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Rapport final 1

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République du Cameroun
Republic of Cameroon
.
Paix-Travail-Patrie
Peace-Work-Fatherland
Ministère de l’enseignement supérieur
Ministry of higher education
Projet tuteuré
2ème année Polytech-Nancy
RÉALISATION D’UN SYSTÈME DE
PRODUCTION D’ELECTRICITÉA PARTIR DE
L’ÉNERGIE SOLAIRE
Présenté par :
DE WANDJI YOUDJIEU Natacha
NGAMO NGALLA Anne-Dominique
Sous l’encadrement de :
Mr KANA DONFACK
Année académique 2018/2019
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
AUX FAMILLES WANDJI et NGAMO pour leur soutien
permanent
ii
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
REMERCIEMENT
Au terme de ce travail, c’est un devoir agréable d’exprimer en quelques lignes la
reconnaissance et la gratitude que nous devons à tous ceux dont on a sollicité l’aide et la
collaboration. C’est sans doute la partie la plus difficile de notre travail, car nous ne
saurions citer toutes ces personnes, mais sachez que vous avez toute notre
reconnaissance. Toutefois, nous remercions particulièrement :
Mr GUIMEZAP Paul, fondateur de l’IUC où nous suivons nos études actuelles ;
Mme KANA DONFACK, notre encadreur académique pour sa supervision, et son
encadrement lors de la rédaction de ce présent rapport ;
Le corps enseignant et le personnel de l’IUC en particulier Mme TSAGUE Nadine
pour leur suivi durant toute l’année scolaire ;
Dr HUISKEN pour ses bons conseils et ses recommandations lors de la réalisation de
notre projet ;
Nos parents qui se dévouent tous les jours pour notre bien-être
Toute personnes ayant contribué de près ou de loin à la réalisation de ce projet ou à
la rédaction du présent rapport.
iii
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
SOMMAIRE
AUX FAMILLES WANDJI et NGAMO pour leur soutien permanent .......................................................... ii
1.1.
Contexte général.......................................................................................................................... 1
1.2
Énoncé du problème ................................................................................................................... 1
1.3
Justification du projet ................................................................................................................. 2
1.4
Objectifs ....................................................................................................................................... 2
1.5
Portée du projet........................................................................................................................... 2
1.6
Méthodologie ............................................................................................................................... 2
1.7
Rapport de projet organisation.................................................................................................. 3
2.1.
Technologie et structures photovoltaïque ................................................................................. 4
2.3.
Composants d’un système photovoltaïque (PV) ....................................................................... 5
2.3.1.
Générateur photovoltaïque (GPV) ........................................................................................ 5
2.3.2.
Contrôle et stockage d’énergie............................................................................................... 5
2.3.3.
Utilisation de l’énergie ............................................................................................................ 6
2.5.1.
Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque .................................................. 7
2.5.2.
Modélisation d’une cellule photovoltaïque ........................................................................... 8
3.1.
L'analyse fonctionnelle externe du système ................................................................................ 16
3.1.2.
Analyse Du Besoin..................................................................................................................... 16
3.1.3.
Validation du besoin ................................................................................................................. 17
3.1.4.
Enoncé des différentes fonctions de service. ........................................................................... 17
...................................................................................................................................................................... 18
3.2.
L'analyse fonctionnelle interne du système ................................................................................. 18
3.2.1.
- FAST de description du système de notre système .............................................................. 19
3.2.2.
- SADT, Actigramme A-0, Actigramme niveau A1 ................................................................ 20
3.3.
Listes des exigences ....................................................................................................................... 21
3.4.
Proposition de solutions ................................................................................................................ 22
iv
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
LISTE DES FIGURES, PHOTOS ET TABLEAUX
Liste des figures
Figure1 : Vue d’ensemble du réseau de distribution
Figure2 : Principe de fonctionnement du transformateur
Figure3 : Schéma électrique d’un transformateur
Figure4 : Synthèse des étapes de réparation d’un transformateur
Annexe1 : Plan de localisation d’Eneo site Bassa
Annexe2 : Organigramme hiérarchique d’Eneo
Annexe3 : Types de couplages pour transformateurs
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26
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35
36
Liste de photos
Photo1 : Type de transformateurs
Photo2 : Vue interne d’un transformateur de distribution
Photo3 : Ratiomètre électrique
Photo4 : Mesure du rapport de transformation
Photo5 : Mégohmmètre
Photo6 : Mesure de la résistance d’isolement
Photo7 : Prise d’un échantillon d’huile
Photo8 : Mesure de la tension de claquage dans le spentermètre
Photo9 : Transformateur décuvé avec une mauvaise bobine
Annexe5 :Plaque signalétique d’un transformateur TRANSFIX
Annexe6 :Joints du transformateur de distribution
Annexe7 :Palan manuel
Annexe8 :Transpalette
Annexe9 :Hyster
Annexe10 :Caisse à outils multifonctions
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37
Liste des tableaux
Tableau1 : Etapes de création d’Eneo
Tableau2 : Fiche d’identification d’Eneo
Tableau3 : Chronogramme des activités au cours de notre stage
Tableau4 : Identification des grandeurs électriques dans un transformateur
Tableau5 : Tensions nominales des transformateurs de l’atelier
Tableau6 : Causes et défauts rencontrés dans un transformateur
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Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
ABRÉVIATIONS ET SIGNES
AVANT-PROPOS
Dans le but d’assurer son développement et de fournir à son industrie des agents compétents dans divers domaines, l’Etat Camerounais a créé de nombreuses structures et
formations. L’Institut Supérieur des Technologies et du Design Industriel (ISTDI) crée
