Suivre le Soleil a Vélo !

Suivre le Soleil a Vélo !
Jeff Larivee Octobre 2016
A- Projet Vélo-Soleil
• Buts visés :
1- Créer un Vélo tracté électriquement et
utilisant l’énergie du soleil dans le but de
franchir d’importantes distances.
2-Prouver théoriquement la possibilité
d’autonomie solaire a vélo et en définir les
paramètres de réussite.
3- Utiliser différentes formes d’électrotechnologies pour réaliser ce projet.
B- Resumé : Systeme Vélo-Soleil
• Le système est formé de :
1- Un vélo type 700 ou 26 pouces
2- Un kit de traction électrique de 500Watts , 36Volts avec
une batterie LI-ion
3- Une remorque pour transporter le matériel et les PV
4- Des panneaux solaires a haute efficacité
5- Un contrôleur de charge : Solaire a LI-ION 36Vdc
Système Complet
B1: Un vélo type 700 ou 26 pouces
B2 : Un kit de traction électrique de
500Watts , 36Volts + batterie LI-ion
B1+B2 : Vélo avec Kit installé
B3 : Une remorque pour transporter le
matériel et les PV
B4 : Des panneaux solaires a haute
efficacité
B5 : Un contrôleur de charge :
Panneaux Solaire a LI-ION 36Vdc
C- Détail : Systeme Vélo-Soleil
Kit de traction Électrique
– Un moteur électrique DC sans
brosses de 500Watts a 36Volts
– Une batterie Li-ion 36Vdc @
20Amp-heure avec support
mécanique
– Un contrôleur de puissance
36Volts,20Amp
– Un affichage ICL pour observer et
ajuster les paramètres de
promenade
– Un accélérateur au pouce.
– 2 x Freins électriques coupe-moteur
– Un détecteur de pédalier : PAS
1a : Batterie Lithium-Ion :
36Vdc 20Amperes-heure
Énergie transportable = 2,000,000 joules
1b : Controlleur de moteur
DC/DC sans brosses
- Topologie : H-Bridge tri-phasé a 6
commutateurs , commutation PWM
2- Panneau solaire (PV)
-
Puissance Optimum [Pmax]: 100W
- Avec une énergie solaire incidente de
1000W/m2 , 25C
-
Voltage Optimum [Vmmp]: 18V
Courant Optimum [Immp]: 5.56A
Courant de court-circuit [Isc]: 6.2A
Voltage circuit ouvert [Voc]: 21.6V
Voltage d’isolation maximum: 1000V
Dimensions: 1050mm*540mm*2.5mm
Poids = 1.36KG (panneau STD = 10KG)
Pliable jusqu’à : 30 degré
-
Efficacité de transformation énergétique :
22%-25% (panneau STD = 17-19%)
2a- Courbe Voltage/Courant du Panneau
solaire
3- Contrôleur de charge
• Le contrôleur est du type : STEP-UP non isolé.
• Pour une chimie Li-ion 36Vdc , un design spécifiques de contrôleur doit
être fait : exemple : Linear Technology ; LT8490 ; demo board DC2069A
• Le contrôleur détecte automatiquement le MPPT ( Maximum Power
PoinT) du PV, et ajuste la charge demandé au PV pour fonctionner a ce
point en modulant le courant de sortie de recharge de la batterie
adéquatement.
• Schème de commutation : CC/CV
– CC : Modulé pour atteindre le point MPPT (2 ampères max) jusqu’à ce que la
tension de la batterie atteigne 41.8Vdc, ensuite on passe en mode CV.
– CV: Lorsque le mode CC se termine on passe en mode CV ; on ajuste (par
design) la tension de sortie flottante ( tension de recharge maximum) du
contrôleur en fonction de la chimie de la batterie ; Ici : Batterie Li-ion 36V ,
tension flottante = +41.8V
3a: Topologie du convertisseur : CC-MPPT/CV Step-up
4- Simulation de Puissance
•
Une simulation a été effectuer grâce a un chiffrier électronique pour recréer les différentes conditions qu’un tel
système pourrait rencontrer dans l’exercice d’une journée typique de promenade en vélo autonome.
•
En voici les conditions initiales choisies:
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•
Radiance solaire = 1000 Watts/m2
Nombre de PV = 2 ( stationnaire) et 1 (en mouvement)
Grandeur de chaque PV = 0.5 m2
Facteur d‘efficacité des PV = 20%
(%) Facteur d'imperfection des PV = 75%
(%) Facteur d'ensoleillement = 95%
Angle effectif du soleil au PV = 10 DEGRE ( stationnaire) et Variable 10-71 DEGRE (en mouvement)
AIDE programmée au cadran LCD du velo (1-5) = en général: 1 (100 watts ) ; 4 sections a 3 (300watts) et une pente a 4 (
400watts).
