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Université Sidi Mohamed Ben Abdellah Faculté des Sciences et Techniques de Fès

Université Sidi Mohamed Ben Abdellah Faculté des Sciences et Techniques de Fès Département de Génie Industriel Mémoire de Projet de fin d'étude Préparé par DHARYF ILIAS Pour l'obtention du diplôme d'Ingénieur d'Etat Spécialité : Ingénierie en Mécatronique Intitulé Lieu : CAP SOL Réf : 10/IMT14 Soutenu le 26Juin 2014 devant le jury : - Pr. HASSAN KABBAJ, Président (Encadrant FST) -Mr.RACHID EL ASSAL (Encadrant société) - Pr. IDRISS TAHRI (Examinateur) - Pr.Lhabib HAMEDI (Examinateur) Optimisation du rendement énergétique d’un panneau solaire par un support suiveur Dédicace À mes très chers parents qui m’ont fournis au quotidien un soutien et une confiance sans faille et de ce fait, je ne saurais exprimer ma gratitude seulement par des mots. Que le tout puissant vous protège. À mes chers frères et sœurs, les mots ne peuvent pas résumer ma reconnaissance et mon amour. Que toute personne m’ayant aidé de près ou de loin, trouve ici l’expression de ma reconnaissance. Remerciements Fruit d’une réflexion et d’un travail sérieux, l’élaboration de ce rapport de stage de fin d’études n’aurait pas pu être accomplie sans le soutien d’un grand nombre de personnes, qu’elles trouvent ici l’expression de notre profonde gratitude. Mon vif remerciement va particulièrement à mes encadrants du Cap Sol M. Rachid El Assal et M. me Hanaa HACHIMI pour leurs conseils lucides et pertinents, pour le soutien technique qu’ils nous ont apporté. Mes sincères remerciements sont tout particulièrement adressés à M. Hassan kabbaj mon encadrant à l’a FST pour les remarques et les conseils très constructifs qu’il m’a adressés tout au long de notre projet. Ma gratitude est également adressée à tous mes professeurs qui ont accepté de faire partie du jury. Que soit également remercié ici, tout le corps professoral de la filière mécatronique pour sa disponibilité et pour la formation qu’il nous a prodigué. Sommaire Introduction générale ................................................................................................................................ 9 Chapitre 1. Contexte général du projet ............................................................................................. 10 I. Présentation de l’organisme d’accueil ............................................................................................. 11 I.1 Présentation .............................................................................................................................. 11 I.2 Processus de fabrication ........................................................................................................... 11 I.3 Produits :................................................................................................................................... 13 II. Description du projet ....................................................................................................................... 14 III. Planification du projet .................................................................................................................. 15 I.4 Tableau des taches prévisionnelles........................................................................................... 15 I.5 Tableau des taches réelles ........................................................................................................ 16 Chapitre 2. Etat de l’art de l’énergie photovoltaïque ...................................................................... 18 Introduction ............................................................................................................................................. 19 I. Energie photovoltaïque .................................................................................................................... 19 I.1 La cellule solaire ...................................................................................................................... 20 I.1.1 Principe de fonctionnement ...................................................................................................... 20 I.1.2 Caractéristique I= f (V) d'une cellule photovoltaïque .............................................................. 23 II. Modules photovoltaïques et champs des modules ........................................................................... 24 II.1 Module et groupement de cellules en série .............................................................................. 25 II.2 Groupement de cellules ou modules en parallèle ..................................................................... 26 II.3 L’unité Kilowatt crête (kWc) = Puissance dans des conditions standards ............................... 28 III. Panneaux solaires photovoltaïque ................................................................................................ 28 III.1 Intérêt des panneaux solaires photovoltaïques mobiles par rapport aux panneaux fixes ......... 28 III.1.1 Calcul d’énergie produite par des panneaux photovoltaïques fixes « 1 kwc » à l’inclinaison optimale 28 (a) Position du soleil ...................................................................................................................... 28 (b) Calcul d’énergie : ..................................................................................................................... 35 III.1.2 Calcul d’énergie produite par des panneaux photovoltaïques mobiles : .............................. 38 III.2 Présentations comparées pour un système de 1 kWc fixe et avec suiveur ............................... 40 Chapitre 3. Analyse fonctionnelle et étude mécanique .................................................................... 41 I. Introduction ...................................................................................................................................... 42 II. Analyse fonctionnelle ...................................................................................................................... 42 II.1 Analyse externe ........................................................................................................................ 42 II.1.1 Bête à cornes ......................................................................................................................... 42 II.1.2 Diagramme des interactions ................................................................................................. 43 II.1.3 Descriptions de fonctions ..................................................................................................... 44 II.1.4 Flexibilité des fonctions ........................................................................................................ 44 II.2- Analyse interne ............................................................................................................................ 45 III. Etude cinématique ........................................................................................................................ 47 III.1 Présentation .............................................................................................................................. 47 III.2 Schéma cinématique ................................................................................................................. 48 III.3 Calcul des efforts ...................................................................................................................... 48 III.3.1 Vitesse de rotation du panneau ............................................................................................. 48 III.3.2 Calcul de la puissance mécanique ........................................................................................ 