par l’arrêté N° 02/0094/MINESUP/DDES/ESUP du 13 septembre 2002 et dont l’autorisation d’ouverture N° 0102/MINESUP/DDES/ESUP du 18 septembre 2002. L’ISTDI
a été érigé en Institut Universitaire de la Côte (IUC) par arrêté N°1/05156 /N/MINESUP/
DDES/ESUP/SAC/EBM du 24 octobre 2011. L’IUC comporte trois établissements,
notamment :
1. L’Institut Supérieur de Technologies & du Design Industriel (ISTDI) qui forme
dans les cycles et filières suivants :
A) Cycle des BTS, Licence et Master Industriels :












Maintenance des systèmes informatiques (MSI)
Informatique Industrielle (II) et Informatique de gestion (IG)
Électrotechnique (ET) et Électronique (EN)
Froid et climatisation (FC)
Maintenance et après-vente automobile (MAVA)
Génie civil (GC)
Management et Service Automobile (Licence et Master)
Maintenance des Systèmes Industriels (MSI)
Automatique & Informatique Industrielle (Licence et Master)
Ameublement et Construction Bois (Licence et Master)
Électrotechnique et Ingénierie Électrique (Licence et Master)
Administration et sécurité des travaux des réseaux (Licence et Master)
2. L’Institut de Commerce et d’Ingénierie d’Affaires (ICIA) qui forme dans les
cycles et filières suivantes :
- Cycle des BTS, Licence et Master Commerciaux :
 Assurance
 Banque et Finance(BF) et Comptabilité et Gestion des Entreprises (CGE)
 Action Commerciale (ACO) et Commerce International (CI)
vi
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
-
 Communication d’Entreprise (CE)
 Logistique et Transport (LT)
 Gestion des Ressources Humaines (Licence et Master)
Cycle des Master ISUGA-FRANCE
3. L’Institut d’Ingénierie Informatique d’Afrique Centrale (3i-AC) qui forme
dans les cycles et filières suivantes :
-
-
Cycle des TIC :
 Réseautique, Programmation
Multimédia
Cycle Master Européen :
Cycle Ingénieur
Cycle Master Professionnel




pour
Internet
et
Webmestre/Production
Génie Électrique & Informatique Industrielle ;
Génie Télécommunications & Réseaux ;
Génie Énergétique et Environnement
Maintenance industrielle
4. Programme International des Sciences et Technologies de l’Innovation
(PISTI) qui forme dans les filières suivantes :
- Cycle des Classes Préparatoires aux Grandes Ecoles d’Ingénieurs(CP) en
partenariat avec l’université du Maine en France :

Classes préparatoires (CP) et Licences Sciences & Techniques (LST)
-
Cycle Ingénieur Polytechnique (POLYTECH NANCY-France)
Cycle Ingénieur de Génie Biomédicale avec l’université de TOR VERGATA en
Italie
Cycle Architecture et Design Industriel avec l’université de CAMERINO en
Italie
-
L’étudiant du cycle ingénieur généraliste est tenu de monter un projet tuteuré en
deuxième année ; dont le rapport est présenté et soutenu devant un jury. C’est dans ce cadre
que
nous
avons
travaillé
sur
la « RÉALISATION
D’UN
SYSTÈME
DE
PRODUCTION D’ÉLECTRICTÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE »
vii
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
RÉSUMÉ
Au cours de notre formation, nous avons la nécessité de travailler sur un projet tuteuré
le long de la deuxième année dans le but d’être préparé à occuper des fonctions
scientifiques ou techniques en vue de prévoir, créer, organiser, diriger et contrôler les
travaux qui en découlent. C’est dans cette optique qu’il nous a été assigné un thème portant
sur « LA RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À
PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE » d’où ce présent rapport. C’est dans ce but que nous
avons étudié le système photovoltaïque ainsi que tout le nécessaire pour mettre sur pieds
un générateur solaire pouvant alimenter de façon basique des petits appareils tels des
smartphones, tablettes, des lampes d’éclairage. De plus, tenant compte du facteur
rendement, nous avons également considéré l’association avec un suiveur solaire, qui est
un système qui se déplace en fonction de la position du soleil au cours de la journée pour
une production optimale. De ce fait, nous avons utilisés des notions en électronique à
travers la carte arduino UNO et le logiciel PROTEUS ISIS ; mécanique lors de la
conception assistée par ordinateur de notre système à travers les logiciels CATIA et
SOLIDWORKS. Tous ceci nous a donc permis de nous rapprocher un peu plus du métier
d’ingénieur qui est constamment appelé à mener à bien des projets de grandes envergure.
viii
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
ABSTRACT
During our training, we have the need to work on a project staked along the second
year in order to be prepared to occupy scientific or technical functions in order to plan,
create, organize, direct and control the works resulting from it. It is with this in mind that
we have been assigned a theme on « THE REALIZATION OF A SYSTEM OF
ELECTRICITY PRODUCTION FROM SOLAR ENERGY», hence this report. It is for
this purpose that we studied the photovoltaic system as well as all the necessary to set up
a solar generator that can power in a basic way small devices such as smartphones,
tablets, lighting lamps. In addition, taking into account the efficiency factor, we also
considered the association with a solar tracker, which is a system that moves according to
the position of the sun during the day for optimal production. As a result, we used notions
in electronics through the arduino UNO card and the PROTEUS ISIS software;
mechanics when designing our system through CATIA and SOLIDWORKS software.
All this has allowed us to get closer to the engineering profession that is constantly called
upon to carry out large-scale projects.
ix
Projet tuteuré
CHAPITRE1 : INTRODUCTION
1.1.Contexte général
Face aux prévisions d‘épuisement inévitable des ressources mondiales en énergie
fossile (pétrole, gaz, charbon...), en énergie d‘origine thermonucléaire (uranium,
plutonium...), face aux multiples crises pétrolières, économiques, aux changements
climatiques dus à l‘effet de serre, la science s‘est tout naturellement intéressée aux
ressources dites " renouvelables " et notamment vers la plus ancienne, le Soleil, qui se
déverse chaque jour.
Au Cameroun, la consommation énergétique, est essentiellement assurée par les
énergies fossiles (pétrole, gaz naturel et charbon) et la production hydraulique ; ce qui ne
permet cependant pas de répondre aux attentes de la population, situation qui représente
non seulement un frein pour le développement mais également pour le bien-être de tous.
Or, la position géographique du Cameroun favorise le développement et l‘épanouissement de l‘utilisation de l‘énergie solaire. En effet, vu l‘importance de l‘intensité du
rayonnement reçu, ainsi que la durée de l‘ensoleillement qui dépasse les dix heures par
jour pendant plusieurs mois, notre pays peut couvrir certains de ses besoins à partir de
l'énergie solaire tels que l’éclairage urbain ou le pompage. Ces avantages pourraient être
profitables dans les régions les plus reculées.
Dans cette lancée, il nous a été donnée dans le cadre de notre projet tuteuré de deuxième année en ingénierie le thème portant sur la « RÉALISATION D’UN SYSTÈME DE
PRODUCTION D’ÉLECTRICTÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE ». De plus,
dans le but d’optimiser la production de notre système, nous nous sommes donnés pour
but d’associer à celui-ci un suiveur solaire.