Voltage de la batterie = 36V
Capacité de la batterie = 20AH
On charge la batterie du lever du soleil jusqu’a 11h00
On pédale de 11h00 a 17h00
On charge la batterie de 17h00 au coucher du soleil.
Et voici les résultats que nous avons choisit de montrer.
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A) Nombre de joules accumules dans la batterie durant chaque tranche de 15 minutes (JOULES)
B) Nombre de joules dépensées durant chaque tranche de 15 minutes (JOULES)
C) Nombre de joules effectif accumulés dans la batterie (JOULES)
Nombre de joules effectif accumulés dans la batterie avec
un facteur d’ensoleillement de 95% (Joules)
5- Problématiques
• A-) Ennuagement
– La principale problématique rencontrer est du au
fait de l’ensoleillement insuffisant :
• Simulation d’un ensoleillement diminuant de 95% a
50%
• Résultats présentés:
– Effet sur l’apport énergétique
– Effet sur la charge de la batterie en régime permanent
• Solutions a envisager
Nombre de joules accumulés durant chaque tranches de 15
minutes du au soleil avec un facteur d’ensoleillement de 50%
(JOULES)
Nombre de joules effectif accumulés dans la batterie avec
un facteur d’ensoleillement de 50% (Joules)
Solution envisageable :
Augmenter la surface des PV
– On propose ici d’augmenter la surface des PV en
mode stationnaire au double:
• Soit 4 x 0.5 Mètres-carrée = 2 Mètres-carrée
• On peut le faire grâce au nouveau design de panneaux
flexible et léger
– Résultats présentés :
– Effet sur l’apport énergétique
– Effet sur la charge de la batterie en régime permanent
Nombre de joules accumulés durant chaque tranches de 15
minutes du au soleil avec un facteur d’ensoleillement de 50% et
les PV doublés en mode stationnaire
Nombre de joules effectif accumulés dans la batterie avec un
facteur d’ensoleillement de 50% et les PV doublés en mode
stationnaire (Joules)
6- Projections
• Étant donner la problématique principale de captation de
l’énergie disponible, surtout en période d’ennuagement , il
serait possible de résoudre cette problématique de la façon
suivante :
A-) Aller habiter dans un endroit ou il n’y a pratiquement
jamais de nuages :
– Example : Pheonix Arizona
B-) Augmenter l’efficacité des panneaux solaires a >> 22%
– Beaucoup d’effort de R&D sont penché en ce sens
présentement par les compagnie concernées ( ex: SunPower,
SunWatts)
C-) Optimiser l’angle d’incidence du soleil :
– Projet Tournesol
D-) Augmenter la surface utilisable des panneaux solaires
– Cette solution est facilitée avec les nouvelles technologies de panneaux
ultraléger et flexible. ( Exemple : Allpowers)
– Malgré tout il est difficile d’apporter une grande quantité de surface PV
lorsque ont est a vélo.
» Solution proposée : Tissus solaire
» Un tissu polymère transparent flexible, développé par l'Empa avec
la firme allemande Sefar AG dans un projet soutenu financièrement
par la Commission pour la technologie et l'innovation CTI, offre des
possibilités prometteuses en ce sens.
» Ce tissu à bon marché et en grandes quantités par un procédé «rollto-roll», un peu comme sur une rotative d'imprimerie. Des fils
métalliques incorporés lors du tissage assurent la conductibilité
électrique. Dans une deuxième étape du processus, le tissu est
enrobé d'une couche de matière plastique inerte qui ne recouvre
pas totalement les fils métallique et conserve sa conductibilité
électrique au tissu. L'efficacité serait comparable à celle des cellules
conventionnelles .
» Ce tissus , de faible densité, pourrait être plier ou rouler
en un très petit volume et devenir facilement
transportable pour le cycliste.
» Lorsque le cycliste atteint une position stationnaire pour
un certain temps , il déploie son tissus solaire sur la
pelouse, le branche sur le contrôleur et laisse la batterie
charger.
» Exemple applicatif :
• Nappe solaire de 3.33m x 3.33m = 10 mètres carrée
• Efficacité = 20% ; Ensoleillement = 95%
• Énergie captée = 1900 Joules / secondes
• Résultat : une Batterie 36V@20AH se chargerait
complètement a un rythme de 2C en 30 minutes.
Fin
References
•
1- Tissus solaire : http://www.enerzine.com/603/11848+des-filets-de-tissuattrapent-lenergie-solaire+.html