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ModuloSolaire Système modulaire d’étude du solaire photovoltaïque pour site isolé Classe de seconde: SI & CIT Bac STI2D: Etude des systèmes & EE Bac Pro ELEEC Thématiques abordées Energie & Environnement Comparaison de 4 technologies de modules Descriptif du support technologique Depuis plus de 40 ans, l’énergie solaire photovoltaïque est utilisée pour l’alimentation électrique de sites isolés (Habitats et villages isolés, Antennes de télécommunications, Eclairage et signalisation routière…). Les applications sont multiples et l’impact de cette technologie sur les conditions de vie de nombreuses populations est important. Tout système photovoltaïque en site isolé doit gérer la production d’électricité, son stockage et sa distribution. Il s’articule donc autour de quatre types de composants : Module photovoltaïque : Il produit du courant continu à partir du rayonnement solaire Batterie « solaire »: Elle assure le stockage de l’énergie Régulateur de charge de batterie: Il permet d’optimiser la charge et la décharge de la batterie Onduleur : Il permet de transformer le courant continu de la batterie en courant alternatif Ces quatre organes sont complétés par les composants de protection d’une installation électrique (Disjoncteur, Disjoncteur différentiel… ) Contenu du produit didactique « ModuloSolaire » ModuloSolaire propose une approche modulaire (« plug and play ») et progressive du solaire photovoltaïque. Il est composé de différents modules et coffrets reliables entre eux en toute sécurité par fiches doubles puits et propose des points de mesures de tensions et intensités aux endroits clés de la chaîne d’énergie (Module, Batterie, Entrée onduleur, Sortie onduleur), également consultables sur l’écran des régulateurs.. Le choix des modules et coffrets se fait dans la liste ci-dessous, en fonction des objectifs pédagogiques et des niveaux de formation : Modules photovoltaïques: • Module Monocristallin 30Wc et sa structure support inclinable et orientable (Référence OR01) • Module Polycristallin 20Wc et sa structure support inclinable et orientable (Référence OR02) • Module Amorphe 14Wc et sa structure support inclinable et orientable (Référence OR03) • Module Couche Mince CGIS Pliable 12W et sa structure support inclinable et orientable (Référence OR04) Coffrets régulateurs de charge • Coffret Régulateur standard PWM 12/24V 10A/10A (Référence OR10) Batterie étanche AGM • Coffret Régulateur MPPT avec programmation horaire 12/24V 20A/10A (Référence OR11) • Coffret Régulateur communicant sous Ethernet avec cellule d’ensoleillement (Référence OR12) Régulateurs standard, Coffret batterie MPPT et communicant • Coffret Batteries étanche technologie AGM 13Ah 12V (Référence OR20) Coffrets onduleurs • Coffret Onduleur sinus 12V/230V 175W (Référence OR30) • Coffret Onduleur quasi-sinus 12V/230V 150W (Référence OR31) Coffret chargeur de batterie • Coffret Chargeur de batterie 12V 6A (Référence OR40) Le Progiciel de calcul et simulation dynamique en solaire photovoltaïque (Référence: VA//PVSolProSet) est disponible en option pour des activités de dimensionnement et simulation de systèmes (Etudes de cas fournies). Un Solarimètre portatif (Référence: KI//SAM20) est également proposé en option pour les activités de calcul de rendements. Ce produit est accompagné d’un dossier technique et pédagogique sous format numérique : Site HTML avec les activités, projets, corrigés et ressources Solarimètre Modèles 3D sous Solidworks, Schémas fonctionnels Onduleurs Sinus et portatif Proposition d’organisation pédagogique en îlots Quasi-sinus Plus d’informations sur www.erm-automatismes.com 20140218 Descriptif des modules Modules photovoltaïques (ils permettent de convertir l’énergie solaire en énergie électrique) Module Monocristallin 30Wc et sa structure support inclinable