Manuel d`utilisation de la maquette PANNEAU SOLAIRE AUTO

Manuel d'utilisation de la maquette
PANNEAU SOLAIRE AUTO-PILOTE
Enseignement au lycée
Article
Code
Panneau solaire auto-piloté
14740
Document non contractuel

L'énergie solaire
L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil dans son rayonnement, direct ou diffus. Sur Terre,
l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau et du vent. Le règne végétal, dont dépend le règne
animal, l'utilise également en la transformant en énergie chimique via la photosynthèse. Grâce à divers
procédés, elle peut être transformée en une autre forme d'énergie utile pour l'activité humaine,
notamment en chaleur, en électricité ou en biomasse.
Par extension, l'expression « énergie solaire » est souvent employée pour désigner l'électricité ou
l'énergie thermique obtenue à partir de cette dernière.
Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie sont disponibles et sont
constamment améliorées. On peut distinguer le solaire passif, le solaire photovoltaïque et le solaire
thermique.
A l’ère des énergies renouvelables, on est constamment amené à rechercher des solutions pour
améliorer et innover la production d’énergie. En se basant sur l’exemple de l’énergie solaire, à partir de
panneaux photovoltaïques, une idée consiste à étudier la faisabilité et l’intérêt d’un panneau solaire
« autopiloté ». En somme un robot, articulé autour de deux axes de rotations, permettant d’orienter le
panneau solaire perpendiculairement au soleil, pour un meilleur transfert d’énergie et donc un meilleur
rendement.
La maquette présentée dans ce document fonctionne sur le principe du solaire photovoltaïque.
Principe du solaire photovoltaïque
L’effet photovoltaïque a été découvert par Antoine Becquerel en 1839, L’effet photovoltaïque est
obtenu par absorption des photons dans un matériau semi-conducteur qui génère alors une tension
électrique.
L’effet photovoltaïque a été découvert par Antoine Becquerel en 1839,. L’effet photovoltaïque est
obtenu par absorption des photons dans un matériau semi-conducteur qui génère alors une tension
électrique.
L'énergie solaire photovoltaïque désigne l'électricité produite par transformation d'une partie du
rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. Les cellules photovoltaïques produisent du
courant continu. Ensuite, suivant l'utilisation, plusieurs cellules sont reliées entre-elles sur un module
solaire photovoltaïque et plusieurs modules sont regroupés dans une centrale solaire photovoltaïque.
On voit donc qu'avec un même procédé, on peut faire fonctionner de simples appareils tels que
calculatrices, montres, radios, recharger les batteries d'autres machines électriques, alimenter un
réseau domestique ou dans les cas les plus extrêmes, produire du courant pour la haute tension.
Les cellules ne peuvent pas stocker l'énergie, mais le rayonnement solaire à l'air libre étant toujours
présent, cette fonction est quasiment obsolète et il n'est pas incongru de présenter des cellules comme
des piles. La rapidité de charge ou la tension obtenue dépendra uniquement de la qualité de
l'ensoleillement.
Ces dernières années les cellules photovoltaïques ont connu des progrès remarquables et ce dans
trois domaines :
 le prix du watt produit qui va passer sous la barre des 1 €.
 le rendement (énergie solaire reçue par énergie électrique produite) qui s'éloigne à grand pas
des 5% des cellules en silicium des débuts.
 la maniabilité et l'installation. Il existe désormais des modules pliables, enroulables et
dernièrement une peinture a été mise au point.