49 III.3.3 Calcul de la puissance du moteur ......................................................................................... 49 (a) Rappel sur l’engrenage ............................................................................................................. 49 (b) Calcul de la puissance du moteur P2 ....................................................................................... 52 III.4 Choix du matériau .................................................................................................................... 53 III.5 Assemblage .............................................................................................................................. 58 Chapitre 4. Description des composants électroniques et modélisation du moteur ...................... 59 I. Introduction ...................................................................................................................................... 60 II. Moteur pas à pas .............................................................................................................................. 60 II.1 Moteur à aimant permanant ...................................................................................................... 60 II.1.1 Principe de fonctionnement .................................................................................................. 60 (a) Mode monophasé ..................................................................................................................... 62 (b) Mode biphasé ........................................................................................................................... 62 (c) Mode demi pas ......................................................................................................................... 63 II.1.2 Caractéristiques principales du moteur à aimant Permanent ................................................ 63 III. Relais thermique et capteurs LDR et photorésistant .................................................................... 64 III.1 Relais thermique (pont en H) ................................................................................................... 64 III.2 Capteur LDR (Light Dependent Resistor)................................................................................ 66 III.2.1 Définition .............................................................................................................................. 66 III.2.2 Principe de fonctionnement .................................................................................................. 66 IV. Circuit de commande par Le microcontrôleur ............................................................................. 67 IV.1 Le choix d’un PIC .................................................................................................................... 67 IV.2 Caractéristiques du PIC 16F876 ............................................................................................... 68 IV.3 Brochage du PIC 16F876 ......................................................................................................... 69 IV.4 Architecture interne .................................................................................................................. 70 Chapitre 5. Programmation du microcontrôleur ............................................................................. 72 I. Introduction ...................................................................................................................................... 73 II. Etapes de développement du programme ........................................................................................ 73 III. Ecriture du programme ................................................................................................................ 74 IV. Simulation et routage ................................................................................................................... 77 IV.1 Présentation de l’ISIS ............................................................................................................... 77 IV.2 Fonctionnement de la carte de simulation ................................................................................ 78 Références Bibliographie ........................................................................................................................ 80 Annexe 1 Fonction suntracker.m ......................................................................................................... 81 Annexe 2 Programme de simulation .................................................................................................... 85 Liste des Figures Figure 1. Ligne de production ................................................................................................................................................. 12 Figure 2.Fonctionnement d’une cellule solaire ...................................................................................................................... 20 Figure 3. Cellule photovoltaïque ............................................................................................................................................. 21 Figure 4. L’allure de la caractéristique Courant tension d’une cellule PV au silicium ........................................................... 21 Figure 5. Modèle équivalent d’une cellule PV au silicium. ..................................................................................................... 22 Figure 6. Caractéristique I= f (V) d'une cellule photovoltaïque .............................................................................................. 24 Figure 7. Schéma d’un module fermé d’un groupement des cellules en série ...................................................................... 25 Figure 8. Caractéristique I (V) d’un groupement des cellules en série ................................................................................... 26 Figure 9. Schéma d’un module fermé d’un groupement des cellules en parallèle ................................................................ 27 Figure 10. Caractéristique I (V) d’un groupement des cellules en parallèle ........................................................................... 27 Figure 11. Les repères d’un point de la terre ........................................................................................................................ 29 Figure 12. Position du soleil .................................................................................................................................................... 30 Figure 13. L’azimut et hauteur du soleil ................................................................................................................................. 31 Figure 14. Suntracker 1 ........................................................................................................................................................... 32 Figure 15. Suntracker 2 ........................................................................................................................................................... 32 Figure 16. Résultat annuel ....................................................................................................................................................... 33 Figure 17.résultat journalier ................................................................................................................................................... 34 Figure 18: énergie incidente H ................................................................................................................................................ 