1.2
Énoncé du problème
Le problème qui se pose est la mise en œuvre d'un système de production
d’électricité à partir de l’énergie solaire et associer à celui un système de poursuite solaire
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
qui est capable d'améliorer l'efficacité de la collecte de l'énergie solaire par des cellules
photovoltaïques jusqu'à 30 à 40%.
Le travail sera principalement axé sur le dimensionnement des éléments du système
pour l’alimentation d’une habitation lambda ; puis sur la mise sur pied du système de
poursuite à l’aide de la carte Arduino.
1.3
Justification du projet
Ce projet a été mis sur pieds par l’Institut Universitaire de la Cote pour les étudiants
de Polytech-Nancy II afin que ceux-ci soient confrontés aux tâches réservées au
ingénieurs, c’est à dire savoir mener à bien un projet et ceux dans les délais attribués.
1.4
Objectifs
Le projet a pour objectifs de :
1.5
-
Permettre aux étudiant d’apprendre le travail d’équipe et de management ;
-
Développer l’esprit de recherche et de création des étudiants ;
-
Accroitre le savoir-faire des étudiants dans l’utilisation des logiciels académiques ;
-
Mettre sur pieds le système autour duquel gravite le projet
Portée du projet
Le projet a été abordé sur deux volets. Etant donné qu’il s’agissait de la réalisation
d’un système de production d’électricité à partir de l’énergie solaire, nous avons au
premier abord étudié système dans le cadre de l’alimentation d’une habitation lambda de
la ville de Douala, puis nous l’avons étudié dans le cadre de la réalisation d’une minimaquette qui est composée d’un panneau solaire et d’un suiveur.
1.6
Méthodologie
La mise sur pieds du système photovoltaïque a été principalement axé sur le
dimensionnement des différents éléments le constituant à savoir :
2
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
-
Le module photovoltaïque : Energie à produire et la puissance crête du module ;
le nombre de panneaux nécessaire et la tension de fonctionnement ;
-
Le parc de batteries : La capacité des batteries ainsi que le nombre nécessaire ;
-
L’onduleur
Le système de poursuite solaire lui peut être sous-divisé en trois parties.
-
L’étage d'entrée qui comprend des capteurs de lumière (résistances dépendantes
de lumière ou LDR) et des résistances. Les deux sont montés de telle manière
qu'ils forment un pont diviseur de tension, dont la tension du est alors
proportionnelle à l'intensité de la lumière tombant sur les capteurs de lumière.
-
Le contrôle de commande assuré par la carte Arduino UNO qui prend les tensions
analogiques provenant des capteurs en entrée, les compare et envoie un signal
d'actionnement pour déplacer le moteur de manière appropriée.
-
Les servomoteurs qui ajuste de manière appropriée sa position, de manière à
diriger le panneau vers le soleil.
Enfin, un montage en bois est conçu et construit pour maintenir le panneau et les
composants du suiveur solaire.
1.7
Rapport de projet organisation
Le rapport de projet est divisé en 5 chapitres;
Chapitre 1: L’introduction au projet ;
Chapitre 2: Les généralités sur le thème ;
Chapitre 2: Analyse fonctionnelle et choix des solutions ;
Chapitre 3: Dimensionnement du système ;
Chapitre 4: Mise en œuvre du projet.
Chapitre 5: Résultats et des analyses.
3
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
CHAPITRE 2 : GÉNÉRALITÉS SUR LE THÈME
2.1.Technologie et structures photovoltaïque
La plupart des cellules photovoltaïques sont faites de silicium, l’un des éléments les
plus abondants sur la terre; le sable des plages est fait d’oxyde de silicium (silice). Les
principales technologies industrialisées en série à ce jour sont le silicium mono- ou poly
cristallin et le silicium en couche mince
-
Silicium poly-cristallin : Rendement allant de 12 à 14%
-
Silicium monocristallin : Rendement allant de 14 à 16%
-
Silicium amorphe en couche mince : Rendement allant de 7 à 9%
2.2.Avantages et inconvénients d’une installation PV
2.2.1. Avantages
-
L’installation ne comporte pas de pièces mobiles qui la rendent particulièrement
appropriée aux régions isolée ;
-
Montage simple et adaptable à des besoins énergétiques divers, les systèmes
peuvent être dimensionnés pour des applications de puissances allant du milliwatt
au mégawatt Le coût de fonctionnement est très faible vu les entretiens réduits et il
ne nécessite ni combustible, ni transport, ni personnel hautement spécialisé, ce qui
lui confère un caractère écologique.
2.2.2. Inconvénients
-
La fabrication du module photovoltaïque relève de la haute technologie et requiert
des investissements d’un coût élevé ;
-
Le rendement réel de conversion d’un module est faible, de l’ordre de 10-15 % ;
-
Lorsque le stockage de l’énergie électrique sous forme chimique (batterie) est
nécessaire, le coût du générateur est accru.
-
Le stockage de l’énergie électrique pose encore de nombreux problèmes.
4
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
2.3.Composants d’un système photovoltaïque (PV)
L’énergie qu’il fournit par un module photovoltaïque est très variable, et toujours en
courant continu ; il faut donc la stocker et parfois la transformer. On appelle "système
photovoltaïque" l’ensemble du composant nécessaire à l’alimentation d’une application
en toute fiabilité. Généralement, un système photovoltaïque comprend les différents
éléments indiqués par la figure 1.
F IGURE 1COMPOSANTS DE BASE D ’ UN SYSTEME PV
2.3.1. Générateur photovoltaïque (GPV)
Le générateur photovoltaïque GPV représente la partie de production d’énergie
électrique.
2.3.2. Contrôle et stockage d’énergie
L’intensité électrique que fournissent ces modules dépend, l’ensoleillement et de
leur positionnement, d’où une irrégularité dans la fourniture d’énergie qui peut ne pas
être compatible avec les besoins en énergie, généralement plus constants. Il est donc
souvent nécessaire de stocker et contrôler l’approvisionnement en électricité à l’aide de
batteries et de régulateur de charge. Pour les charges alternatives, il est nécessaire
d’utiliser un onduleur (convertisseur DC/AC) qui assure leur fonctionnement.
5
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
2.3.3. Utilisation de l’énergie
Cette partie se compose essentiellement d’un ou plusieurs récepteurs qui sont
appelées charges.
2.4.Principe de fonctionnement
Un système photovoltaïque avec batterie peut être comparé à une charge alimentée
par une batterie qui est chargée par un générateur photovoltaïque.
