TP - Etude du panneau solaire

FONCTION MISE EN OEUVRE : ETUDE DU PANNEAU SOLAIRE 1 - BUT
Ce TP a pour but de mettre en ?uvre une installation électrique
alimentée par un panneau solaire. Cette étude comprendra :
. L'analyse du besoin en énergie électrique ;
. Le choix du panneau solaire ainsi que des différents constituants de
l'installation (batterie, régulateur, ...) ;
. L'étude du prix de revient de l'installation ;
. La mise en ?uvre, les essais et relevés.
2 - PRESENTATION [pic]
Un camping-car possède une installation électrique alimentée en 12V
grâce à 2 batteries :
. Une première batterie, appelée « batterie moteur », permet au véhicule
de démarrer et de fonctionner (phares, clignotants, ...) ;
. Une seconde batterie, appelée « batterie auxiliaire » assure
l'alimentation électrique de la cabine arrière (éclairage,
réfrigérateur 12V, ...).
Suivant la consommation en énergie électrique, l'autonomie de la
batterie est variable. Cependant, la capacité de la batterie est souvent
calculée pour fournir assez d'énergie au minimum pendant trois jours. Au-
delà de cette durée, lorsque la batterie est vide, deux solutions sont
envisageables :
. Recharger la batterie par l'alternateur, en démarrant le moteur du
véhicule ;
. Recharger la batterie par un chargeur externe fonctionnant sur le
réseau EDF (230V alternatif). L'usager doit perpétuellement surveiller son niveau de réserve en
énergie électrique. De plus les solutions présentées ci-dessus sont
relativement contraignantes :
. La première solution, assez polluante pour l'environnement, entraîne
une nuisance sonore ;
. La seconde, nécessite d'avoir à proximité une prise de courant.
> Problématique L'usager du camping-car souhaiterait disposer d'une source
d'énergie électrique 230V - 50Hz à l'intérieur de sa cabine arrière, afin
d'alimenter une télévision, de recharger son téléphone portable, ainsi que
son ordinateur portable.
. Puissance absorbée par la télévision : Pabstélé = 60 W
. Puissance absorbée par le chargeur téléphone : Pabsport = 5
W
. Puissance absorbée par le chargeur PC : PabsPC = 150 W De plus, il voudrait connaître le prix d'une installation complète
permettant la recharge de sa batterie auxiliaire à l'aide de panneau
solaire.
3 - TRAVAIL DEMANDE
3-1- Etude théorique
Dans un premier temps, nous nous intéresserons à créer une source de
tension 230V - 50 Hz, à partir de la batterie auxiliaire fournissant une
tension continue de 12 V. L'appareil permettant de convertir une tension
continue en une tension alternative est appelé un onduleur. > Choix de l'onduleur : On vous demande de choisir dans la documentation technique fournie à
l'annexe 1, l'onduleur nécessaire pour l'installation du camping-car. On
considéra un coefficient de simultanéité d'utilisation des différents
appareils égal à 1.
> Choix batterie auxiliaire :
L'installation électrique du camping-car est composée de :
. Un réfrigérateur 12 V, Pabs = 50W, fonctionnant en moyenne 5 heures
par jour ;
. Trois points lumineux (6W, 20W et 40W) à l'intérieur de la cabine
arrière, fonctionnant 2 heures par jour ;
. Un onduleur de tension, Pabs = 400W, fonctionnant en moyenne 1 heure
par jour, à 50 % de sa puissance nominale.
On vous demande de choisir, à l'aide de l'annexe 2, la batterie
auxiliaire nécessaire et permettant 3 jours d'autonomie avec les
consommations énoncées ci-dessus. Pour cela :
o Vous recopierez et compléterez le tableau ci-dessous :
|Appareils |Puissance absorbée |Temps d'utilisation|Energie consommée |
| |(W) |par jour (h) |par jour (Wh) |
|Réfrigérateur | | | |
|Eclairage | | | |
|Onduleur | | | |
o Vous calculerez l'énergie totale consommée en une journée.
o Dans le cahier des charges initial, l'usager souhaitait disposer
de 3 jours d'autonomie en énergie électrique avec la batterie
auxiliaire. Vous calculerez alors l'énergie nécessaire à 3 jours
d'autonomie.
o Vous calculerez ensuite la capacité de la batterie nécessaire.
