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T.P.E Science de l’ingénieur
Théme : Création d’énergie
Avril 2003
Réalisé par :
PARAGE Paul
SCHNEIDER Anthony
SPOHR Nicolas
ANTHONY Christophe
Problématique :
Peut-on alimenter un portail à
partir d’une source d’énergie
solaire ?
Introduction
1.Le Portail
2.Le Moteur
3.Les panneaux solaires
4.Les Batteries
5.Applications
Schéma de principe
PORTAIL
COULISSANT
MOTEUR
2 PANNEAUX
SOLAIRES
Régulateur
2 BATTERIES
26 Ah
Le projet consiste à adapter le portail pour être alimenté
par un panneau solaire, à raison de sept ouvertures par jour,
soit quatorze manœuvres.
Pour cela, nous disposons :
-d’un portail coulissant de quatre mètres de large
-d’un système d’ouverture et de fermeture automatique avec commande à
distance
-d’une source d’énergie solaire complétée par un système de régulation de
charge
-de 2 batteries de 12 volts.
Pour cette étude, nous serons amenés à choisir le type de
matériel en fonction des conditions d’utilisation et
d’ensoleillement.
Pour déterminer les conditions climatiques nous nous
en sommes référés a la carte ci-dessous:
Ensoleillement supérieur à :
6h/jour
=
2250 h/an
Notre portail sera implanté dans
le sud de la France, en Corse par
exemple ou l’ensoleillement est
supérieur à deux mille deux cent
cinquante heures par an soit en
moyenne 6 heures par jour. Nous
avons choisi d’implanter le portail
dans une région ayant un
ensoleillement important pour
simplifier notre étude.
1.Le portail :
Pour ce projet, nous avons choisi un
portail coulissant à barres en aluminium
d’un poids de cent vingt kilogrammes
permettant une ouverture de quatre
mètres. Nous avons choisi l’aluminium
pour sa légèreté et sa résistance au
conditions extérieures.
2. Le moteur :
Le choix du moteur :
Nous avons choisi le moteur type BX241 car il fonctionne en 24
volts courant continu ce qui correspond à notre installation avec
panneau solaire.
La puissance de notre moteur est de 400 watts avec une vitesse
de manœuvre de 12 mètres/seconde, une poussée de 800
Newton et pour une masse maximum du portail de 800
kilogrammes (notre portail a une masse inférieur à 200
kilogrammes.)
Le portail manoeuvre à une vitesse de 12 mètres/minutes
ce qui signifie qu’en une minute , le portail se déplace de 12
mètres . Notre portail étant de 4 mètres , dans notre cas , le
moteur devra tourner pendant 20 secondes afin que le
portail soit ouvert ou fermé.
Calcul de la capacité électrique que le moteur
consomme en une journée :
La capacité électrique requise par le moteur est le
courant en ampères heures qu’il va consommer en une
journée.
Capacité électrique requise par le moteur = intensité
nécessaire au fonctionnement du moteur * temps de
fonctionnement du moteur par jour
Notre moteur fonctionne avec un courant de :
Puissance en watts/tension en volts = intensité du moteur en ampères
400/24 = 16.7 A
Application numérique :
On multiplie par 14 pour obtenir le temps de fonctionnement pour 1 jour
Capacité électrique = 16.7*20*14
= 4676/3600
on divise par 3600 pour obtenir des
ampères heure
= 1.30 Ah
Pour fonctionner , le moteur a besoin de 1.30 Ah par jour.
Notre moteur a donc toutes les caractéristiques requises pour notre installation
avec panneau solaire.
3. Les panneaux solaires :
Pour les panneaux solaires , notre choix s’est porté sur deux panneaux solaires
de bas prix de 10 watts branchés en série.
Les caractéristiques d’un panneau sont :
Intensité en charge :
Tension en charge :
Tension en circuit :
Longueur :
Largeur :
Epaisseur :
Poids :
0.59 A
16,9 V
21 V
500 mm
400 mm
3,5 mm
5.5 Kg
Mis en série, les deux panneaux nous fournissent une tension de charge de 33.8
volts . La puissance des deux panneaux est donc de 20 Watts.
En charge nos panneaux solaires peuvent fournir :
Calcul de la capacité des panneaux solaires en ampères heure :
Les panneaux solaires nous délivrent une intensité de 0.59 ampères.
Si l’on multiplie cette intensité par le temps d’ensoleillement c’est à dire le
temps durant lequel le panneau fournit un courant en une journée soit 6
heures, on obtient la capacité des panneaux solaires en ampères heures.
Capacité des panneaux solaires = intensité en charge * temps
d’ensoleillement
Capacité des panneaux solaires = 0.59*6 = 3.54 Ah
La capacité des panneaux solaires lorsqu’on charge les batteries est donc
de 3.54 ampères heures .
4.Les batteries :
Pour ce projet, nous allons utiliser deux batteries de 12 volts à
recombinaison de gaz d’une capacité de 26 Ah branchées en série.
En série , la tension sera de 24 volts.
Ces batteries nécessitent une tension supérieure à 32 volts pour être
rechargées dans de bonnes conditions , une tension de crête de 33.8
volts est tout à fait adaptée à la recharge complète de ce type de
batteries .
A ces batteries , il faut ajouter un régulateur de charge qui permet
d’éviter la surcharge des batteries et pour empêcher leur déchargement
dans les panneaux en cas de mauvais temps.
Pour recharger nos batteries avec les panneaux solaires , il faut ajouter un
coefficient de 1.4 à la tension de charge des batteries.
Dans notre cas , la consommation moteur par jour est de 1.30 Ah.
Pour recharger ces batteries, il nous faudra 1.30 Ah multiplié par 1.4
(donnée fournie par le constructeur de batteries).
Ce qui nous donne : 1.30*1.4 = 1.82Ah
Pour recharger les batteries, nous devrons injecter dans celles-ci une
intensité de 1.82 Ah.
5.Applications
Notre moteur a besoin de 1.30 Ah par jour pour fonctionner.
Nos panneaux solaires nous fournissent 3.54 Ah par jour de beau temps.
Pour recharger complètement les batteries après une journée, il faut 1.82 Ah
pour une tension de 33.8 volts.
Dans cette configuration nos panneaux solaires fournissent 3.54-1.82=1.72 Ah
en trop.
Capacité de la batterie
Besoin moteur
Nos batteries peuvent être utilisées sans recharge pendant 26/1.30 =20 jours.
On peut donc effectuer encore 280 manœuvres au cas ou le temps se dégraderait
pendant plusieurs jours ou si un des panneaux solaires seraient défaillants.
L’ajout d’un système de commande du portail par radio ne contrarie pas notre
système, vu sa consommation négligeable et la réserve d’énergie dont nous
disposons, soit 1.72 Ah.
Tous les organes de ce système sont
donc en parfaite harmonie pour pouvoir
fonctionner selon les conditions
d’utilisations et les conditions
climatiques.
FIN