-
Le champ de modules PV charge la batterie en période d’ensoleillement;
-
La batterie alimente la charge et assure un stockage de l’énergie électrique ;
-
Le régulateur de charge protège la batterie contre la surcharge de l’énergie
produite par le champ de modules PV et inclut habituellement une protection
contre les décharges profondes de la batterie;
-
L’onduleur permet l’utilisation d’appareil à courant continu (DC) à tension
variable ou à courant alternatif (AC) (onduleur).
2.5.Générateur photovoltaïque
Le générateur photovoltaïque GPV est composé d’un ou plusieurs modules
photovoltaïques. Ces modules sont formés d’un assemblage série /parallèle de cellules
photovoltaïques, qui réalise la conversion d’énergie solaire en électricité.
F IGURE 2 : S CHEMA D ’UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE
6
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
2.5.1. Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque
Dans une cellule photovoltaïque basée sur une jonction PN, une excitation lumineuse
crée aux alentours de la jonction, des paires électrons-trou qui se déplacent sous
l’influence du champ électrique de la jonction.
La naissance d’une différence de potentiel lorsque les porteurs de charges sont crées dans
les environs de la jonction par excitation lumineuse, permet à la cellule de fonctionner
comme un générateur électrique quand les deux faces de la cellule sont électriquement
reliées à une charge.
F IGURE 3 : P RINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’ UNE CELLULE PV
Avec :
E : énergie de photon(ev)
h : constante de Planck
V : fréquence de la
lumière
C : vitesse de la lumière
l : longueur d’onde de la
lumière
La tension maximale de la cellule est d’environ 0.6 V pour un courant nul. Cette
tension est nommée tension de circuit ouvert (VOC). Le courant maximal se
7
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
produit lorsque les bornes de la cellule sont court-circuitées, il est appelé courant
de court-circuit (ICC) et dépend fortement du niveau d’éclairement.
2.5.2. Modélisation d’une cellule photovoltaïque
Le schéma équivalent de la cellule solaire est présenté dans la figure 4, qui
consiste en une source de courant idéale, branchée avec une diode en parallèle,
deux résistances pour tenir compte des pertes interne.
F IGURE 4 : C IRCUIT EQUIVALENT D ’ UNE CELLULE PV
Rserie représente la résistance série qui tient compte des pertes ohmiques du
matériau des métallisations et du contact métal/semi-conducteur. Rshunt représente
une résistance parallèle (ou résistance de fuite) provenant de courants parasites
entre le dessus et le dessous de la cellule par le bord en particulier et à l’intérieur
du matériau par des irrégularités ou impuretés.
2.6.Caractéristiques d’un module solaire PV
-
Puissance de crête, Pc : Exprimée en watt-crête (Wc), c’est la puissance électrique
maximum que peut fournir le module dans les conditions standards (25°C et un
éclairement de 1000 W/m²) ;
-
La caractéristique I/V : Courbe représentant le courant (I) débité par le module en
fonction de la tension (V) aux bornes de celui-ci ;
-
Tension à vide, Vco : Tension aux bornes du module en l’absence de tout courant,
pour un éclairement " plein soleil ;
8
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
-
Courant de court-circuit, Icc : Courant débité par un module en court-circuit pour
un éclairement " plein soleil " ;
-
Point de fonctionnement optimum, (Vm, Im) : Lorsque la puissance de crête est
maximum en plein soleil, Pm = Vm*Im ;
-
Rendement : Rapport de la puissance électrique optimale à la puissance de
radiation incidente ;
-
Facteur de forme : Rapport entre la puissance optimale Pm et la puissance
maximale que peut avoir la cellule ;
2.7.Module et groupement de cellules en série
La tension générée par une cellule étant très faible (de l’ordre de 0.6 - 0.7v), il
faudra dans la majorité des cas, associer en série un certain nombre de cellules pour
obtenir des tensions compatibles avec les charges à alimenter. La figure 5 donne le
schéma d’un module de cellules en série fermé sur sa résistance R’.
F IGURE 5 : SCHEMA D ’UN MODULE
F IGURE 6 : CARACTERISTIQUE I(V) D ’UN
FERME D ’UN GROUPEMENT EN SERIE
GROUPEMENT DE
NS CELLULES EN SERIE .
Avec :
Ns : nombre de cellule en série
G : groupement de Ns cellules
R’: la charge
9
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
On constate immédiatement qu’à la figure5, correspondant à la mise en série de
Ns générateurs de courant, le courant généré par les cellules est le même dans toute la
branche ainsi que dans la charge. Alors que la tension résultante est la somme des
tensions de chaque cellule. Donc il ne faudra connecter en série que des cellules
identiques. La figure6, présente la caractéristique courant-tension d'une seule cellule
et de groupement de Ns cellules en série. La caractéristique du groupement G est
obtenue en multipliant point par point et pour un même courant, la tension Vi par Ns.
Fermé sur l'impédance R', le groupement série délivrera le courant I sous la tension
Ns*Vi. Chacune des Ns cellules générant ce courant I et la tension Vi. La
construction graphique de la figure 6 suppose que la connexion en série des cellules
n'introduit pas de résistances parasites (série ou shunt) supplémentaires. L'impédance
optimale pour le groupement série est Ns fois plus grande que l'impédance optimale
pour une cellule de base.
2.8.Module et groupement de cellules en parallèle
Il est possible d'augmenter le courant fourni à une charge en plaçant en parallèle.
Plusieurs cellules ou modules photovoltaïques comme indiqué sur la figure7. Sur
celle-ci, les générateurs de courant représentent soit des cellules individuelles, soit
des cellules en série (modules), soit des modules en série (branches). On constate
dans ce cas que la tension générée est la même pour toutes les cellules (ou tous les
modules ou toutes les branches). Donc il ne faudra connecter en parallèle que des
cellules, des modules, ou des branches identiques. La figure8, présente la courbe de
puissance résultante (G) pour le groupement parallèle considéré.
F IGURE 7 : SCHEMA D ’UN MODULE FERME D ’UN GROUPEMENT EN PARALLELE
10
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
F IGURE 8: CARACTERISTIQUE I(V) D ’UN GROUPEMENT DE NS CELLULES EN PARALLELE .
Avec :
Np : nombre de cellule en parallèle
G : groupement de Np cellules
R’’: la charge
Cette courbe est obtenue en multipliant point par point par Np (nombre d'éléments
en parallèle) et pour chaque valeur de la tension, le courant de la courbe
correspondant à une cellule élémentaire fermé sur une résistance R". Le groupement
parallèle délivrera le courant Np.ll sous la tension V. Chacune des Np branché en
parallèle génère le courant Ii. La construction graphique de la figure9 suppose que la
connexion en parallèle n’introduise pas des résistances parasites (série ou shunt)
supplémentaires. L'impédance optimale pour le groupement parallèle est Np fois plus
faible que l'impédance optimale pour une branche.
