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Exploitation pédagogique Dossier Technique d’un Produit Industrielle Présenté p

Exploitation pédagogique Dossier Technique d’un Produit Industrielle Présenté par : - Zakariae 1 Système étudié : Suiveur Solaire à Deux Axes Introduction – Enoncé du problème 1 Description technique et fonctionnelle du suiveur 2 Les différents composants du système suiveur solaire 3 Présentation de la commande par microcontrôleur 4 Programmation de la commande par microcontrôleur 5 Plan 2 Exploitation pédagogique 6 Introduction Le développement de l’exploitation des énergies renouvelables a connu une forte croissance ces dernières années. La production d’électricité par des sources d’énergie renouvelables offre une plus grande sûreté d’approvisionnement des consommateurs tout en respectant les normes écologiques de l’énergie. Actuellement, le Maroc accorde une priorité au développement des énergies renouvelables, et surtout à l’énergie solaire ou photovoltaïque, car un bel avenir se dessine pour ce type d’énergie. Station Thermo-solaire Nour 1, 160 MW, Ouarzazate, Maroc 3 Introduction Un système photovoltaïque (PV) est destiné à satisfaire un besoin d’énergie électrique selon des conditions spécifiques d’exploitation. Il est généralement constitué d’un générateur photovoltaïque, d’un système de stockage, des systèmes d’interface (convertisseurs, réseau) d’un système de control et de commande. 4 Système Photovoltaïque: Introduction L’absorption d’un photon par un semi-conducteur donne naissance à une paire d’électron trou lorsque son énergie est supérieure à celle de la largeur de la bande interdite du matériau. Le champ électrique interne à la jonction, entraîne alors le trou vers la région P et l’électron vers la région N. 5 Principe de fonctionnement d’une cellule Photovoltaïque: Dans une installation fixe, l’énergie rendue par les modules PV est maximale seulement à midi. Pour cela si les modules PV sont toujours orientés vers le soleil, c’est comme s’il y avait constamment la condition correspondante à midi. 6 Enoncé de la problématique: Introduction Au cours de la journée, le soleil se déplace continuellement, alors qu’un générateur Photovoltaïque est fixe dans sa position, perdant ainsi une considérable quantité d’énergie, qui pourrait être disponible. Introduction: Il existe cependant des suiveurs solaires à 1 axe ou 2 axes qui suivent le soleil tout comme le ferait un tournesol. On propose, dans ce dossier, de découvrir ce qu’est un suiveur solaire, de comparer les résultats d’une installation fixe et d’un suiveur, puis étudier les différents éléments qui constitue le système. Dans ce stade, on doit répondre aux questions suivantes: - À quoi sert un suiveur solaire ? - Comment fonctionne le suiveur solaire à deux axes? - Comment organiser les différentes parties du système ? - Comment programmer la carte de commande du suiveur solaire ? Comment optimiser la production d’énergie d’un panneau photovoltaïque? 7 Objectif: Au cours d’une journée complètement ensoleillée, un système bien orienté, produit 5,5 kWh d’énergie, alors que le même système avec suiveur, dans les mêmes conditions d’ensoleillement, produit 11 kWh d’énergie. Une part importante de l’énergie récupérable est ainsi perdue. Si l’installation s’oriente constamment en direction du soleil, elle génère un maximum d’électricité. 8 Etude Comparative: Introduction: Description du système: Le système suiveur solaire à deux axes permet de suivre la trajectoire du soleil, selon la saison, sur l'axe Est- Ouest (Azimut) et aussi sur la hauteur ou l'élévation (Zénith). Le système de capteur solaire motorisé permet d’optimiser la production électrique des cellules photovoltaïques par le suivi de la position du soleil. Il assure le maintien en charge des batteries. 9 10 I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire Approche classique : Analyse fonctionnelle du Suiveur Solaire Analyse des Besoins: La production électrique des panneaux photovoltaïques dépend directement de la quantité de lumière reçue. Pour augmenter cette production, on se propose de suivre le soleil pour récolter un maximum de flux lumineux. 11 I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire Approche classique : Analyse fonctionnelle du Suiveur Solaire Etude des fonctions et des contraintes: 12 I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire Approche classique : Analyse fonctionnelle du suiveur solaire Décomposition des fonctions de service 13 Approche moderne : Langage SysML (Modélisation système) Diagramme de cas d’utilisation (User Case Diagram ) I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire 14 Approche moderne : Langage SysML (Modélisation système) Diagramme des exigences I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire 15 I. Description technique et fonctionnelle du store Approche moderne : Langage SysML (Modélisation système) Diagramme de définition de bloc ( Block definition diagram BBD ) 16 Approche moderne : Langage SysML (Modélisation système) Diagramme de bloc interne ( Internal Block diagram IBD ) «Block » Alimentation «Block » Microcontrôleur «Block » Interface de communication «Block » Partie opérative «Block » Interface d’entée 230V-50Hz Capteur LDR Fin de course Ordre de rotation et positionnement LEDs I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire 17 I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire Chaine d’énergie et d’informations: Chaîne d’information Chaîne d’énergie ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE AGIR Orienter Energies d’entrée ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER Lumière du soleil Ordres Valim =12V Pont en H intégré Moteur à courant continu Réducteur 4 étages 1 pignon/roue 1 étage roue/vis 2 capteurs LDR 4 fins de course Microcontrôleur Panneau Solaire Panneau Suiveur Solaire Liaison directe Positionneur 18 II. Les composants du suiveur solaire Capteur de lumière LDR (photorésistance): Une photo résistance est un composant dont la valeur en Ohms dépend de la lumière à laquelle il est exposé. On la désigne aussi par LDR (Light Dependent Resistor ou résistance dépendant de la lumière). La principale utilisation de la photo résistance est la mesure de l'intensité lumineuse, elle est choisit grâce à son temps de réponse qui est beaucoup plus court. Les matériaux utilisés sont généralement du sulfure ou du séléniure de cadmium qui se comporte comme des semi-conducteurs. 19 II. Les composants du suiveur solaire Capteur de fin de course: Un interrupteur de position peut aussi être appelés "Interrupteur de fin de course". Ils coupent ou établissent un circuit lorsqu'il est actionnés par un mobile. La détection s’effectue par contact d’un objet extérieur sur le levier ou un galet. Ce capteur peut prendre alors deux états : - Enfoncé (en logique positive l'interrupteur est fermé). - Relâché (en logique positive l'interrupteur est ouvert). 20 II. Les composants du suiveur solaire Pont en H: Le pont en H permet la commande de moteur dans les deux sens de rotation, sans modification du montage, seulement en modifiant l'état des commutateurs. SW1 SW2 Etat Moteur 0 0 ARRET 0 1 SENS 1 1 0 SENS 2 1 1 ARRET 21 II. Les composants du suiveur solaire Moteur à Courant Continu: Une machine électrique à courant continu effectue une conversion d’énergie électrique en énergie mécanique. Couple de démarrage important, idéal pour l'entraînement de charges à forte inertie. 22 III. Présentation détaillée de la carte de commande Alimentation Stabilisé 5V et 12V Unité de Traitement Microcontrôleur 16F877 Interface circuit de Puissance Interface circuit de Commande Alimentation Stabilisé: (Régulateur de Tension) Un régulateur de tension est un composant dont le rôle consiste à rendre quasi continue une tension qui présente une ondulation (issue d'un pont redresseur) et à stabiliser sa valeur. Circuit d’interface de Puissance Afin de protéger le carte de commande du suiveur solaire contre les courant forts. On exploite un circuit d’interfaçage de puissance, ce circuit se compose essentiellement de relais magnétique. Unité de Traitement: Microcontrôleur Un microcontrôleur est circuit intégrée a pour le rôle: le traitement de l'information prévenante des capteurs et l’exécution des commandes vers les actionneurs. Il assure un fonctionnement autonome. Il dispose de plusieurs fonctionnalités tel que: - Temporisation; - Conversion Analogique Numérique (CAN); - Transmission Série des données (RS-232) Le grand avantage de cette logique programmable est que la modification d’une fonction ou d'une tâche ne nécessite pas de câblage supplémentaire, mais uniquement un nouveau programme à loger en mémoire. Circuit d’interface de commande Le circuit d’interfaçage de commande est un conditionneur pour les capteurs Photorésistances, ce circuit se compose de: - Potentiomètres permettre de régler le seuil de la sensibilité aux variations d’éclairement solaire. -Deux Comparateurs qui permettre de comparer les tensions au niveau des LDRs et les tensions de référence. 23 Utilisation du convertisseur analogique numérique pour LDR: Cette solution consiste à exploiter le port A du microcontrôleur qui dispose de CAN, au lieu d’utiliser un conditionneur pour les capteurs photorésistances. Résolution: n=10 bits / 8 canaux. Les registres: ADCON0: Permet le choix du canal et l’horloge de conversion ADCON1: Justifier le sens du résultat dans les registre ADRESL & ADRESH. III. Présentation détaillée de la carte de commande 24 IV. Programmation de la commande par microcontrôleur Branchement des composants Microcontrôleur PIC16F877 LDR N LDR S LDR E LDR O Fc N Fc S Fc E Fc O M1 M2 RA0 RA1 RB3 RB2 RB1 RB0 RA2 RA3 RC3 RC1 RC2 RC0 25 IV. Programmation de la commande par microcontrôleur Organigramme de fonctionnement 1- Configuration des Entrées/Sorties par la configuration des registres: TRISA, TRISB, TRISC. 2- Configuration des registres internes, lors de l’utilisation des fonction spéciales tel que: le convertisseur analogique numérique, ou la transmission série. 3-Effectuer des boucle de test sur les information acquise 4- Affecter le fonctionnement souhaiter aux actionneurs. 26 V. Exploitation Pédagogique: Compétences Visés Composantes des compétences uploads/Industriel/ presentation-suiveur-solaire.pdf