Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Sommaire Tableau des figures...................................................

Sommaire Tableau des figures.....................................................................................................................2 Introduction générale..................................................................................................................3 Chapitre1.....................................................................................................................................4 I. Objectif............................................................................................................................4 II. Introduction......................................................................................................................4 III. Mouvement du Globe terrestre.....................................................................................4 1. Le rayonnement solaire................................................................................................5 2. Rayonnement direct......................................................................................................5 3. Rayonnement diffus.....................................................................................................5 4. Rayonnement global.....................................................................................................5 IV. La cellule photovoltaïque.............................................................................................6 1. Définition et principe...................................................................................................6 2. Le rendement d’un panneau photovoltaïque................................................................8 V. Etat de l’art des techniques de suivi...............................................................................11 1. Les premières utilisations...........................................................................................11 2. Les types des suiveurs solaires...................................................................................12 VI. Conclusion..................................................................................................................14 Chapitre 2..................................................................................................................................15 I. Introduction....................................................................................................................15 II. Schéma synoptique........................................................................................................15 III. Etude des différents blocs..........................................................................................16 1. Les capteurs de lumière.............................................................................................16 2. Le circuit de commande.............................................................................................17 3. Les moteurs CC..........................................................................................................17 IV. Conclusion..................................................................................................................18 Chapitre 3..................................................................................................................................19 I. Introduction....................................................................................................................19 II. Partie mécanique............................................................................................................19 1. Description de la structure..........................................................................................20 2. Orientation de l’axe horizontal (élévation) et l’axe vertical (l’azimute)....................20 III. Partie programmation.................................................................................................21 1 IV. Conclusion..................................................................................................................21 Conclusion Générale.................................................................................................................22 Tableau des figures Figure 1 : Variation saisonnière du rayonnement solaire........................................................................4 Figure 2 : Composantes du rayonnement global sur une surface inclinée...............................................5 Figure 3 : Centrale solaire photovoltaïque..............................................................................................6 Figure 4 : Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque......................................................7 Figure 5 : Circuit électrique équivalant de la cellule photovoltaïque......................................................7 Figure 6 : Cellule PV à concentration, rayons parallèles et réfléchis f....................................................8 Figure 7 : Rendement pour différents types de technologies au cours des années..................................8 Figure 8 : Dépendance des performances d’un panneau PV de l’angle ß...............................................9 Figure 9 : Rendement en puissance solaire exploitée en fonction de l'angle ß des rayons solaire...........9 Figure 10 : Représentation de l’angle d’inclinaison θ...........................................................................10 Figure 11 : Représentation des équinoxes et solstices et l’inclinaison de l’axe de rotation de la terre par rapport à son plan de translation autour du soleil.................................................................................10 Figure 12 : Modèle d’un héliostat dans ses premières applications......................................................11 Figure 13 : Champ d’héliostat -centrale solaire Thémis France............................................................12 Figure 14 : Types de suiveurs solaires..................................................................................................12 Figure 15 : Exemple et fonctionnement du suiveur passif....................................................................13 Figure 16 : Exemple et fonctionnement du suiveur actif......................................................................13 Figure 17 : Schéma synoptique............................................................................................................15 Figure 18 : Circuit équivalent du capteur LDR.....................................................................................16 Figure 19 : Schéma du prototype des quatre capteurs LDR..................................................................16 Figure 20 : carte arduino uno................................................................................................................17 Figure 21 : Principe de fonctionnement du moteur à courant continu..................................................18 Figure 22 : Schéma de fonctionnement du suiveur...............................................................................19 Figure 23 : Notre suiveur réalisée par le logicielle solid works............................................................20 Figure 24 : Comparaison du rendement du panneau dans différentes positions....................................21 2 Introduction générale Les énergies renouvelables sont des énergies qui se renouvellent assez rapidement pour être considérées comme inépuisables à l’échelle humaine du temps. L'énergie solaire est disponible, non polluante et gratuite. 