Chargeur de batterie par aliment par panneau solaire

IUT GEII
Université Bordeaux 1
Etudes et Réalisations
ER2-S3
Chargeur solaire pour batterie
On se propose d’étudier et de réaliser un chargeur autonome pour batterie d’accumulateurs
(Pb-acide, NiCd,…) alimenté par un panneau solaire. Le schéma synoptique du système est
représenté sur la figure ci-dessous.
Panneau
solaire
DC/DC
driver
batterie
Régulation I
chargeur
Le système chargeur est composé d’un étage de puissance à découpage (DC/DC)
permettant d’adapter les niveaux de tension entre le panneau solaire et la batterie, d’une
commande rapprochée (driver) et d’un dispositif de régulation du courant batterie.
Panneau solaire
Le panneau utilisé du type SR5-36. Il est constitué de 36 cellules photovoltaïques en série,
pour une puissance maximum qui atteint 5W avec un éclairement de 1000W/m2. Les
caractéristiques I(V) et P(V) sont données en annexe.
Etage de puissance
L’objectif principal et de réaliser la conversion de puissance (DC/DC) entre le panneau
solaire et la batterie avec le meilleur rendement possible.
La topologie du convertisseur statique utilisé pour cet étage de puissance est du type
abaisseur (buck). Pour cela, et compte-tenu de la gamme de puissance du chargeur, on
utilisera un transistor MOS à très faible résistance RdsON pour réaliser l’interrupteur de
puissance. Les autres composants qui constituent cet étage seront eux aussi sélectionnés
avec comme objectif de limiter les pertes. Une inductance (1mH) placée en série avec la
batterie permettra de limiter l’ondulation du courant de charge.
Enfin, une protection devra être mise en œuvre pour éviter une inversion du courant batterie
lorsque la tension panneau est trop faible.
Commande rapprochée (driver)
Le rôle de cet étage est de réaliser la commande du transistor de puissance à partir du
signal issu du régulateur de courant. Les performances de cet étage doivent permettre la
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commutation rapide (ouverture et fermeture) de l’interrupteur de puissance. Cet étage sera
alimenté par le panneau solaire.
Régulation du courant de charge
La fonction principale de cet étage est de réguler le courant de charge de la batterie autour
d’une valeur de consigne externe, fixée par un potentiomètre. Dans notre cas, on impose
une ondulation de courant de ±100mA. La mesure du courant batterie sera réalisée par un
shunt (résistance de 1Ω). Cet étage sera alimenté par le panneau solaire.
Travail demandé
Etude théorique et simulation
•
Batterie
A partir des caractéristiques du panneau solaire et en négligeant les pertes dans le
chargeur, déterminer pour un éclairement de 1000W/m2, le courant de charge maximum si
on choisit une tension de charge de 7V. En déduire la capacité maximale C de la batterie
que l’on peut recharger si on choisit un courant de recharge égal à C5 (1/5 de C)
•
Panneau
A partir des caractéristiques fournies, déterminer pour un éclairement de 1000W/m2,
le schéma équivalent idéalisé du panneau pour une tension comprise entre la tension à vide
et la tension correspondant à la puissance maximum.
•
Etage de puissance + driver
Donner le schéma de principe de l’étage de puissance. En idéalisant les semiconducteurs de puissance et l’inductance, donner le schéma équivalent du circuit pour les
deux séquences de fonctionnement. En déduire, l’expression du courant dans chaque cas.
Pour ce calcul, on considère que le courant évolue entre deux valeurs Imin et Imax et on
négligera la résistance interne de la batterie. Faire la simulation de l’étage de puissance.
Proposer un montage pour la partie driver. Dimensionner les composants et faire la
simulation de l’ensemble étage de puissance + driver.
•
Mesure/régulation de courant
Proposer un montage permettant de réguler le courant batterie autour d’une valeur de
consigne. Simuler le fonctionnement de cette partie.
Simuler l’ensemble du montage et faire valider par l’enseignant.
Réalisation
Taille du circuit imprimé : 80mm x 60mm
Largeur minimale des pistes dans ARES : T40
On prévoira des cavaliers pour isoler les différents étages et faciliter la mise au point.
Le transistor de puissance sera placé en bord de carte et orienté de telle sorte qu’il soit
possible de lui associer un dissipateur.