Capacité (A.h) * Tension nominale (V) = Energie (Wh)
o A l'aide de l'annexe 2 et du résultat précédent, vous conclurez
sur la faisabilité du projet. Quelle solution peut on
envisager ? Vous ferez contrôlez vos résultats par le
professeur.
o De combien de jours sera l'autonomie en énergie électrique
avec une batterie de type « SMA105 » ?
> Choix d'un panneau solaire
La batterie choisie est du type « SMA105 », d'une capacité de 105 A.h
sous une tension nominale de 12 V. Cette batterie ne permet pas d'obtenir 3
jours d'autonomie en énergie électrique. C'est pourquoi, nous souhaiterions
installer un panneau solaire qui permettrait de recharger la batterie et
d'accroître l'autonomie.
Le régulateur permet de limiter et de contrôler le courant de charge
de la batterie. o On vous demande de déterminer la puissance du panneau solaire à
installer afin d'obtenir l'autonomie souhaitée et de le choisir à
l'aide de l'annexe 3, en justifiant.
Données :
- temps d'ensoleillement du panneau solaire par jour : 6 heures
- Energie absorbée par les appareils par jour : 582 Wh
- Capacité de la batterie : 105 Ah
- Tension nominale : 12V
Exemple de calcul de puissance pour un panneau :
P panneau solaire = (Energie absorbée en 1 jour) / H
( H étant le temps d'ensoleillement suivant la zone ou l'on se trouve) Si l'on à besoin de 300 Wh/jour (soit 25 A pour U=12V) et que le temps
d'ensoleillement est de 4 heures, le panneau devra débiter 6,25 A (25 / 4)
pour compenser la consommation de la batterie.
Ce qui correspond à un panneau de 75 watts (6,25A x 12V), en théorie, car
il faudra compter les pertes et donc choisir un modèle au dessus. o Vous choisirez ensuite le régulateur à installer afin que
l'installation fonctionne correctement, à l'aide de l'annexe 4. Vous
justifierez votre choix. > Etude du prix et conclusion
. A partir de l'étude, vous établirez la liste des différents
composants de l'installation électrique et ensuite vous donnerez
le prix de cet équipement à l'aide des tarifs constructeurs
fournis en annexe 5.
. Vous conclurez sur les avantages et les inconvénients d'une
telle installation.
3-2- Etude pratique Dans cette partie, vous allez mettre en ?uvre le panneau solaire et
vérifier les performances d'un tel système. Pour ce faire, nous allons,
dans un premier temps, étudier séparément chaque élément et définir leur
rôle :
- panneau solaire,
- Régulateur,
- Batterie,
- Onduleur.
Puis, nous les raccorderons entre eux afin d'obtenir une installation
complète et autonome. > Etude du panneau solaire
. Vous préciserez le rôle d'un panneau solaire ? Vous recopierez et
compléterez la figure ci-dessous.
. On vous demande de tracer la caractéristique du panneau solaire
U=f(E) avec :
- U : tension de sortie du panneau solaire en Volts
- E : éclairement en Lux
Pour ce relevé, vous présenterez un schéma de câblage et vous
justifierez les calibres des appareils de mesure. Après
vérification du professeur, vous procéderez aux relevés :
|U (V) |
|[pic] |
|[pic] |
| |
|Dans un générateur solaire, le régulateur assure la gestion de la charge et la|
|décharge de la batterie. Il permet d'éviter un vieillissement prématuré de la |
|batterie et une perte en eau ou un dégazage important. En cas de |
|dysfonctionnement du système, le régulateur solaire empêche la décharge |
|complète de la batterie ce qui la rendrait inutilisable. |
| |
|Cette dernière génération des régulateurs Steca est équipée d'un circuit |
|intégré (Atonic ®) spécifiquement créé pour optimiser les techniques de charge|
|solaire. |
|Sont ainsi intégrées la diode anti-retour, une charge cyclique, une charge |
|rapide ainsi qu'une compensation en température. |
|L'utilisation de transistors MOS-FET, résistants à l'usure, évite aussi tout |
|entretien et assure une très longue durée de vie. |
|L'affichage par LED de couleurs (ou LCD) permet de vérifier rapidement et |
|simplement la charge côté solaire et l'état de charge des batteries. |
| |
|Caractéristiques techniques |
| |
|Courant max. 6 Amps*