Panneau solaire photovoltaïque
Descriptif et présentation de la maquette
La maquette est composée :
 de panneaux solaires
 de photorésistances de position
 d’une photo résistance seuil de lumière
 d’une carte électronique
 d’une sortie panneaux photovoltaïques
 d’une batterie
 d’une carte électronique
 d’un commutateur de charge de la batterie
LDR en série :
photorésistances
de position
Panneaux solaires
Bornier de sortie des
panneaux solaires
Carte électronique
Batterie
LDR interrupteur :
photorésistance
seuil de lumière
Tube suiveur
Commutateur charge
batterie

Exemple de cahier des charges pour la création d’un prototype
Contraintes matérielles et électriques :
 Panneau auto positionné à l’aide de deux moteurs à courant continu (5 V)
 Une ou plusieurs plaques photovoltaïques 12V
 Accumulateurs 12 V
 Le déplacement (rotation verticale ou horizontale) est limité respectivement à 0 à 90° et 0 à
180° (d’où la nécessité de capteur de fin de course)
Ces contraintes matérielles permettent de poser les paramètres des interfaces externes pour la
conception de la carte électronique. La valeur de ces paramètres sont données à titre d’exemple.
A titre indicatif, une première réalisation de la maquette mécanique peut être faite à partir d’un tiroir
lecteur CD-ROM récupéré sur un vieux PC. Ces tiroirs sont équipés de deux moteurs 5 V. Un simple
« bricolage » permettra d’obtenir une plaque articulée suivant deux sens de rotation (verticale et
horizontale).
Etude de faisabilité
On souhaite réaliser une carte électronique, permettant de piloter les deux moteurs afin de positionner
le panneau solaire. Avant la phase de simulation, il est nécessaire de décomposer l’étude en sous
chapitres :
 Interrupteur lumineux
 Stratégie de poursuite du soleil
 Commande du sens de rotation des moteurs
 Adaptation de tension (12V -> 5V)
 Interconnexion de sources, régulateur de charge
 Outil de simulation
Cette étude nécessite l’exploitation du fonctionnement des différents composants.
Interrupteur lumineux
Une solution, typiquement utilisée dans le domaine des systèmes photoélectrique, (ex : commande de
volet roulant) est la suivante :
Cet interrupteur (commande de relais) est basé sur la variation de résistance d’une photorésistance en
fonction de la luminosité. Il est à préciser que dans un souci d’économie d’énergie, le relais sera
alimenté durant la phase de fonctionnement de moindre durée. Ainsi il est nécessaire de placer la LDR
de manière à ce que le transistor ne soit saturé que durant cette phase.
La résistance R1 peut être remplacée par un potentiomètre, permettant ainsi de régler le seuil de
déclenchement ou la sensibilité à la lumière.

Stratégie de poursuite du soleil
Une solution consiste à utiliser deux photorésistances LDR en série (deux pour gérer le déplacement
vertical et deux pour le déplacement horizontal). Ces deux LDR seront montées de part et d’autre d’un
tube. Tant que le tube ne pointe pas en direction du soleil, l’une ou l’autre des LDR est forcément
exposée à l’ombre.
La résistance totale des deux LDR en série sert de seuil de saturation du transistor, dans un montage
de type interrupteur lumineux, tel décrit plus haut. Le potentiomètre permet de régler la sensibilité par
rapport au seuil lumineux, et donc d’optimiser le positionnement. Il est important cependant, que ce
seuil reste inférieur à celui de l’interrupteur lumineux général.
Le même principe s’applique à la poursuite horizontale et à la poursuite verticale. La mise en rotation
des deux moteurs (vertical et horizontal) sera commandée par un montage interrupteur lumineux. Le
relais commandé par cet interrupteur lumineux sera double, de telle manière à ce que les deux bornes
du moteur en sortie du relais soient commutées sur la masse (arrêt rotation) ou sur la tension de
fonctionnement (rotation).
En somme, étant donné la petite taille des moteurs et l’inertie mise en jeu, une commande type « tout
ou rien » suffit.
Commande du sens de rotation du moteur
Il sera nécessaire, une fois le panneau arrivé en fin de course, de générer un signal ou une commande
permettant d’inverser le sens de rotation du moteur. Pour cela on peut s’aider de quatre interrupteurs
de « fin de course », deux pour le mouvement horizontal et deux pour le mouvement vertical.
Une solution consiste à combiner une bascule logique (RS) avec un réseau de transistor, le tout en
circuit intégré. La table de vérité d’une bascule RS s’adapte à la logique de fonctionnement souhaitée.