36 Figure 19. Ddiagramme de comparaison entre la production avec suiveur et la production avec système fixe ................... 40 Figure 20.Diagramme Bête à cornes ....................................................................................................................................... 42 Figure 21. Digramme des interactions .................................................................................................................................... 43 Figure 22.Analyse interne ....................................................................................................................................................... 46 Figure 23. Graphe de liaison ................................................................................................................................................... 47 Figure 24. Schéma cinématique .............................................................................................................................................. 48 Figure 25. Engrenage .............................................................................................................................................................. 50 Figure 26. Représentation engrenage .................................................................................................................................... 51 Figure 27. Sens d’engrenage ................................................................................................................................................... 52 Figure 28. Calcul de la pente ................................................................................................................................................... 56 Figure 29.Les matériaux obtenu par CES ................................................................................................................................ 57 Figure 31. Photo assemblage autocad .................................................................................................................................... 58 Figure 32. Photo réelle............................................................................................................................................................ 58 Figure 33. Structure d’un moteur pas à pas à aimant permanent ......................................................................................... 61 Figure 34. Formes idéalisées des couples ............................................................................................................................... 61 Figure 35. Mode monophasé .................................................................................................................................................. 62 Figure 36. Mode biphasé ........................................................................................................................................................ 62 Figure 37. Mode demi pas ...................................................................................................................................................... 63 Figure 38. Principe du pont en H ............................................................................................................................................ 64 Figure 39. Schéma d’un Hacheur ........................................................................................................................................... 65 Figure 40. Capteur LDR ........................................................................................................................................................... 66 Figure 43. Schémas du câblage de l’oscillateur. ..................................................................................................................... 70 Figure 45. Cheminement de la programmation ..................................................................................................................... 74 Figure 46. Configuration de programme ................................................................................................................................ 75 Figure 47. Configuration du schéma de simulation par ISIS ................................................................................................... 77 Figure 48. Schéma de routage par ISIS ................................................................................................................................... 78 Liste des Tableaux Tableau 1. Planification prévisionnelle des tâches ................................................................................................ 16 Tableau 2. Planification réelle des tâches ............................................................................................................ 17 Tableau 3.l’angle d’élévation ................................................................................................................................ 35 Tableau 4: Facteur de Transposition FT ................................................................................................................ 36 Tableau 5. Valeurs de Rp ....................................................................................................................................... 37 Tableau 6. Les valeurs d’énergie produite dans le cas des panneaux fixes*6+ ...................................................... 38 Tableau 7. les valeurs d’energie produite par des panneaux de 1 kwc dans le cas d’un suiveur*6+ .................... 39 Tableau 8. Description des fonctions .................................................................................................................... 44 Tableau 9. Les critères de fonction........................................................................................................................ 44 Tableau 10. Propriété des matériaux .................................................................................................................... 54 Tableau 11. Matériaux ........................................................................................................................................... 57 Tableau 13. Des différentes séquences ................................................................................................................. 65 Introduction générale Avec la réﬂexion sur le réchauﬀement climatique, les énergies renouvelables sont devenues des domaines d’étude privilégiés. Le solaire fait partie de ces énergies remises récemment au goût du jour. En eﬀet, la théorie liée au photovoltaïque est ancienne puisqu’elle a été décrite par Hertz et Einstein au début du XXème siècle. Cependant, les applications sont plus récentes, notamment celles visant à optimiser le rendement des panneaux solaires. Outre les progrès faits dans la synthèse du silicium nécessaire à la fabrication des cellules solaires, de nombreuses méthodes permettent aujourd’hui de maximiser les rendements d’un panneau, et à une plus grande échelle d’une centrale solaire. L’optimisation par un support suiveur est une technique qui permet de mieux exploiter les cellules photovoltaïques. En effet, beaucoup de travaux centrent leur intérêt sur la poursuite du soleil afin de maximiser l’ensoleillement en gardant la surface active du module solaire perpendiculaire aux radiations solaires. L’angle des rayons du soleil varie au cours de la journée continuellement, alors qu'un panneau photovoltaïque est fixe dans sa position, perdant ainsi une considérable quantité d'énergie, qui pourrait être disponible. Dans une installation fixe qui uploads/Ingenierie_Lourd/ optimisation-du-rendement-energetique-du-pdf.pdf