et orientable (Référence OR01). Ces modules fonctionnent avec des cellules en silicium monocristallin. Ce sont des modules ayant un bon rendement (environ 16%) mais un coût plus élevé. • Module Polycristallin 20Wc et sa structure support inclinable et orientable (Référence OR02). Ces modules fonctionnent avec des cellules en silicium Polycristallin. Ce sont des modules ayant un bon rendement (environ 14%), un coût inférieur au monocristallin, mais un mauvais rendement en cas de faible éclairement. • Module Amorphe 14Wc et sa structure support inclinable et orientable (Référence OR03). Ces modules fonctionnent avec des cellules en silicium Amorphe. Ce sont des modules pouvant fonctionner avec un faible éclairement, un coût inférieur aux autres technologies, mais avec un rendement faible (environ 10%) . • Module Couche Mince CGIS Pliable 12W et sa structure support inclinable et orientable (Référence OR04). Ces modules fonctionnent avec des cellules composées de semi-conducteurs à base de cuivre, d’indium, de gallium et de sélénium. Ce sont des modules pouvant être pliables (souples). • Coffrets régulateurs de charge • Coffret Régulateur standard PWM 12/24V 10A/10A (Référence OR10). Ce sous ensemble est constitué d’un régulateur à modulation de largeur d’impulsions. Il permet de réguler l’énergie électrique produite par le module de manière à charger efficacement la batterie. Il permet également de protéger la batterie en coupant l’alimentation de la sortie en cas de décharge profonde. • Coffret Régulateur MPPT avec programmation horaire 12/24V 20A/10A (Référence OR11). Ce sous ensemble est constitué d’un régulateur MPPT (recherche du point de puissance max). Un contrôleur MPPT permet de piloter le convertisseur statique reliant la charge (une batterie par exemple) et le panneau photovoltaïque de manière à fournir en permanence le maximum de puissance à la charge, cela permet de réguler l’énergie électrique produite par le module de manière à charger efficacement la batterie (on obtient un gain de 15% par rapport à un régulateur PWM). Il permet également de protéger la batterie en coupant l’alimentation de la sortie en cas de décharge profonde. Attention: Ce coffret (Ref: OR11) ne fonctionne pas avec les modules amorphes (Ref: OR03) et couche mince (Ref: OR04). • Coffret Régulateur communicant sous Ethernet avec cellule d’ensoleillement (Référence OR12). Ce sous ensemble possède la même fonction et les mêmes équipements que le sous ensemble « Coffret Régulateur standard PWM » (OR10). Cependant, le régulateur de charge qui est aussi de type PWM, 12/24V, 35A, est communicant .Ce coffret contient aussi : o Un enregistreur de données, communicant en ETHERNET pour l’accès aux données de fonctionnement du système via un logiciel dédié. o Une sonde d’ensoleillement avec connecteur rapide XLR o Une sortie « alarme » sur connecteur Powercon type A pour le pilotage du chargeur de batteries en cas de décharge profonde de la batterie. batterie • Coffret Batteries étanche technologie AGM 13Ah 12V (Référence OR20) . Ce sous-ensemble permet de stocker l’énergie électrique produite par le module pour pouvoir l’utiliser lorsque le besoin est présent. La technologie AGM permet d’obtenir une très faible résistivité donc un meilleur rendement (entre 96% et 98%), de plus un autre avantage de ce type de batterie est lié à leur étanchéité : pas d’entretien, pas d’ajout d’eau distillée. Module Monocristallin Module Polycristallin Module Amorphe Module CGIS Pliable Régulateur standard PWM Régulateur MPPT Régulateur communicant Coffret onduleurs • Coffret Onduleur sinus 12V/230V 175W (Référence OR30). Ce sous ensemble est composé d’un onduleur 12Vdc/230Vac 50hz pur sinus qui permet de transformer l’énergie électrique 12Vcc en énergie électrique 230Vca - 50Hz purement sinusoïdal. • Coffret Onduleur quasi-sinus 12V/230V 150W (Référence OR31) Ce sous ensemble est composé d’un onduleur 12Vdc/230Vac 50hz quasi-sinus qui permet de transformer l’énergie électrique 12Vcc en énergie électrique 230Vca - 50Hz quasi-sinusoïdal. Les onduleurs quasisinus sont peu chers, mais les signaux quasi-sinusoïdaux peuvent endommager des appareils contenant une partie électronique. Batterie étanche AGM Coffrets chargeur de batterie • Coffret Chargeur de batterie 12V 6A (Référence OR40). Ce sous-ensemble permet d’assurer le maintien d’un bon niveau de charge de la batterie lorsque l’énergie produite par le module est insuffisante. Il simule par exemple un groupe électrogène dont la mise en route peut être pilotée par la sortie alarme du régulateur (Référence OR12) Onduleurs Sinus et Quasi-sinus Coffret Chargeur de batterie Schéma de principe avec régulateur PWM/MPPT Schéma de principe avec régulateur communicant Progiciel de calcul et simulation dynamique en solaire photovoltaïque Le progiciel PV Sol Set Pro permet la conception et la simulation des installations photovoltaïques en site autonome: Détermination des besoins en énergie, soit à l’aide de profils prédéfinis, soit de manière personnalisée Editeur d’ombres portées sur la centrale photovoltaïque Configuration du système: Régulateur standard ou MPPT, Utilisation d’onduleur, Utilisation de groupe de secours… Calcul de la puissance photovoltaïque et de la capacité des batteries nécessaires en fonction en fonction de caractéristiques d’orientation, inclinaison, ombrages et de la station météo choisie Bilans de puissances mensuels (Autonomie, Risque de rupture d’alimentation, Durée de régénération…) Edition du rapport d’étude sous formes de diagrammes et tableaux récapitulatifs: Rendements énergétiques annuel et mensuels spécifiques prévus, Final Yield (facteur de rendement global), Ratio de performance, Courbes de flux d’énergie et d'autres paramètres, Calcul de rentabilité économique… Le progiciel est livré avec des cas d’étude qui servent de base à la mise en œuvre des scénarios pédagogiques sans qu’une maîtrise approfondie du logiciel ne soit nécessaire. Configuration du système « Site isolé » Bilan de consommation et production « Site isolé » Activités et projets SI/CIT Activités: CIT: Histoire et évolution des modules photovoltaïques et des batteries CIT: Caractéristiques techniques de la chaîne d’énergie • CIT: Etude de marché des modules photovoltaïques • CIT: Processus de recyclage des batteries et des modules photovoltaïques • CIT: Etudes de brevets • SI: Analyse fonctionnelle • SI: Bilan énergétique par mesures de tensions, intensités et puissances sur la chaîne d’énergie • SI: Etude du rendement des modules photovoltaïques • SI: Etude de l’impact de l’inclinaison et de la température sur la production Projets: • Conception d’un support sur mât de module photovoltaïque sur mât • Dimensionnement d’un système photovoltaïque pour de l’éclairage extérieur • Choix des composants à partir d’un cahier des charges pour un projet d’éclairage extérieur • Etude du recyclage Comparaison de 4 technologies de modules Activités et projets supplémentaires pour le Bac STI2D Activités: Analyse fonctionnelle Etude des matériaux des modules photovoltaïques: Silicium, Couches minces… • Etude et mesures autour de la régulation MPPT (Point de puissance maximal) • Etude des onduleurs et de leurs performances • Etude des batteries (Matériaux, Capacités, Tensions, Méthodes de charge) • Etude des solutions de trackers solaires et du gain de production associé. Projets: • Conception d’une protection contre la foudre du système photovoltaïque • Dimensionnement d’un système photovoltaïque pour un habitat isolé • Choix des composants à partir d’un cahier des charges pour un habitat isolé • • Etude des onduleurs Sinus et Quasi-sinus 280, rue Edouard Daladier - 84200 Carpentras - France - Tél. + 33 (0) 4 90 60 