SOURCE D'ENERGIE RENOUVELABLES : ALIMENTATION « SANS-FIL »

Pierre HERBELIN
Gaëtan LAVOUE
Grégory MENDES
Mercredi 11 juin 2014
EI2I-3
SOURCE D'ENERGIE RENOUVELABLES : ALIMENTATION
D'UN NOEUD DE RESEAU DE CAPTEURS DE TEMPERATURE
« SANS-FIL »
4. PARTIE 1 THEORIQUE : ESTIMATION DE LA CONSOMMATION DE LA
CHARGE : CAPTEUR DE TEMPERATURE SANS FIL
4.1. ESTIMATION DE LA CONSOMMATION ELECTRIQUE D'UN NOEUD
QT1 : A partir de la figure 4, la valeur moyenne sur une seconde de l'intensité de courant utilisé par
le nœud de capteur sans-fil est 0,7mA. Pour obtenir cela, nous avons multiplié le temps par le
courant pour chaque partie de la courbe et additionné ces résultats.
QT2 : En supposant d'une part, que nous alimentons ce nœud de capteur sans-fil avec des
accumulateurs de type piles AAA ayant une capacité de 1000mAh, et d'autre part, que la tension de
sortie des piles reste constante et égale à la valeur idéale (3V), nous pouvons en déduire que la
durée de vie des piles sera de 0,4h soit 24minutes.
5. PARTIE 2 : LA SOURCE D'ALIMENTATION
5.1. MODULES PHOTOVOLTAÏQUES
5.1.2. TEST PRELIMINAIRE DE MODULE PV
QT3 : En utilisant les liens de la Table 1, nous avons cherché dans la notice de ces modules les
valeurs points de fonctionnement caractéristiques et nous les avons entrés dans le tableau cidessous :
Voc(V)
Isc(mA)
Jsc(A/m²)
Vmax(V)
Jmax(A/m²)
Température
Iradiation
Nombre de cellules
Valeurs théoriques
Amorphe
Cristallin 500mV
7,7
0,59
14,8
435
4,47
124
5,9
0,5
8,03
114
25°C
25°C
1000 w/m²
1000 w/m²
1
Cristallin 5V
5,9
88
23,7
5
21,86
25°C
1000 w/m²
10 en série
QP1 : Pour les modules Amorphe_6V et le SiCristallin_5V ; nous avons mesuré avec l'éclairage de
la pièce les caractéristiques suivantes :
V oc(V)
Isc(mA)
Rapport Jsc
Puissance (W/m²)
Valeurs pratiques
Cellule Amorphe Cellule SiCristallin 5V
4,37
3,44
0,44
0,66
0,0297297297
0,0075
29,7297297297
7,5
La technologie qui a subit le plus de perte est la cellule SiCristallin car la puissance utile est plus
faible pour le même éclairement.
5.1.3. CARACTERISTIQUES COURANT-TENSION D'UN MODULE PV C-SI : INFLUENCE DE
L'INTENSIT2 DE LUMIERE SUR LE POINT DE FONCTIONNEMENT MAXIMAL
TP3 : a) Nous avons pour différentes valeurs de l'intensité de l'éclairement relevé la tension et le
courant aux bornes de la cellule de grande taille pour différentes valeurs de résistance de charges.
Vous pouvez trouver les résultats dans les tableaux ci-dessous :
Tension (V) 2750 lux Courant (mA)
5,24
0,49
5,22
0,57
5,2
0,7
5,18
1
5,17
1,2
5,14
1,62
5,13
2
5,11
2,34
5,09
3,04
5,03
5,24
5
6,11
4,98
7,13
4,68
15,4
4,36
20
4,16
21,6
3,55
23,6
0,92
24,8
0,5
24,9
0,5
25
Ppv
2,5676
2,9754
3,64
5,18
6,204
8,3268
10,26
11,9574
15,4736
26,3572
30,55
35,5074
72,072
87,2
89,856
83,78
22,816
12,45
12,5
Tension (V) 1400 lux Courant (mA)
4,85
0,45
4,84
0,5
4,84
0,64
4,83
0,81
4,81
1,27
4,78
2,1
4,76
2,8
4,6
5,96
4,54
6,93
4,25
9,87
4,12
10,7
3,6
12,37
2,49
13,42
0,31
13,86
0,27
13,88
0,26
13,93
Ppv
2,1825
2,42
3,0976
3,9123
6,1087
10,038
13,328
27,416
31,4622
41,9475
44,084
44,532
33,4158
4,2966
3,7476
3,6218
Tension (V) 920 lux Courant (mA)
4,67
0,43
4,67
0,56
4,66
0,86
4,63
1,2
4,59
1,93
4,52
2,99
4,49
3,38
4,44
3,8
4,31
4,89
4
6,51
3,66
7,46
2,95
8,3
1,28
8,7
0,23
8,93
0,17
8,97
Ppv
2,0081
2,6152
4,0076
5,556
8,8587
13,5148
15,1762
16,872
21,0759
26,04
27,3036
24,485
11,136
2,0539
1,5249
Tension (V) 470 lux Courant (mA)
1,76
0,16
1,6
0,18
1,35
0,21
1,13
0,23
0,85
0,25
0,62
0,27
0,54
0,28
0,44
0,28
0,33
0,29
0,24
0,29
0,19
0,29
0,16
0,29
0,11
0,29
0,01
0,29
0,005
0,29
Ppv
0,2816
0,288
0,2835
0,2599
0,2125
0,1674
0,1512
0,1232
0,0957
0,0696
0,0551
0,0464
0,0319
0,0029
0,00145