2.9.Positionnement
Comme mentionné auparavant, l’énergie fournie par le panneau PV dépend
fortement de la quantité d’éclairement solaire absorbée par ce dernier. Cette
quantité dépend de l'orientation du panneau par rapport au soleil. Pour collecter le
maximum d'énergie, le panneau PV doit être constamment orienté perpendiculairement aux rayons solaires (Figure 9).
11
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
F IGURE 9 : DEPENDANCE DES PERFORMANCES D ’UN PANNEAU PV DE L ’ANGLE ß .
Avec :
β :l’angle formé entre le plan du panneau et les rayons lumineux incidents,
L’angle optimal correspond à un angle de 90° comme indiqué dans la figure 10
Chaque fois que cet angle diminue ou augmente, la surface (m²) du panneau
exposé aux rayons diminue et donc en partant de la puissance produite, le
rendement diminue aussi, d’où l’importance de l'orientation des panneaux par
rapport à la position du Soleil.
Le rendement en puissance solaire exploitée peut être calculé à l’aide de
l’équation suivante :
R = sin (ß) × 100
F IGURE 10: RENDEMENT EN PUISSANCE SOLAIRE EXPLOITEE EN FONCTION DE L 'ANGLE ß DES RAYONS SOLAIRES .
12
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
2.10.
Angle d’inclinaison
Un autre facteur qui influence sur les performances du panneau PV est l’angle
d’inclinaison, qui correspond à l’angle formé par le plan du panneau solaire par
rapport à l’horizontale (le plan du sol).
F IGURE 11: REPRESENTATION DE
F IGURE 12: REPRESENTATION DES EQUINOXES ET SOLSTICES ET L ’ INCLINAISON DE
L ’ AXE DE ROTATION DE LA TERRE PAR RAPPORT A SON PLAN DE TRANSLATION
En Leffet,
’ ANGLEl’évolution
D ’INCLINAISONde
Θ . la trajectoire du soleil varie selon les saisons
AUTOUR DU SOLEIL .
Cependant si l’on désire maximiser la puissance générée par un panneau PV et avoir
un rendement optimal, il faut tenir compte de tous ces paramètres et contraintes liées à
l’orientation du module ainsi que la position du soleil. Ceci peut être assurée par un
système de poursuite solaire (suiveur soleil ou encore dit tracker solaire (appellation
courante) permettant de suivre le soleil tout au long de la journée. Pour cela, la structure
possède deux degrés de liberté : une rotation horizontale pour régler l’azimut et une
rotation verticale pour l'inclinaison. Ce système permet ainsi, aux panneaux
photovoltaïques de suivre continuellement et en temps réel la trajectoire du soleil pour
assurer une production électrique maximale.
2.11.
Technologie des suiveurs solaires
Les premières applications des suiveurs solaires remontent vers les années 1750 où le
principe reposait sur l’utilisation de l’héliostat. De nos jours, on distingue principalement
deux grandes familles de suiveurs solaires: les passifs et les actifs.
13
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
-
Le suiveur passif est constitué dans son architecture de deux tubes en cuivre
montés sur les côtés Est et Ouest du panneau PV. Le tube de matière cuivre
(entouré dans la figure 14) est rempli de fluides chimiques capable de se vaporiser
à basse température. En effet, lorsque l'exposition au rayonnement solaire
augmente la température d'un côté du panneau, le composé dans le tube en cuivre
se vaporise. La partie gazeuse du composé occupe un plus grand volume interne,
et sa partie liquide est décalée vers le côté ombragé. Cette opération de transfert de
masse ajuste l'équilibre du panneau PV en le faisant tourner vers la source des
rayons solaires.
F IGURE 13: REPRESENTATION D ’UN SUIVEUR PASSIF

Les suiveurs solaires actifs utilisent le principe de la détection de lumière, suivant
la trajectoire solaire en cherchant à optimiser au maximum l’angle d’incidence du
rayonnement solaire sur leur surface. Il existe deux types dans cette famille : les
suiveurs mono-axe et double axe. L’avantage de ces derniers par rapports aux
suiveurs passifs c’est qu’ils représentent une meilleure précision de suivi et ne
nécessitent aucune intervention manuelle pour les ajuster
F IGURE 14: SUIVEUR ACTIF MONO - AXE
F IGURE 15: SUIVEUR ACTIF DOUBLE AXE .
14
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
Il existe deux grandes techniques pour assurer le suivi et ce en tenant compte de la
précision voulue. L’une repose sur le calcul de la position du soleil en se basant sur les
équations géométriques et astronomiques prédéfinies et qui nécessite une intervention
manuelle pour modifier la latitude du site, la date du jour et l’heure. Cette technique est
dite la méthode astronomique du fait que la position est directement fonction du parcours
solaire préprogrammé.
L’autre méthode est dite active, permanente ou asservie vu que les algorithmes
adoptés sont basés sur des capteurs de lumière, photorésistances ou cellules PV pour
déterminer la position du soleil à tout moment, permettant ainsi un suivi instantané et
notamment une orientation optimale du panneau. C’est vers cette dernière que va
s’orienter notre travail, en réalisant un système de poursuite automatique.
15
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
CHAPITRE 3 : ANALYSE FONCTIONNELLE ET
CHOIX DES SOLUTIONS
3.1.L'analyse fonctionnelle externe du système
L'analyse fonctionnelle externe consiste à analyser les besoins auquels devra
répondre le produit, les fonctions de service qu'il devra remplir, les contraintes
auxquelles il sera soumis et à caractériser ces fonctions et ces contraintes. C'est la
base de l'élaboration du Cahier des Charges Fonctionnel
3.1.1. Problématique :
Orienter le panneau solaire perpendiculairement aux rayons du soleil afin d’avoir
le meilleur rendement dans la production électrique. Ce réglage varie dans la journée
compte tenu de la rotation de la terre.
3.1.2. Analyse Du Besoin

BESOIN : Produire de l’énergie électrique et recharger les batteries ;.

PRODUIT : Panneau solaire suiveur.
Utilisateur
Soleil
À qui ce système rend-
Sur quoi agit-il?
t.il service
Panneau solaire
suiveur
Dans quel but ?
Orienter un panneau solaire perpendiculairement
au soleil et produire de l’énergie électrique.
