Cahier des charges PV-SMART-MAINT : Système intelligent PV

PV-SMART-MAINT | Cahier des charges technique
Malik SAWADOGO — Master Énergies Renouvelables — 2026-2027
CAHIER DES CHARGES TECHNIQUE
PV-SMART-MAINT
Conception et réalisation d’un système intelligent pour le diagnostic automatique,
l’optimisation des performances et la maintenance automatisée d’une installation
photovoltaïque
Prototype expérimental : panneau photovoltaïque de 100 Wc
Étudiant : Malik SAWADOGO
Formation : Master en Énergies Renouvelables
Année académique : 2026–2027
Version : 1.0
Date de vérification documentaire : 19 septembre 2026

PV-SMART-MAINT | Cahier des charges technique
Malik SAWADOGO — Master Énergies Renouvelables — 2026-2027
Fiche d’identification du document
Élément
Valeur
Projet
PV-SMART-MAINT
Nature
Prototype de recherche appliquée de niveau Master
Générateur PV
1 panneau photovoltaïque nominal 100 Wc
Contrôleur principal
ESP32
Fonctions principales
Surveillance, diagnostic ciblé, nettoyage automatisé, optimisation
d’orientation, vérification après action
Environnement cible
Prototype extérieur représentatif de conditions chaudes et
poussiéreuses
Auteur
Malik SAWADOGO
Version
1.0
Date
19 septembre 2026
1. Présentation et contexte
Les performances d’un système photovoltaïque dépendent de l’irradiance, de la température, des caractéristiques du
module, de son orientation et de son état de propreté. L’encrassement par poussières, pollution ou dépôts biologiques
peut réduire la production et compliquer la détermination du moment pertinent pour nettoyer. L’IEA PVPS souligne
que le soiling constitue un enjeu majeur de performance et que sa mesure peut combiner des indicateurs électriques et
optiques. Le présent projet vise à étudier, sur un banc expérimental de 100 Wc, une chaîne complète de mesure,
diagnostic, décision, action corrective et vérification.
Le système n’a pas pour objectif de diagnostiquer tous les défauts d’une centrale photovoltaïque. Il doit démontrer la
capacité à détecter certaines pertes de performance, à identifier des causes probables dans un périmètre défini, à
déclencher une action de maintenance et à quantifier le résultat de cette action.
2. Problématique
Comment concevoir un système intelligent capable de surveiller les performances d’un module photovoltaïque de 100
Wc, de détecter une perte de performance dans des conditions solaires mesurées, d’identifier notamment un
encrassement probable, de déclencher une action corrective automatisée et d’en vérifier l’efficacité tout en maîtrisant
la consommation d’énergie et d’eau du dispositif de maintenance ?
3. Objectifs
3.1 Objectif général
Concevoir, réaliser et valider expérimentalement un prototype intelligent de surveillance, diagnostic ciblé,
optimisation d’orientation et maintenance automatisée d’un module photovoltaïque de 100 Wc.
3.2 Objectifs spécifiques
 Mesurer la tension, le courant et la puissance du module.
 Mesurer l’irradiance et la température du module.
 Mesurer la position angulaire du support.
 Construire une estimation de la puissance de référence P_ref en fonction des conditions mesurées.
 Calculer un indice de performance et suivre son évolution.
 Détecter une perte de performance persistante et distinguer autant que possible les variations dues aux conditions
solaires.
 Développer un diagnostic ciblé de l’encrassement probable et de quelques anomalies électriques simples.