05 68 - Fax + 33 (0) 4 90 60 66 26 www.erm-automatismes.com - [email protected] Bac STI2D (Transversal, EE, SIN, ITEC, AC) Secondes SI et CIT • Pile à combustible OCS Etude et projets sur la pile à combustible et l’électronique associée Descriptif du support technologique La pile à combustible OCS est une véritable pile industrielle proposée aux équipes pédagogiques pour la réalisation de projets d'étude. C’est une solution énergétique originale, innovante et durable grâce à l'utilisation d'un support pédagogique motivant, permettant d'aborder de nombreuses thématiques : Hydrogène et production d'énergie Conception mécanique Fluidique et transferts thermiques Electronique de puissance Traitement du signal et capteurs Programmation embarquée En fonction de l'application choisie, la pile peut être utilisée seule, combinée à un stockage d'énergie tampon (ex: super-condensateurs, non proposés par ERM) ou à une autre source d'énergie (batteries, modules photovoltaïques Voir Modulosolaire par exemple). Points forts du produit Exécutable de mesures sous Labview fourni (Avec option AQ10) Compatibilité avec « Modulosolaire » (Système modulaire d’étude du solaire photovoltaïque pour site isolé) et la plate-forme de prototypage électronique ErmaBoard Guide de mise en œuvre en projet et dossier ressources sur les aspects théoriques des piles à combustible Thématiques abordées Energie & Environnement Activités pédagogiques Etude du stockage d’hydrogène et de la production d'énergie thermiques Etude de l’électronique de puissance, du traitement du signal et des capteurs Projet: Conception et mise en œuvre d’un système d’alimentation d’énergie par pile à combustible utilisée seule, combinée à un stockage d'énergie tampon (Batterie stationnaire) ou à une autre source d'énergie (Photovoltaïques, Eolienne...) Etude de la fluidique et des transferts Contenu du produit didactique « Pile à combustible OCS » La référence de base PI10 « Pile à combustible OCS 50W 12V » contient principalement : Une pile à combustible 50W (17 cellules de 18cm²) de type PEMFC, Plage de tension 10.2 à 15.3V, Plage de courant 0 à 5A, Dimensions 105x115x75mm, Masse totale 850g Un ventilateur d’alimentation en air Une carte électronique de gestion de la pile avec thermocouple Une micro-vanne de purge 12V Un interrupteur déporté ON/OFF Un réducteur de pression H2 Un réservoir de stockage d’hydrogène sur hydrures métalliques (Capacité : 150 litres – Masse réservoir: 1,6 kg - Dimensions: Ø54x180mm) Pour la recharge de la pile, un contrat devra être passé avec un fournisseur de gaz (ex: Air Liquide). Trois types de convertisseurs électroniques sont proposés en sortie de la pile à combustible pour vos projets d’étude et conception: PI11: Convertisseur DC/DC à sortie 12 ou 24V • Tension d'entrée 9-18V (12V nominal) - Tension de sortie : 12V ou 24V - Puissance max : 50W • Pour alimentation de charges électriques 12 ou 24V (Ampoules…) PI12: Convertisseur DC/DC à sortie 3.5 ou 5V Pour alimentation de cartes électroniques • Tension d'entrée 8-18V (12V nominal) - Tension de sortie : 3,3V ou 5V - Puissance max : 50W • Pour alimentation de charges électriques 12V (Ampoules…) PI13: Chargeur de batterie 12V • Pour recharge de batterie stationnaire 12V, par exemple référence OR20 du Modulosolaire En complément, l’option AQ10 « Centrale d’acquisition USB » associée à AQ11 « Sonde différentielle de tension » et AQ13 « Pince de courant AC+DC » permet de réaliser des mesures de fonctionnement sur exécutable Labview fourni. Un dossier de ressources pédagogiques est fourni avec le système. En parallèle de la réalisation du projet, il permet d'aborder les aspects théoriques d'un système à pile à combustible. 280, rue Edouard Daladier - 84200 Carpentras - France - Tél. + 33 (0) 4 90 60 05 68 - Fax + 33 (0) 4 90 60 66 26 www.erm-automatismes.com - [email protected]