3 Chapitre1 I. Objectif Amélioration technique et mécanique d’un suiveur de soleil. II. Introduction L'énergie solaire photovoltaïque est une énergie électrique renouvelable, produite par les rayonnements du Soleil. La production de cette énergie peut se faire grâce aux cellules photovoltaïques, composant électrique qui, exposé à la lumière, produit de l’électricité en quantité proportionnelle à la puissance lumineuse incidente. III. Mouvement du Globe terrestre La terre décrit autour du soleil une orbite elliptique quasi circulaire avec une période de 365,25 jours. Le plan de cette orbite est appelé plan de l’écliptique. C’est au solstice d’hiver (21Décembre) que la terre est la plus proche du soleil, et au solstice d’été (22 Juin) qu’elle en est la plus éloignée. La terre tourne sur elle-même avec une période de 24h. Son axe de rotation (l’axe des pôles) a une orientation fixe dans l’espace. Il fait un angle δ =23°27’ avec la normale au plan de l’écliptique. Figure 1 : Variation saisonnière du rayonnement solaire. 4 1. Le rayonnement solaire Le rayonnement solaire est un rayonnement thermique qui se propage sous la forme d’ondes électromagnétiques. En dehors de l’atmosphère terrestre, il donne un éclairement énergétique à peu prés constant et égale à 1367w/m2, appelé de ce fait constante solaire. I.4.1 Types de rayonnements 2. Rayonnement direct Le rayonnement solaire direct se définit comme étant le rayonnement provenant du seul disque solaire. Il est donc nul lorsque le soleil est occulté par les nuages. 3. Rayonnement diffus Dans sa traversée de l’atmosphère, le rayonnement solaire est diffusé par les molécules de l’air et les particules en suspension. Le rayonnement solaire diffus n’est donc nul que la nuit. 4. Rayonnement global C’est la somme des deux types de rayonnements direct et diffus. Figure 2 : Composantes du rayonnement global sur une surface inclinée. 5 IV. La cellule photovoltaïque 1. Définition et principe La cellule photovoltaïque est le composant électronique à la base des installations produisant l’énergie électrique à partir du rayonnement solaire. Elle fonctionne selon le principe de l'effet photoélectrique. Plusieurs cellules sont reliées entre elles pour former ce qu’on appelle un module solaire photovoltaïque, par la suite, plusieurs modules sont regroupés pour former une installation ou même une centrale solaire photovoltaïque. Figure 3 : Centrale solaire photovoltaïque. La conversion directe de l'énergie solaire en électricité se fait par l'intermédiaire d'un matériau semi-conducteur généralement le Silicium que l’on trouve en abondance sur Terre (extrait de la Silice compris dans le sable). Lorsque les photons sont absorbés par un matériau semi- conducteur, ils cèdent toute leur énergie aux atomes appartenant à la jonction PN, ceci donne naissance à plusieurs paires électrons/trous. Le nombre de ces paires formées dépend de l’énergie des photons incidents et du matériau utilisé. 6 Figure 4 : Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque. Une cellule photovoltaïque est généralement représentée par le modèle électrique de la figure. Il est constitué d’une source de courant, Iph , qui dépend de la radiation solaire et de la température, d’une diode en parallèle qui représente la jonction PN dont l’intensité de saturation inverse dépend aussi de la température, une résistance en série Rs due aux contacts entre les semi-conducteurs et les parties métalliques permettant d’utiliser la cellule . La résistance shunt représente l’effet du courant qui traverse le cristalin. Figure 5 : Circuit électrique équivalant de la cellule photovoltaïque. L’évocation de la cellule PV et la représentation de son schéma équivalent nous mène à préciser que dans une installation PV à concentrateurs les rayons solaires doivent être 7 perpendiculaires comme illustré dans la figure ci-dessous, d’où l’obligation de l’utilisation d’un suiveur solaire. Figure 6 : Cellule PV à concentration, rayons parallèles et réfléchis f 2. Le rendement d’un panneau photovoltaïque A. Puissance produite Le rendement d’un panneau solaire photovoltaïque dépend des technologies utilisées lors de sa fabrication. Il existe plusieurs types dont les plus connus sont les panneaux PV à base de cellules en Silicium poly cristallin, Silicium monocristallin, Silicium amorphe, les cellules multi-jonctions, etc. Chacune de ces technologies présente des avantages et des inconvénients. En particulier, le rendement, qui est généralement le critère de choix, dépend des conditions climatiques du lieu d'installation (dans les régions caractérisées par des températures élevées, les systèmes au Silicium amorphe sont préférés à ceux au mono ou poly cristallin). 8 Figure 7 : Rendement pour différents types de technologies au cours des années. Pour un panneau PV, le rendement, R exprimé en pourcent (%), est défini par le rapport de la puissance électrique produite par le panneau PV (PEP) à la puissance solaire reçue (PSR). 9 B. Positionnement Comme mentionné auparavant, l’énergie fournie par le panneau PV dépend fortement de la quantité d’éclairement solaire absorbée par ce dernier. Cette quantité dépend de l'orientation du panneau par rapport au soleil. Pour collecter le maximum d'énergie, le panneau PV doit être constamment orienté perpendiculairement aux rayons solaires. Figure 8 : Dépendance des performances d’un panneau PV de l’angle ß. Avec : ß l’angle formé entre le plan du panneau et les rayons lumineux incidents, l’angle optimal correspond à un angle de 90° comme indiqué dans la figure (I.10). Chaque fois que cet angle diminue ou augmente, la surface (m²) du panneau exposée aux rayons diminue et donc en partant de la puissance produite, le rendement diminue aussi, d’où l’importance de l'orientation des panneaux par rapport à la position du Soleil [9]. Le rendement en puissance solaire exploitée peut être calculé à l’aide de l’équation suivante : RN = sin (ß) × 100 Figure 9 : Rendement en puissance solaire exploitée en fonction de l'angle ß des rayons solaire. 10 C. Positionnement (angle d’inclinaison) Un autre facteur qui influence sur les performances du panneau PV est l’angle d’inclinaison, qui correspond à l’angle formé par le plan du panneau solaire par rapport à l’horizontale (le plan du sol). Figure 10 : Représentation de l’angle d’inclinaison θ. En effet, l’évolution de la trajectoire du soleil varie selon les saisons (l’inclinaison de la terre varie), l’angle d’inclinaison est plus réduit en été et plus important en hiver. Figure 11 : Représentation des équinoxes et solstices et l’inclinaison de l’axe de rotation de la terre par rapport à son plan de translation autour du soleil. Cependant si l’on désire maximiser la puissance générée par un panneau PV et avoir un rendement optimal, il faut tenir compte de tous ces paramètres et contraintes liées à 11 l’orientation du module ainsi que la position du soleil. Ceci peut être assurée par un système de poursuite solaire (suiveur soleil ou encore dit tracker solaire (appellation courante)) permettant de suivre le soleil tout au long de la journée. Pour cela, la uploads/Geographie/ rapport-suiveur-soleil.pdf