Lycée Colbert Terminale S-SI Tourcoing, FACHE Luc – NOLET Tom – MARHEM Thibault Projet de Sciences de l’ingénieur Téléphone portable rechargeable par énergie solaire Projet lié au Sciences de l’ingénieur Dossier Personnel: Luc FACHE 04/06/14 2013-2014 Dossier Personnel Personnel-Luc Fache-Projet SI 1 Pourquoi un tel projet ? Les téléphones portables disposent aujourd'hui d'une grande autonomie. Mais nous sommes toujours tributaires d'une prise électrique pour le recharger. Pourquoi ne pas utiliser l'énergie solaire pour recharger les téléphones portables? Problématique Problématique: La problématique à la quelle on doit faire face est donc : Comment utiliser l'énergie solaire pour recharger un téléphone portable? Cahier des charges FONCTIONS DE SERVICE CRITERES NIVEAUX FLEXIBILITE FP Permettre à un utilisateur de recharger son téléphone Utilisation portable grâce à l'énergie solaire La plus simple possible f0 FC1 Etre compatible avec le modèle de téléphone choisi Dimensions (Smartphone) 125x67x23 mm f0 100 grammes f2 Poids FC2 Etre aisément utilisable par Maniabilité l'utilisateur Aucun branchement extérieur f0 FC3 Avoir un temps de recharge Temps de recharge acceptable 3h maxi f1 FC4 Fournir un courant adapté Tension électrique au téléphone 5 Volts continu f0 Courant électrique 800 mA f0 luminosité 20000 lux f2 Labview Arduino DevPIC16 f0 Matlab Flowcode f1 FC5 FC6 Utiliser l'énergie solaire Traiter les données avec un Réel logiciel standard Simulé Dossier Personnel Personnel-Luc Fache-Projet SI 2 Tâches à Réaliser Dossier Personnel Personnel-Luc Fache-Projet SI 3 Analyse : Recherches Documentaires Recherches Documentaires sur les panneaux Solaires o En quelques mots: Un Panneau solaire est un dispositif écologique à base de capteur solaire thermique ou de capteur solaire photovoltaïque, dans notre projet on va s’intéresser notamment au capteur photovoltaïque. Le but est de convertir le rayonnement solaire en énergie électrique élec o Caractéristiques: Les Panneaux solaires sont constitués par des cellules photovoltaïques reliées entre elles en série et en parallèle. Il existe différentes technologies pour ces dernières (Voir document « «Types Types de cellules photovoltaïques ») o Production électrique: électrique Cette production dépend du type de cellule et s’exprime en W/cm o Recyclage: La majorité des composants d'un module solaire peuvent être traités. Jusqu'à 95 % de certains matériaux semi-conducteurs, semi conducteurs, le verre ainsi que de grandes quantités tités de métaux ferreux et non ferreux utilisés peuvent être récupérés. Il existe des entreprises et des organismes qui collectent et recyclent les panneaux solaires en fin de vie tels que PV CYCLE. De plus la fabrication des panneaux solaires peut utilise utiliser les déchets industriels de silicium ce qui est à long terme un gain écologique intéressant. Il existe plusieurs types de cellule photovoltaïques : Type de Cellule Rendement Production par m² Silicium Amorphe Silicium Monocristallin Silicium Multicristallin 5%à7% 60 Wc/m² Surface nécessaire pour 5V (0.5Wc) (valeur théorique) 83cm² 14 % à 20% ~150 Wc/m² 30cm² 11 à 15% 100 Wc/m² 50cm² Dossier Personnel Personnel-Luc Fache-Projet SI 4 40cm² donc On dispose d’une surface théoriquement la surface de notre téléphone pourrait marcher qu’avec du silicium Monocristallin mais encore une fois il s’agit d’une valeur théorique approximative. Un avantage des cellules amorphes c’est qu’elles possèdent un fonctionnement correct orrect avec un faible éclairement. Pour des questions de facilité on décide écide de prendre des cellules en silicium amorphe comme solution à notre projet. 83cm² 50cm² 30cm² Association des cellules photovoltaïques en serie Introduction: Pour convertir directement la lumière en électricité on utilise la cellule photovoltaïque, qui constitue l’élément de base des panneaux solaires photovoltaïques. Caractéristique: Il s’agit d’un dispositif semi-conducteur semi conducteur à base de silicium délivrant une tension de l’ordre de 0,5 à 0,6 V + Dossier Personnel Personnel-Luc Fache-Projet SI 5 Less caractéristiques électriques d’une seule cellule sont généralement insuffisantes pour alimenter les équipements électriques. Il faut associer les cellules en série pour obtenir une tension plus importante. o Choix du logiciel de simulation: simulation On a pour objectif simuler le fonctionnement de deux cellules photovoltaïques. Le logiciel à notre disposition qui nous permet de mieux répondre à ce besoin est MATLAB ® Conception : Protocole et banc test de mesure Afin de pouvoir réaliser le banc test on a besoin du matériel suivant : Schéma : Dossier Personnel Personnel-Luc Fache-Projet SI 6 Protocole expérimental des Cellules Photovoltaïques • L’objectif L’ scientifique motivant l’expérimentation est de récupérer des 1. Principe de informations sur les caractéristiques électriques des cellules photovoltaïques. l’expérimentation • Le phénomène étudié:: Energie électrique fourni par les cellules photovoltaïques. • Nous allons tester la tension fournie par les cellules solaire 2. Caractéristiqes de l’expérimentation • • • • 3. Exécution Facteur variable : Intensité lumineuse (en Lux ou lumen) F F Facteurs gardés constants : la résistance variable P Paramètre observé : Variation de la tension et intensité affiché sur le voltmètre et l’ampèremètre. Variation de l’intensité lumineuse. L’effet attendu est une variation de la tension et de l’intensité électrique lorsqu’on augmente l’intensité lumineuse. On cherche la tension maximale et une valeur moyenne. Le matériel • • • • • • La(s) cellule(s) photovoltaïque(s) en question Outil de mesure: mesure -Un voltmeter -Un Un ampèremètre - Un luxmètre Câbles Une LED (Pour jouer le rôle de dipôle) Source de lumière variable (Lampe) Un interrupteur Procédure de l’expérimentation 4. Présentation schématique du sont déterminés • Temps: Temps ≈10 minutes • La cellule photovoltaïque est branchée à une une charge resistive en série • On branche un interrupteur au circuit en série • On branche l’ampèremetre en série et le volmètre en dérivation • On place le luxmètre à côté de la cellule photovoltaïque • On ferme l’intérrupteur et on relève les valeurs d’intensité et de tension affichés • Consigne d’attention particulière : chaleur dégagée par la lampe. • Le matériel choisi est représenté • La ou les procédures est (sont) traduite(s) protocole. Réalisation + Validation : Simulation du circuit des cellules photovoltaïques sur Matlab Simulink Dossier Personnel Personnel-Luc Fache-Projet SI 7 Après simulation on obtient les courbes suivantes : Intensité(I) en function de la tension(U) Puissance(P) en function de la tension(U) A partir de ces courbes on peut trouver le Vmp et le Imp