2/3
Essais
•
Essais en boucle ouverte
Tester l’ensemble étage de puissance + driver (alimentation continue en entrée du DC/DC et
charge résistive en sortie) en appliquant un signal PWM en entrée du driver. Visualiser et
relever la tension et le courant de sortie. Evaluer le rendement de l’ensemble pour
différentes valeurs de rapport cyclique. Faire valider par l’enseignant.
Tester l’ensemble mesure/régulateur de courant. Mesurer la caractéristique sortie=f(entrée)
du régulateur de courant. Faire valider par l’enseignant.
•
Essais en boucle fermée
Connecter le panneau solaire et la batterie au chargeur. Régler le potentiomètre pour obtenir
un courant de recharge nominal pour la batterie fournie. Mesurer la tension et le courant au
niveau du panneau solaire et de la batterie pour différents niveaux d’éclairement. En déduire
le rendement du chargeur pour chaque cas.
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Type
Cell
Size
Glass size
Weight
mm
mm
Kg
Module
Mono/Poly
SR220-96
125 Mono/Poly
SR210-96
125 Mono/Poly
SR200-96
Max-Power
Max-Power
Voltage
Max-Power
Current
Open-Circuit
Voltage
Short-circuit
Current
W
V
A
V
A
220
46
4.79
57
5.19
210
46
4.57
57
4.98
125 Mono/Poly
200
46
4.35
57
4.72
SR180-72
125 Mono/Poly
180
34
5.3
43
5.7
SR175-72
125 Mono/Poly
175
34
5.15
43
5.5
SR170-72
125 Mono/Poly
170
34
5
43
5.4
SR165-72
125 Mono/Poly
165
34
4.86
43
5.3
SR160-72
125 Mono/Poly
160
34
4.71
43
2.1
SR185-48
156 Mono/Poly
185
23
8.05
29
8.6
175
23
7.61
29
8.1
165
23
7.18
29
7.6
130
17
7.65
21.6
8.13
SR175-48
156 Mono/Poly
SR165-48
156 Mono/Poly
SR130-36
156 Mono/Poly
SR120-36
156 Mono/Poly
SR100-48
156 Mono/Poly
SR85-36
125 Mono/Poly
SR80-36
125 Mono/Poly
SR75-36
125 Mono/Poly
SR70-36
SR60-36
SR50-36
SR40-36
SR30-36
SR20-36
SR10-36
SR5-36
1067*1601*46
808*1581*46
997*1337*46
1061*1593
802*1574
991*1329
19.5
15
15.2
678*1484*40
1478*673
11.5
672*1196*40
667*1190
9.24
554*1205*40
549*1199
7.5
125 Mono/Poly
125 Mono/Poly
544*908*40
539*902
5.5
156 Mono/Poly
696*783*40
776*690
6
125 Mono/Poly
544*786*28
539*780
4.5
156 Mono/Poly
668*651*28
663*645
4.6
125 Mono/Poly
544*638*28
539*632
3.6
156 Mono/Poly
534*668*28
528*663
3.7
125 Mono/Poly
544*507*28
501*539
2.9
156 Mono/Poly
426*668*28
420*663
3
125 Mono/Poly
294*637*28
289*631
2
156 Mono/Poly
366*539*28
361*533
2.1
120
17
7.06
21.6
7.72
100
17
5.89
21.6
6.26
85
17
5
21.6
5.31
80
17
4.71
21.6
5.08
75
17
4.42
21.6
4.83
70
17
4.12
21.6
4.63
60
17
3.53
21.6
3.81
50
17
2.95
21.6
3.13
40
17
2.36
21.6
2.54
30
17
1.77
21.6
1.91
20
17
1.18
21.6
1.27
G-Mono/Poly
356*352*28
346*351
1.5
10
17
0.59
21.6
0.64
G-Mono/Poly
194*385*28
189*379
0.8
5
17
0.3
21.6
0.33
SOLAR MODULE TEST REPORT
0.40A
0.32A
qcell0 66557
Serial:
0.24A
Isc = 0.32A
0.33A
Voc = 21.60V
21.66V
0.16A
Pm = 5.01W
5.41W
Im = 0.29A
0.30A
0.08A
Vm = 17.50V
17.78V
FF = 72.5%
75.3%
0.00A
0.0V
3.7V
7.3V
11.0V
14.7V
18.3V
22.0V
Module characteristics (STC) Standard Test Conditions:1000W/m2 ,25C,AM1.5)
DATE:2007-06-05
SHANGHAI RALOSS ENERGY TECHNOLOGY CO.,LTD