F IGURE 18: ANALYSE DU BESOIN
Projet tuteuré
16
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
3.1.3. Validation du besoin
-
Qu’est-ce qui pourrait faire évoluer le besoin et par conséquent le produit ?
La présence des Batteries de très grandes capacités de charge.
-
Qu’est ce qui pourrait faire disparaître le besoin et par conséquent le produit ?
L’utilisation des systèmes automatisés plus sophistiqué.
3.1.4.
Enoncé des différentes fonctions de service.
Utilisation d’un diagramme des interactions :’’pieuvre’’
F IGURE 19: DIAGRAMMES PIEUVRE
17
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
Fonctions
Définition
Critère d’appréciation
FP1
Orienter le panneau au mieux et capter
l’énergie solaire pour la production électrique
Mesure d’angle, de
courant et de tension
FP2
Permettre d’effectuer des mesures électriques
Mesure de courant et de
tension
FC1
Fournir une énergie électrique qui sera stockée Puissance fournie
dans le batteries
FC2
Etre sur un support
Stabilité, angle et vitesse
du vent,
FC3
Etre agréable à voir
Matériaux, couleur,
organisation
FC4
Avoir un cout optimal
Coût abordable
FC5
Résister au milieu ambiant et aux intempéries
FC6
Etre peu encombrant
Humidité, vitesse du
vent
Démontage, taille
FC7
Etre adaptable à un onduleur
Dimensionnement
T ABLEAU 1: DEFINITION DES FONCTIONS DU DIAGRAMME PIEUVRE
3.2.L'analyse fonctionnelle interne du système
Un produit peut être considéré comme le support matériel d’un certain nombre de
fonctions techniques. L’analyse fonctionnelle interne d’un produit dégage chaque
fonction technique permettant d’assurer les fonctions de service et permet la
matérialisation des concepts de solutions techniques. C’est le point de vue du
concepteur.
Ce type d’analyse consiste à rechercher les fonctions techniques, les solutions
optimales et les composants qui doivent satisfaire une fonction de service.
18
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
3.2.1. - FAST de description du système de notre système
Pour rechercher le maximum de solutions, il est nécessaire de procéder à une
recherche progressive et descendante des fonctions techniques à partir de chacune des
fonctions de service.
L'outil permettant de réaliser et de visualiser cet enchaînement s'appelle le
F.A.S.T. signifiant : Function Analysis System Technic, que l'on peut traduire par :
Technique d'Analyse Fonctionnelle et Systématique.
F IGURE 20: DIAGRAMMES FAST
Projet tuteuré
19
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
3.2.2. - SADT, Actigramme A-0, Actigramme niveau A1
La méthode SADT est une méthode graphique qui part du général pour aller au
particulier. Elle permet de décrire des systèmes où coexistent des flux de matières d'œuvre
(produits, énergies et informations). Elle s'appuie sur la mise en relation de ces différents
flux avec les fonctions que remplit le système.
C1
E
C3
C2
C4
Transformer l’énergie solaire en énergie
électrique avec le meilleur rendement possible
S1
S2
M
F IGURE 21: SADT A-0
E
S1
S2
M
C1
C2
C3
C4
Références
Energie solaire
Information d’état
Energie électrique disponible
Panneau solaire
Présence de l’énergie et détection
Informations sur la position du soleil
Mise en rotation pour suivi du soleil
Paramètres de fonctionnement
T ABLEAU 2: REFERENCES DU SADT A-0
20
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
F IGURE 22: SADT NIVEAU A1
3.3.Listes des exigences
La liste des exigences sera représentée pour nous par un tableau indiquant les exigences
et souhaits voulues par le demandeur de projet, qui est dans notre cas notre université
dans le cadre d’un projet tuteuré.
21
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
Donneur du projet : L’Institut
Légende :
Liste des exigences
Universitaire De La Côte
E : Exigence
S : Souhait
Projet : Système de production
Contrat N0 :
électrique à partir de l’énergie solaire
E/S
N0 E/S
Désignation
E
1
Produire de l’électricité
E
2
Etre commandé par une carte Arduino
Exécutant :
-
De Wandji N
-
Ngamo A.
ou un microprocesseur
E
3
Etre dimensionner pour alimenter en
continu et en alternatif
E
4
Respecter les normes en vigueur
E
5
Etre peu couteux
S
1
Etre rotatif en Azimut et par rapport à
l’horizontale
T ABLEAU 3: L ISTE DES EXIGENCES
3.4.
-
Proposition de solutions
Panneau solaire
Le panneau solaire est l’élément clé de notre système car c’est de lui que découle
l’énergie électrique. De ce fait, il doit répondre à des attentes par rapport à cette production.
Nous avons dans ce cas deux solutions que nous pouvons proposer : Le panneau solaire
monocristallin (S1) et le panneau solaire poly-cristallin(S2).
22
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
-
Technologie du suiveur solaire
La technique de suivi du soleil est assurée par trois solutions à savoir : Le panneau
solaire fixe (S0), le suiveur solaire mono-axe (S3) et le suiveur solaire dual-axe (S4).
3.4.1. Valorisation par critères:
Pour l’ensemble des solutions et vis-à-vis de chaque critère, on attribue une note qui
varie de 1 à 3.
Intérêt de la solution
Note
1
Faible
2
Moyenne
3
Bien adaptée
T ABLEAU 4: C HOIX DE SOLUTIONS : VALORISATION PAR CRITERES
3.4.2. Valorisation globale:
Les fonctions services n’ont pas tous la même importance au niveau de choix. Pour
cette raison, en associe à chaque critère un coefficient de pondération
K
Importance de la solution
1
Utile
2
Necessaire
3
Important
4
Très important
5
Vitale
T ABLEAU 5: C HOIX DE SOLUTIONS : VALORISATION GLOBALE
23
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
3.5.Selection des solutions
-
Choix des solutions S1 et S2 (Choix du type de panneau solaire)
Critères :
C1 : Le rendement
C2
coût minimal
C3
Écologique
C4
Adaptation aux zones reculées
-
-
Valorisation par critères
Critères
S1
S2
C1
3
2
C2
1
3
C3
2
3
C4
3
2
Valorisation globale
Critères
k
S1
S2
C1
5
15
10
C2
4
4
12
C3
4
8
12
C4
3
9
6
36
40
Total pondéré
24
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
-
Analyse des résultats
D’après le calcul que nous venons d’effectuer nous pouvons conclure que la solution
S2 (panneau solaire poly-cristallin) ayant le plus grand coefficient pondéré est la solution
la plus adapté.