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 Commander automatiquement un cycle de nettoyage expérimental.
 Motoriser l’orientation du panneau sur un axe et rechercher une position de performance élevée.
 Vérifier l’efficacité d’une action corrective par une nouvelle mesure.
 Enregistrer les données et fournir une interface de supervision.
 Quantifier le gain énergétique et le coût énergétique de la maintenance automatique.
4. Périmètre du projet
Inclus
Hors périmètre
1 panneau PV 100 Wc et banc expérimental
Diagnostic universel de tous les défauts PV
Mesure V, I, P, irradiance, température, angle
Thermographie infrarouge professionnelle
ESP32 et communication Wi-Fi
Robot de nettoyage autonome complexe
Diagnostic ciblé par règles et/ou modèle expérimental
Drone de nettoyage
Nettoyage automatique par eau/pulvérisation à petite échelle
Extrapolation directe à une centrale sans validation
Orientation motorisée sur un axe
Tracker 2 axes obligatoire
Historisation et supervision
Maintenance physique de câbles ou cellules
Campagne d’essais contrôlés
Certification réglementaire du produit final
5. Architecture fonctionnelle
La logique générale du prototype est organisée en boucle fermée :
MESURER → ANALYSER → DIAGNOSTIQUER → DÉCIDER → AGIR → VÉRIFIER
→ ÉVALUER LE GAIN
Architecture conceptuelle :
SOLEIL
↓
PANNEAU PV 100 Wc
↓
CAPTEURS (V, I, irradiance, température, angle)
↓
ESP32
↓
TRAITEMENT + MODÈLE DE RÉFÉRENCE
↓
DIAGNOSTIC
├── NORMAL
├── CONDITIONS SOLAIRES DÉFAVORABLES
├── ENCRASSEMENT PROBABLE → NETTOYAGE
├── ORIENTATION À OPTIMISER → MOTEUR
└── ANOMALIE ÉLECTRIQUE POSSIBLE → ALERTE
↓
NOUVELLE MESURE
↓
COMPARAISON AVANT/APRÈS
↓
SUPERVISION ET HISTORISATION

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6. Analyse fonctionnelle
Code
Fonction
Entrée
Sortie
Critère d’acceptation
Priorité
FP1
Surveiller la
performance PV
V, I, G, T
Données temporelles
Mesures valides et
horodatées
P1
FP2
Mesurer la tension
Tension PV
Vpv
Valeur dans la plage du
capteur
P1
FP3
Mesurer le courant
Courant PV
Ipv
Valeur dans la plage du
capteur
P1
FP4
Mesurer l’irradiance
Irradiance
G
Valeur exploitable pour
le diagnostic
P1
FP5
Mesurer la température
Température module
Tpv
Valeur plausible
P1
FP6
Calculer la puissance
Vpv, Ipv
Ppv
Ppv = Vpv × Ipv
P1
FP7
Estimer P_ref
G, Tpv, données
d’étalonnage
P_ref
Modèle documenté et
validé
P1
FP8
Calculer l’indice de
performance
Ppv, P_ref
IP
Indice horodaté
P1
FP9
Détecter une perte
persistante
IP + historique
Événement
Seuil justifié
expérimentalement
P1
FP10
Diagnostiquer un
encrassement probable
IP + G + T + historique
Diagnostic
Diagnostic accompagné
d’un niveau de
confiance/règle
P1
FP11
Commander le
nettoyage
Diagnostic + sécurité
Commande
pompe/vanne
Cycle exécuté selon
procédure
P1
FP12
Orienter le panneau
Angle + commande
moteur
Position
Limites mécaniques
respectées
P1
FP13
Vérifier l’efficacité
Mesures avant/après
Gain
Résultat calculé
P1
FP14
Enregistrer les données
Mesures + événements
Historique
Données récupérables
P1
FP15
Alerter l’utilisateur
Diagnostic
Alerte
Alerte lisible
P2
FP16
Assurer la sécurité
États
électriques/mécaniques
Arrêt/protection
Aucun dépassement
admissible
P1
7. Exigences techniques
ID
Exigence
Statut
ET-01
Le module de référence doit être un panneau
nominal 100 Wc.
Obligatoire
ET-02
Les plages de mesure doivent couvrir Voc et Isc
du panneau avec marge.
Obligatoire
ET-03
La chaîne de mesure doit permettre le calcul
P=V×I.
Obligatoire
ET-04
L’irradiance doit être mesurée par un dispositif
dont la grandeur et les limites sont
documentées.
Obligatoire
ET-05
La température du module doit être mesurée
sur/au dos du panneau.
Obligatoire
ET-06
Le support doit permettre une orientation
motorisée sur un axe avec fins de course.
Obligatoire
ET-07
Le nettoyage doit pouvoir être déclenché par
l’ESP32 et interrompu en sécurité.
Obligatoire
ET-08
Les données doivent être horodatées et stockées
ou transmises.
Obligatoire
ET-09
Les seuils de diagnostic doivent être justifiés
par la littérature, les fiches techniques ou les
essais.
Obligatoire
ET-10
Le système doit calculer l’énergie consommée
par les actionneurs de maintenance.
Obligatoire
8. Choix du panneau photovoltaïque de référence
Pour le dossier de conception, un panneau rigide 100 W de type EcoFlow 100W Rigid Solar Panel est retenu comme
référence commerciale candidate, sous réserve de disponibilité et de compatibilité d’achat vers le Burkina Faso au
moment de la commande. La page fabricant indique 100 W ±5 %, Voc 20,3 V, Isc 6,3 A, Vmp 17,1 V et Imp 5,9 A,
avec dimensions 98 × 58,6 × 3 cm et masse d’environ 6,2 kg.
Paramètre
Valeur documentée
Source