Analyse des mesures : a) Voici l'évolution courant tension puis l'évolution de IPV en fonction de
VPC et de PPV en fonction de VPV pour les 4 intensités de l'éclairement :
Evolution courant/tension :
2750 LUX :
1400 LUX :
30
16
25
14
20
12
Tension (V) 2750 lux
Courant (mA)
15
10
10
Tension (V) 1400 lux
Courant (mA)
8
6
4
5
2
0
0
920 LUX :
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
470 LUX :
Tension (V) 920 lux
Courant (mA)
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Tension (V) 470 lux
Courant (mA)
Evolution IPV en fonction de VPC :
2750 LUX :
1400 LUX :
Courant (mA) à 1400 lux
Courant (mA) à 2750 lux
15
30
Courant (mA)
20
10
Courant (mA)
10
5
0
0
0
1
2
3
4
5
0
6
1
2
920 LUX :
3
4
5
6
470 LUX :
Courant (mA) à 470 lux
Courant (mA) à 920 lux
0,4
10
0,3
8
Courant (mA)
6
Courant (mA)
0,2
4
0,1
2
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Evolution de PPV en fonction de VPV :
2750 LUX :
1400 LUX :
Ppv
Ppv
100
50
80
40
Ppv
60
Ppv
30
40
20
20
10
0
0
0
1
2
3
4
5
6
0
1
2
3
4
5
6
920 LUX :
470 LUX :
Ppv
Ppv
30
25
20
15
10
5
0
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
Ppv
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Ppv
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
b) Nous avons par la suite déterminé les paramètres Isc, Voc, Vmax et Imax de ce module pour les 4
valeurs de l'éclairement. Les calculs sont présentés dans le tableau ci-dessous, suivi du tracé de
l'évolution de ces paramètres en fonction de l'éclairement.
Lux
Vmax(V)
Imax(mA)
Voc
Icc
2750
5,24
25
5,09
3,04
1400
4,85
13,93
4,3
7,5
920
4,67
8,97
4,44
3,8
470
1,76
0,29
0,44
0,28
Evolution de Vmax, Imax, Voc et Icc en fonction de l'éclairement :
30
25
20
Vmax(V)
Imax(mA)
Voc
Icc
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
c) Oui il existe une relation entre Vmax et Voc car Voc est le point d'intersection entre l'axe des
abscisses et la tangente de la courbe représentant le courant en fonction de la tension au point
Vmax.
5.1.4. LA CHASSE AUX WATT EST OUVERTE PAR LA RECUPERATION D'ENERGIE
LUMINEURSE
QT4 : Ceq = 5F car les deux condensateurs en série ont une capacité de 10F.
TP4 : Ici, nous avons réalisé les mesures de IC(t) et VC(t) toutes les minutes. Vous pouvez trouver
ces relevés ci-dessous :
Cellule siCristallin 5V
Temps(minutes)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
TP5 : Nous avons donc tracé l'évolution de Ic(t) et Vc(t)
Vc(V)
0,13
0,26
0,6
0,89
1,17
1,37
1,57
1,74
1,89
2,03
2,16
2,28
2,39
2,52
2,64
2,76
2,9
3,03
3,16
3,3
3,43
3,61
3,77
3,9
4,01
4,1
4,18
4,25
4,3
4,34
4,38
4,41
4,43
4,45
4,48
4,5
4,51
4,52
Ic(mA)
31,9
32
32
32,3
32,3
32,15
32,5
32,7
32,6
32,7
32,6
32,5
32,6
32,5
32,5
32,5
32,3
32
31,5
30,9
30,1
30,05
30
28,5
25,8
23
21,1
18,8
17
15,02
13,2
12,2
11,3
10,5
9,6
8,5
7,5
7,1
Ic en fonction de Vc :
Ic(mA) en fonction de la tension
35
30
25
Ic(mA)
20
15
10
5
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Ic en fonction de t :
Ic(mA) en fonction du temps
35
30
25
Ic(mA)
20
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
L'énergie stockée à la fin dans les Scs est 51,07 J.
Nous avons mis 38 minutes pour charger les SCs.
La puissance en début de charge est P = 0,004147 W et celle en fin de charge est 0,032092 W.
La puissance maximale de charge des SCs est donc 0,032092 W.
Nous n'utilisons pas au mieux le panneau PV durant toute la charge car nous avons de nombreuses
perturbations et nous n'avons pas un éclairement constant car nous bougeons lors de ces 38 minutes
ce qui donne un éclairement inégal.
En comparant les courbes Ipv(Vpv) et Ic(Vc), nous constatons que les courbes seront identiques
pour le même éclairage.