-
Choix des solutions S3 et S4 (Choix de la technologie du suiveur)
Critères
C1 : La stabilité
C2 : Rendement
C3 : Cout minimal
C4 : Facilité de réalisation
C5: Suivie du soleil
-
-
Valorisation par critères
Critères
S0
S3
S4
C1
3
3
3
C2
1
2
3
C3
3
2
1
C4
3
2
1
C5
0
2
3
Valorisation globale
25
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
Critères
k
S0
S3
S4
C1
3
9
15
15
C2
5
5
10
15
C3
3
9
6
3
C4
5
15
10
5
C5
5
0
10
15
39
51
53
Total pondéré
 Analyse des résultats
D’après le calcul que nous venons d’effectuer nous pouvons conclure que la solution S 4
(Système à croisillons) qui présente le coefficient pondéré le plus élevé est la meilleure
solution de technique de suivi est celle du suiveur solaire dual-axe
26
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
CHAPITRE4 : DIMENSIONNEMENT
Tout système photovoltaïque nécessite un dimensionnement avant son
installation. Le dimensionnement consiste à déterminer la taille du champ photovoltaïque
du stockage électrochimique et de la puissance du convertisseur en tenant compte des
conditions d’ensoleillement, de la demande énergétique et du cout des éléments. Notre
projet entre dans le cadre du ravitaillement en électricité à partir de l’énergie solaire.
Nous nous sommes donné comme site d’étude une habitation lambda de la ville de
Douala et allons donc faire un dimensionnement d’une installation photovoltaïque
adéquate
4.1.Présentation du site
Notre projet entre dans le cadre du ravitaillement électrique d’une habitation
Les coordonnées géographiques de Douala sont :
-
Latitude :4.04 Nord;
-
Longitude : 9.42 Est° ;
-
Altitude : 19m
-
Mois le plus chaud : Février ; mois le moins chaud : Aout
-
Température Min =200 C ; température max = 400
-
Irradiation moyenne annuelle: 5kWh/j/m2
Panneau solaire (générateur photovoltaïque) : IMAX=4.55A VMAX=17.6V PMAX=160Wc
VOC=22.1V ISC=4.8A
4.2.Estimation du besoin énergétique
La méthode la plus utilisée pour l’estimation des besoins de puissance et d’énergie,
consiste à recenser les différents appareils électriques et leurs durées d’utilisation.
27
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
Pour mesurer la puissance totale maximale nécessaire pour le bon dimensionnement
de l’installation photovoltaïque, nous avons fait en sorte que tous les appareils soient en
plein fonctionnement. Les puissances relevées des plaques signalétiques des différents
équipements électriques et l’estimation des durées de leur fonctionnement et des énergies
consommées sont illustrés dans le tableau, cité ci-dessous ; ceci tenant compte que les
énergies consommées en (Wh/jr) par les charges sont calculés comme suit :
Description
Nombre
des charges
Lampes
Puissance
Puissance
Temps utile
Énergie
unitaire(W)
totale (W)
(h/j)
consommée (Wh/j)
10
80
8
640
500
1
500
8
Climatiseur
1
TV plasma
1
200
200
3
600
Laptop
2
25
50
3
150
Desktop
1
80
160
1
160
Modem
1
5
5
16
80
Moulinex
1
200
200
0.5
100
Réfrigérateur
1
250
250
16
4000
Smartphone
4
5
20
10
200
Ventilateur
1
50
50
5
250
500
Totale (Wh / j)
4940.58
T ABLEAU 6 : ESTIMATION ENERGETIQUE
28
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
4.2.1. Calcul de l’énergie à produire
L’énergie à produire par le champ photovoltaïque est calculé par la formule
suivante :
Epv : l’énergie à produire par le champ photovoltaïque en (Wh / jr).
Ec : L’énergie totale consommée en (Wh / j).
K : Le coefficient correcteur dont la valeur pratique est de :0.65.
Pour notre installation l’énergie à produire est de : EPV= 4940.58 /0.65
Donc EPV =7600.90Wh/j
4.2.2. Calcul de la puissance crête totale du champ photovoltaïque
La puissance crête totale du champ photovoltaïque, dépend de l’irradiation
quotidienne du lieu d’utilisation, elle est donnée par :
Ir : L’irradiation moyenne annuelle.
Ppv =7600.9 / 5 Donc : Ppv = 1520.18Wc.
La tension du champ photovoltaïque dépend du type d’application, de la puissance
photovoltaïque du système, de la disponibilité des matériels (modules et récepteur), de
l’extension géographique du système. Elle est choisie généralement en fonction de la
puissance crête du champ tel que ;
Puissance du champ
Tension en Volt (DC)
0-500Wc
500Wc-2KWc
12V
2-10KWc
>10Wc
48V
>48V
24V
T ABLEAU 7 : C HOIX DE LA TENSION DE FONCTIONNEMENT
Pour notre installation nous choisissons une tension de 24Volt (VDC).
29
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
4.3.Détermination du nombre de modules à installer
Le nombre des modules photovoltaïques est calculé en fonction des caractéristiques
du module choisi et de la puissance crête du générateur par l’équation suivante ;
Avec :
Ppv: puissance crête de l’installation ;
Pc : puissance crête unitaire.
Le nombre de modules connectés en série est égale a ;
Avec :
Vpv : Tension du générateur PV ;
Vu : Tension nominale unitaire.
Le nombre de modules connectés en parallèle est égale à ;
Pour notre installation on choisit les mêmes panneaux utilisé dans les autres puits de
gaz.
Le nombre total de module à installer ;
Nm =1520.18Wc / 160 Wc.
Donc ; Nm = 9.5 soit nous utiliserons 10 panneaux poly-cristallins de 24V/160W dont
deux seront montés en série et 5 en parallèle.
4.4.Dimensionnement des batteries
Les batteries solaires stockent l’énergie électrique sous forme chimique pour la
restituer quand la demande est supérieure (nuit, ensoleillement insuffisant) à ce qui est
fourni par les panneaux photovoltaïques. Elles sont généralement dimensionnées pour
30
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
pouvoir fournir une alimentation pendant plusieurs jours. Le calcul de la capacité C du
parc de batteries dépend de plusieurs données à savoir :
- N : Le nombre de jours avec un ensoleillement insuffisant (en moyenne 3 jours
en Afrique de l’Ouest)
- D : La demande énergétique quotidienne exprimée en Wh/jour. Il s’agit de
l’énergie nécessaire pour alimenter les appareils électriques.
