Les panneaux solaires

Dossier technique Thème 2012
Lycée général et technologique de Lorgues
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Bac STI Génie électronique
Thème de construction électronique 2012
Panneau solaire automatisé
DOSSIER TECHNIQUE
Académie de Nice
LGT Lorgues
Equipe pédagogique de Lorgues
 Electronique : Pascal JEAN
Gérald MARCELLIN
Serge SIOT-TAILLEFER
Jean-Louis TAYAN
 Physique appliquée : Fabrice GOMEZ
Gilles MONDON
 Construction mécanique : David BERNY
Lionel CADIERES
MISE EN SITUATION ................................................................................................. 2
L’énergie solaire ................................................................................................. 2
Les panneaux solaires ........................................................................................ 2
Suivre le soleil… ................................................................................................. 3
Fonctions de l’objet technique par rapport au besoin ......................................... 4
Phases de fonctionnement ................................................................................. 7
Diagramme sagittal ............................................................................................ 8
Schéma fonctionnel ............................................................................................ 9
FP1 Conversion de l’énergie ............................................................................. 10
FP2 Mesure du courant produit ......................................................................... 10
FP3 Détermination de la position optimale ....................................................... 12
FP4 Modification de la position ......................................................................... 13
FP5 Acquisition des paramètres ....................................................................... 17
FP6 Horloge et position géographique .............................................................. 17
FP7 Affichage ................................................................................................... 18
FA Alimentation ................................................................................................ 18
Régulation de la charge .................................................................................... 19
FP1 Détermination de l’état de charge de la batterie ........................................ 22
FP2 Contrôle du processus de charge ............................................................... 25
FP3 Connecter ou déconnecter les consommateurs .......................................... 27
FP4 Afficher ...................................................................................................... 29
Synthèse de fonctionnement du régulateur ...................................................... 30
Annexes............................................................................................................ 32

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MISE EN SITUATION
L’objet technique est un panneau solaire automatique
pour camping-car. Il permet de charger une batterie à
partir de l’énergie solaire captée pendant la journée.
Il est composé d’un panneau solaire motorisé qui se
fixe sur le toit du camping-car, d’un boîtier de contrôle et
d’un régulateur de charge pour la batterie.
L’énergie solaire
L’énergie solaire fait partie des énergies renouvelables
comme les énergies éolienne, hydraulique, géothermique et de
biomasse ; elle est inépuisable. Elle provient de la fusion
nucléaire qui se produit au cœur du Soleil. Elle se propage
jusqu’à la terre par rayonnement électromagnétique. L’énergie
reçue dépend de l’intensité émise par le soleil (fluctuations),
la couverture nuageuse, la latitude, la saison et l’heure.
Au midi vrai, 1 m² de panneaux exposés en plein soleil
reçoivent au maximum 1 kW.
Pour un camping-car, l’énergie solaire permet de recharger la
batterie gratuitement, écologiquement et sans la nécessité de
la connexion au réseau EDF.
Les panneaux solaires
 L’EFFET PHOTOVOLTAÏQUE
Une cellule photovoltaïque est composée de plusieurs couches :
1. Une couche de semi-conducteur
dopé P
2. Une fine couche de semi-
conducteur dopé N.
(Cette association constitue une
jonction PN identique à une diode)
3. Une plaque métallique servant
d’électrode
4. Une grille métallique servant
d’électrode et laissant passer la
lumière
5. Une plaque de verre de protection
anti-reflet
Lorsqu’un photon vient frapper la
jonction, il va libérer un électron d’un
atome du semi-conducteur ce qui va
avoir 2 conséquences :
 Cet électron va se déplacer et créer un courant électrique.
 Comme dans une diode une différence de potentiel s’établit entre les 2
électrodes (0,5 à 0,6V pour du silicium).
N
P
1
3
4
5
Photons
V
2

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 En plaçant des éléments en série, on atteint des
tensions de valeur plus élevée (avec 36 cellules on
génère 21V à vide)
 En plaçant les cellules en parallèle on obtient un
courant plus élevé.
 CARACTERISTIQUE COURANT TENSION DES PANNEAUX SOLAIRES
 Le courant maximal est obtenu lorsque le panneau est
en court circuit  fonctionnement en source de
courant.
 La tension maximale est obtenue lorsque le panneau
est déconnecté de toute charge  fonctionnement en
source de tension.
 Le point de fonctionnement dépend de la résistance de
charge.
Une installation photovoltaïque nécessite un régulateur de charge placé entre le
panneau solaire et la batterie à charger. Celui-ci va permettre de :
 Optimiser la charge de la batterie.
 Protéger la batterie et tous les éléments connectés contre les surtensions et
sous-tensions.
 Protéger le panneau en empêchant la batterie de se décharger dans celui-ci la
nuit.
Suivre le soleil…
 PANNEAU FIXE OU MOBILE ?
Afin de profiter de toute l’énergie solaire, il est nécessaire d’orienter le panneau solaire
de façon à ce que les rayons solaires arrivent perpendiculairement à celui-ci.
=30°
=90°
 Rendement=50%
 Rendement=100%

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Le graphe ci-contre montre la
différence d’énergie captée entre
un panneau fixe et un panneau
suivant la course du soleil. Un
panneau fixe orienté plein sud perd
de l’énergie en matinée et en fin
d’après midi contrairement à un
système avec suiveur.
 DEFINIR LA POSITION DU SOLEIL
Pour être efficace le système doit pouvoir suivre la
course du soleil pendant la journée quelque soit la
saison et la situation géographique.
Il est donc primordial de connaître la position du
soleil à tout moment.
On la définit avec:
 L’azimut : angle entre la verticale de la
position du soleil et le sud.
 L’élévation : angle entre la hauteur du
soleil et l’horizontale du point local.
On constate que la position du soleil dépend :
o De l’heure
o De la date
o De la latitude
En connaissant ces 3 paramètres, il est possible de connaître exactement la position du
soleil.
Fonctions de l’objet technique par rapport au besoin
Besoin  Fonction
Charge de la batterie  Régulation de charge avec surveillance
Nécessité de suivre le soleil  Calcul toutes les heures de la position du
soleil
Orientation différente suivant site  Recherche automatique de la position initiale
Mise en œuvre simple  Interface homme machine conviviale

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 LA COURSE DU SOLEIL
 Course apparente du soleil pour les 21èmes jours des mois de l’année pour une latitude de 48° Nord (Brest). Les courbes des mois
symétriques aux solstices sont superposées (par ex : juillet et mai).