Chargeur de batterie par aliment par panneau solaire

IUT GEII Etudes et Réalisations ER2-S3
Université Bordeaux 1
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.
DC/DC
Régulation I
driver
Panneau
solaire
batterie
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 semi-
conducteurs 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.
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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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Max-Power Max-Power Open-Circuit Short-circuit
Voltage Current Voltage Current
ModuleMono/Poly mm mmKgWVAVA
SR220-96 125 Mono/Poly 220 46 4.79 57 5.19
SR210-96 125 Mono/Poly 210 46 4.57 57 4.98
SR200-96 125 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
SR175-48 156 Mono/Poly 175 23 7.61 29 8.1
SR165-48 156 Mono/Poly 165 23 7.18 29 7.6
SR130-36 156 Mono/Poly 130 17 7.65 21.6 8.13
SR120-36 156 Mono/Poly 120 17 7.06 21.6 7.72
SR100-48 156 Mono/Poly 672*1196*40 667*1190 9.24 100 17 5.89 21.6 6.26
SR85-36 125 Mono/Poly 85 17 5 21.6 5.31
SR80-36 125 Mono/Poly 80 17 4.71 21.6 5.08
SR75-36 125 Mono/Poly 75 17 4.42 21.6 4.83
SR70-36 125 Mono/Poly 70 17 4.12 21.6 4.63
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
SR10-36 G-Mono/Poly 356*352*28 346*351 1.5 10 17 0.59 21.6 0.64
SR5-36 G-Mono/Poly 194*385*28 189*379 0.8 5 17 0.3 21.6 0.33
21.6 1.27SR20-36 20 17 1.18
21.6 2.54SR40-36
SR30-36 30 17 1.77 21.6 1.91
40 17 2.36
17 3.53
SR50-36 17 21.6 3.132.9550
21.6 3.81
1067*1601*46 1061*1593 19.5
60SR60-36
11.5
808*1581*46 802*1574 15
Max-PowerCell
554*1205*40 549*1199 7.5
997*1337*46 991*1329 15.2
678*1484*40 1478*673
Type Size Glass size Weight

0.0V 3.7V 7.3V 11.0V 14.7V 18.3V 22.0V
0.00A
0.08A
0.16A
0.24A
0.32A
0.40A
qcell0 66557
Isc = 0.33A
Voc = 21.66V
Pm = 5.41W
Im = 0.30A
Vm = 17.78V
FF = 75.3%
Serial: 66557
Isc = 0.32A
Voc = 21.60V
Pm = 5.01W
Im = 0.29A
Vm = 17.50V
FF = 72.5%
SOLAR MODULE TEST REPORT
Module characteristics (STC) Standard Test Conditions:1000W/m2 ,25C,AM1.5)
DATE:2007-06-05
SHANGHAI RALOSS ENERGY TECHNOLOGY CO.,LTD