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Malik SAWADOGO — Master Énergies Renouvelables — 2026-2027
Pmax
100 W ±5 %
EcoFlow, page produit
Voc
20,3 V
EcoFlow, page produit
Isc
6,3 A
EcoFlow, page produit
Vmp
17,1 V
EcoFlow, page produit
Imp
5,9 A
EcoFlow, page produit
Dimensions
980 × 586 × 30 mm
EcoFlow, page produit
Masse
≈ 6,2 kg
EcoFlow, page produit
Fiche produit / achat EcoFlow 100W Rigid Solar Panel : https://za.ecoflow.com/products/100w-rigid-solar-panel
Alternative fabricant Renogy 100W 12V : https://www.renogy.com/pages/100w-monocrystalline-solar-rigid-panels-rsp100d-bk-html
Remarque : les paramètres d’un panneau 100 Wc ne sont pas universels. Le panneau réellement acheté devra être
identifié par sa référence et sa fiche technique avant de figer les réglages des capteurs, protections et algorithmes.
9. Unité de contrôle : ESP32
L’ESP32 est retenu comme contrôleur principal. La documentation Espressif indique notamment Wi-Fi 2,4 GHz,
Bluetooth 4.2/BLE, GPIO, ADC, I²C, SPI et PWM moteur/LED. Ces interfaces sont adaptées à l’acquisition, à la
commande des actionneurs et à la supervision.
Élément
Choix
Justification
Contrôleur
ESP32-DevKitC / ESP32-WROOM-32E selon
disponibilité
Interfaces suffisantes, Wi-Fi, ADC, I²C, PWM
Alimentation logique
3,3 V interne de la carte
À respecter selon la carte exacte
Communication
Wi-Fi
Supervision locale et transmission
Bus capteurs
I²C + 1-Wire + GPIO
Réduction du câblage
Documentation officielle ESP32 : https://documentation.espressif.com/esp32_datasheet_en.html
Guide officiel ESP32-DevKitC : https://docs.espressif.com/projects/esp-dev-kits/en/latest/esp32/esp-dev-kits-en-master-esp32.pdf
Achat indicatif Mouser ESP32-DevKitC : https://www.mouser.fr/fr/ProductDetail/Espressif-Systems/ESP32-DevKitC-32E
Prix indicatif vérifié : Mouser France affichait 8,77 € pour ESP32-DevKitC-32E au moment de la recherche. Les frais
d’expédition et taxes vers le Burkina Faso ne sont pas inclus et ne sont pas vérifiés.
10. Mesure électrique
Le moniteur INA226 est une solution candidate pour mesurer tension, courant et puissance via I²C. Texas Instruments
spécifie une tension de bus de 0 à 36 V, une résolution 16 bits, une interface I²C/SMBus, une erreur de gain maximale
de 0,1 % et une alimentation de 2,7 à 5,5 V. Il faudra vérifier le panneau réel et le shunt retenu avant mise sous
tension.
Paramètre
INA226
Exigence prototype
Tension bus
0–36 V
Doit couvrir Voc du panneau réel avec marge
Interface
I²C/SMBus
Compatible ESP32
Résolution
16 bits
Adaptée au suivi fin
Alimentation
2,7–5,5 V
Compatible avec logique 3,3 V
Mesures
Tension, courant, puissance
Fonction principale
Fiche technique officielle INA226 — Texas Instruments : https://www.ti.com/product/INA226
Le choix du shunt doit être effectué avec le courant maximal du panneau. Le prototype ne doit pas dépasser les
limites du shunt, du module de mesure ou du câblage.