éléments et outils que j’ai testés et jugés satisfaisants (et parfois recommandés par des cyclistes solaires expérimentés). Les pièces que je n’ai pas testées avec succès ou que je juge inadéquates ne figurent pas dans cette liste.

Description technique

Le vélo

J’ai utilisé 2 handbikes Schmicking d’occasion (Kabelbinderexpress et Racer) dont je ne connais pas la série exacte ni l’année de fabrication, mais Schmicking personnalise ses vélos sur mesure selon les besoins de l’utilisateur.

Les deux handbikes sont de conception différente, mais tous deux sont équipés de roues de 26 pouces. Pour des performances optimales, ils sont tous deux équipés de pneus de course à l’arrière et d’un pneu légèrement plus large et plus souple à l’avant (roue motrice, charge de freinage élevée, roue unique). Cette configuration est idéale pour l’asphalte, mais déconseillée pour une utilisation tout-terrain :

  • Roue avant : Schwalbe Green Marathon 32×559 
  • Roue arrière : Continental Gatorskin 650×23c ou 23×571
  • Chambre à air 26×1 pouce : https://amzn.to/3YBH65P
  • Jante avant : DT-Swiss 535, 26 pouces
  • Boîte de vitesses : Cassette 9 vitesses
La motorisation

Dans mes prototypes successifs, j’ai utilisé différents moteurs montés dans la roue avant:

  • Moteur BAFANG 36 Volts, 250 Watts (kit complet avec câbles, console d’affichage 500C, capteur de vitesse…)
  • Moteur GMAC 10T (embrayage soudé, récupération et motoréducteur tout-en-un) : https://ebikes.ca/gmac10t.html
  • Moteur GRIN TECHNOLOGIES direct drive, pour axe plein (en 2025).
Moteur roue BAFANG
Moteur roue GMAC 10T

Le moteur GMAC 10T est équipé d’un réducteur, ce qui lui confère un bon couple et un bon rendement à bas régime. Grâce à un embrayage soudé, il dispose également d’une capacité de régénération. Il s’agit d’une combinaison rare, car la plupart des autres moteurs de vélos électriques sont soit équipés d’une boîte de vitesses et d’une roue libre (ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas régénérer l’énergie), soit d’un entraînement direct (sans boîte de vitesses, mais avec récupération d’énergie). Le GMAC 10T m’a semblé être le compromis parfait entre les deux mondes, mais même celui-ci a un prix : la roue libre n’est pas « libre » et la boîte de vitesses tourne constamment.

Console d’affichage et de commande // contrôleur

Le Cycle Analyst CA3 associé à un contôleur BaseRunner de Grin Technologies est le système idéal pour tout type de moteur électrique. Quelles que soient la tension, la puissance, la vitesse ou l’électronique supplémentaire requise, le Cycle Analyst prend en charge d’innombrables options. De plus, grâce à ce que l’on appelle la « roue libre virtuelle », le Cycle Analyst peut appliquer un courant de base au moteur au ralenti, ce qui permet au moteur de fonctionner sans pratiquement aucune résistance.

La batterie

Toutes les batteries que j’ai fabriquées jusqu’à présent sont fabriquées à partir de batteries Li-ion recyclées composées de cellules Li-ion 18650. Toutes les cellules sont soumises à des tests approfondis et nécessitent des outils spécifiques :

  • Testeur de résistance interne (pour déterminer l’état de santé d’une batterie) : https://amzn.to/3YEgj91
  • Testeur de capacité Li-ion et chargeur LiitoKala Lii-500 (pour mesurer la capacité réelle de chaque cellule) : https://amzn.to/3CcNSra
  • Chargeur universel imax-b6 (chargeur de batterie Li/NiMH, NiCd, Pb 1 s à 6 s avec équilibreur pour charger tous types de batteries) : https://amzn.to/48N6471
  • BMS JK-BD6A17S6P (système de gestion de batterie pour la protection de la batterie et l’équilibrage des blocs connectés en série) : https://amzn.to/3NUWxRQ
L’équipement solaire
Panneaux solaires

Attention, de nombreux panneaux pour camping-cars, fourgons aménagés, ultra-légers et sans verre, manquent de robustesse et annoncent une puissance largement surestimée. Voici des marques testées et recommandées par d’autres adeptes du vélo solaire :

Remarque :
Les fabricants modifient constamment leurs gammes, de nouvelles dimensions et de nouveaux niveaux de puissance font leur apparition sur le marché, tandis que les anciens modèles ne sont plus produits. L’utilisateur doit constamment rechercher de nouvelles variantes et de nouveaux designs. Cependant, les fabricants réputés et leurs technologies de fabrication devraient être (plus) fiables.

Contrôleurs de charge solaire
  • Contrôleur de charge Victron MPPT 100/20 48 V (configurable sur 36 V via l’application, pour le raccordement en série de panneaux solaires ; une tension solaire minimale de 45 V est requise pour une batterie de 36 V !).
  • Contrôleur de charge boost SUNYIMA MPPT 300 W (réglable pour une tension de batterie de 24V, 36V, 48V, 60V, 72V). La tension de sortie des panneaux doit impérativement être inférieure à la tension de la batterie.
  • Voltmètre/Wattmètre jusqu’à 60 V/100 A max.

Retour d’expérience et évolutions

Après mon premier grand voyage à vélo solaire de Majorque à l’Allemagne, j’ai recueilli de nombreuses données et idées, ainsi que d’innombrables suggestions d’amélioration pour mon prototype. Ma liste était la suivante :

  • Amélioration de l’aérodynamisme
  • Plus grande capacité de batterie
  • Moteur avec régénération
  • Plus d’énergie solaire
  • Meilleure stratégie de bagages

Il est vite devenu évident que pour mettre en œuvre tous ces points, il me faudrait consacrer suffisamment de temps à la construction d’un tout nouveau vélo solaire. À cela s’ajoutait le fait que ma petite amie souhaitait m’accompagner lors du voyage.

Il était donc évident qu’il valait mieux mettre au point le premier prototype pour le rendre apte à la route, puis lancer la construction d’un deuxième vélo solaire. J’ai rapidement choisi un cadre de handbike d’occasion sur les petites annonces, et un nouveau modèle de base était prêt à être transformé en Allemagne. En Espagne, j’ai soudé une nouvelle batterie et essayé de mettre en œuvre tous les points de ma liste précédente. Le choix s’est donc porté sur un système de batterie de 52 V d’environ 2 kWh (auparavant 36 V, 1,6 kWh) et le moteur GMAC 10T (anciennement Bafang G.020) avec le Cycle Analyst CA3 comme unité de contrôle (anciennement Bafang). L’obtention du Cycle Analyst de Grin Technologies au Canada a nécessité un long et coûteux parcours ; il existe désormais des distributeurs dans l’UE, mais pas pour le moteur lui-même.

Le nouveau vélo solaire est doté d’un toit extrêmement léger et de l’absence de soubassement supplémentaire ; la structure en aluminium supplémentaire ne pèse donc que 5 kg. Le poids total des deux vélos solaires finis présente également une différence significative :

Prototype n°1 : 65 kg
Prototype n°2 : 42 kg

Principale différence :
Elle réside dans la conception du toit et de la structure de base. Le Prototype n°1 est doté d’un soubassement supplémentaire et d’un toit soutenu par du contreplaqué de 8 mm, tandis que le Prototype n°2 n’a pas de soubassement supplémentaire et se contente d’un cadre alu sur le toit.