- U : La tension sous laquelle est installée le parc de batterie qui est 24V
- L : La profondeur de décharge maximum des batteries (0.8)
On a alors la relation : C(Ah) =
𝑫∗𝑵
𝑳∗𝑼
C (Ah) = 4940.58 *3/ 0.8*24 d’où C=386Ah.
D’après les conditions climatiques du site, nous utiliserons 3 batteries de type (Ni-ça)
de 120Ah/24V car leur marge de fonctionnement correspond à notre site (20 C; 45oC).
Dimensionnement de l’onduleur
31
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
CHAPITRE5: MISE EN ŒUVRE DU SUIVEUR
Dans ce chapitre il est question pour nous de mettre sur pied le système de poursuite
du soleil.
Notre système de poursuite contrôle le mouvement d‘un capteur solaire au moyen
d‘un programme informatique. Le module est orienté à l‘aide de deux axes pour suivre
automatiquement le soleil sur une trajectoire traduite en programme sur un
microcontrôleur Arduino.
F IGURE 23 : A LGORITHME DE FONCTIONNEMENT
32
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
5.1.Algorithme pour la commande du moteur
Les lectures des résistances dépendantes de lumière LDR sont prises en entrée par le
microcontrôleur. Les entrées sont analogiques, ils sont convertis en valeur numérique
dans la plage comprise entre 0-1023. La plus grande des valeurs correspond à la direction
de plus grande intensité lumineuse.
Les valeurs numériques sont comparées et la différence entre elles est obtenue. Cette
différence est l'erreur qui est proportionnel à l'angle de la rotation des servomoteurs.
Ceux-ci tournent jusqu'à ce que la différence devient nulle. Autrement dit, les tensions
LDR sont les mêmes. Le panneau photovoltaïque est maintenant face à la direction de la
plus grande intensité de la lumière. On a alors l’algorithme de fonctionnement de la
figure23.
5.2.Description des composants électroniques
5.2.1. La carte Arduino UNO :
Il s’agit d’une carte électronique fonctionnant en 5V permettant de stocker un
programme au préalable écrit grâce au logiciel Arduino puis de la faire fonctionner à
partir soit d’un montage électronique physique, soit d’une simulation (Proteus Isis).
33
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
Dans notre projet, nous avons utilisé la carte Arduino UNO pour les raisons suivantes :
-
Elle offre une capacité de mémoire et grand un nombre de broches numériques
d'entrée/sortie ;
-
Le logiciel Arduino compatible sous la plupart des systèmes d’exploitation ;
-
Un environnement de programmation clair et simple : l'environnement de
programmation Arduino est facile.
5.2.2. Capteur de lumière (LDR) et résistances de 10kΩ
Une résistance dépendant de la lumière est un composant qui a une résistance qui
change en fonction de l'intensité de la lumière tombant sur elle. Le diagramme ci-dessous
montre un LDR typique et le symbole du circuit correspondant.
F IGURE 24 : REPRESENTATION D ’UNE LDR
Le capteur de lumière est un composant passif qui possède la caractéristique que la
résistance est inversement proportionnelle à la quantité d'intensité de la lumière dirigée
vers celle-ci.
F IGURE 25 : CARACTERISTIQUE R = F (I)
34
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
Pour utiliser le LDR, il est placé en série avec une résistance comme le montre la
figure26.
F IGURE 26 : M ONTAGE D ’UNE LDR EN PONT DIVISEUR AVEC UNE RESISTANCE
5.2.3. Les servomoteurs
Les servomoteurs sont de petits dispositifs mécaniques dont le seul but est de faire
tourner un arbre minuscule. Ils utilisent la rétroaction pour la commande en boucle
fermée de systèmes dans lesquels le travail est la variable.
Lorsque l'arbre du moteur est à la position souhaitée, l'alimentation électrique vers
le moteur est arrêtée. Sinon, le moteur tourne dans la bonne direction. La position
désirée est envoyée par des impulsions électriques par l'intermédiaire du fil de signal. La
vitesse du moteur est proportionnelle à la différence entre la position réelle et la position
qui est souhaitée. Par conséquent, si le moteur est proche de la position souhaitée, il
tourne lentement. Dans le cas contraire, il est rapide.
P HOTO 1 : SERVOMOTEUR ET CONSTITUTION
35
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
Nous avons utilisé les servomoteurs à la place d’autres moteurs types (moteur pas à pas)
car ils sont plus puissants et précis que ces dernier pour une même alimentation, cependant
ils sont un peu plus chers.
5.3.Simulation sur Proteus Isis et maquette 3D
La simulation de notre suiveur sur Proteus se fait en quatre étapes.
5.3.1. Etape 1 : Compilation sur le logiciel Arduino
-
Activation du logiciel Arduino ;
-
Programmation de notre système suiveur (dont un bout du code est en annexe) ;
-
Compilation de notre programme en choisissant comme port le COM25 qui
correspond à la carte Arduino UNO ;
5.3.2. Etape 2 : Représentation sur Proteus Isis
-
Sélectionner des éléments du montage électronique ;
-
Lier ces éléments en les raccordant tenant compte des potentiels ;
-
Mettre les alimentations 5V (Power ou DC) et les masses(Ground) ;
-
Vérifier le montage résultant.
5.3.3. Etape 3: Importation du code Arduino pour la simulation
Il s’agit juste de double cliquer sur la carte Arduino UNO du montage et dans « code
source », insérer le chemin d’accès du code de fonctionnement puis de valider.
5.3.4. Etape 4 : Simulation sur Proteus Isis
Une fois les trois étapes précédentes passées, il ne reste plus qua simuler comme on peut
le voir sur la figure27.
36
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
F IGURE 27 : SIMULATION 1 SOUS PROTEUS ISIS
Sur cette image, les quatre LDR reçoivent chacune une énergie lumineuse, celles-ci
sont comparées entre elle le code de fo0nctionnement qui actionne la rotation du
Servo_Hori dans le sens horaire jusqu’à ce qu’il soit à -30.1 degrés.
F IGURE 28 : SIMULATION 2 SOUS PROTEUS ISIS
Projet tuteuré
37
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
Ici, les servomoteurs tournent dans le sens antihoraire.
La simulation nous a permis de comprendre que le suiveur fonctions, il ne manque plus
que la réalisation.
5.3.5. Maquettes 3D
38
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
39
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
40
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
41
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
CONCLUSION
.
BIBLIOGRAPHIE
42
Projet tuteuré
RÉALISATION D’UN SYTÈME DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
ANNEXE
43
Projet tuteuré
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