ILAND Domaine des Energies renouvelables

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1 ILAND Domaine des Energies renouvelables pour l enseignement en ILAND est un générateur solaire portable et autonome : Une chaîne d énergie Photovoltaïque complète gérée par microcontrôleur et instrumentée pour la validation des performances. Des technologies issues des dernières innovations : Capter l énergie : Stocker l énergie : Gérer l énergie : Utiliser l énergie : Panneau solaire amorphe souple (3mm d épaisseur) Batterie LiFePO4 (Lithium - Phosphate de Fer) dernière génération Carte de contrôle à micro-contrôleur pour la gestion de la charge, la gestion des sorties et la régulation de courant Leds de puissance monopuce à «pad thermique» pour l éclairage Un procédé de fabrication innovant : Le panneau souple Principe du panneau souple : Cellules photovoltaïques souples déposées sur film polyamide Métallisation par procédé PVD (pulvérisation cathodique) Structuration de la couche métallique par procédé «Lift Off» Dépôt de la couche de silicium amorphe par procédé PEVCD (Dépôt par voie de plasma basse température) Une éco-conception intégrée dans le choix des technologies : La batterie LiFePo4 est actuellement la plus écologique : Elle ne contient aucun élément toxique et possède la durée de vie la plus élevée Le panneau souple à silicium amorphe nécessite beaucoup moins de silicium que le panneau rigide à silicium cristallin Une étude de design dans la conception : Une étude de l aspect pratique : Portabilité, intégration de tous les éléments dans un seul volume Une étude d un carénage adapté au terrain : Absorption des chocs, suppression des arêtes vives Une utilisation de matériaux caoutchoucs déformables pour l étanchéité (IP67)

2 ILAND ILAND dans le programme (enseignement transversal) Modalités d enseignement Elles privilégient les activités pratiques d analyse de systèmes techniques réels et actuels ainsi que le projet. La mise en œuvre du programme implique d associer étroitement l observation du fonctionnement et des solutions constructives d un système, l expérimentation et la simulation de tout ou partie du système ainsi que le raisonnement théorique pour l exploitation et la compréhension des résultats. L enseignement s appuie sur des études de systèmes qui nécessitent la mise en œuvre d outils d analyse, de représentation, de recherche et de validation de modèles ainsi qu une culture des solutions constructives mises en œuvre. Les enseignements du tronc commun Trois objectifs sont assignés à ces enseignements. Le premier consiste à acquérir des concepts de base de la technologie industrielle et à les appliquer dans une logique de limitation de l impact environnemental. Pour cela l enseignement est organisé en collaboration directe et étroite avec ceux de sciences physiques et chimiques, fondamentales et appliquées et de mathématiques, de façon à coordonner les apprentissages et à garantir le niveau scientifique nécessaire aux poursuites d études. Le deuxième, adossée à une pédagogie de l action, à dominante inductive, consiste en une approche pluri technique mettant en évidence la richesse et la diversité des solutions techniques actuelles intégratrices de la mobilisation des trois champs : gestion de l énergie, traitement de l information, utilisation et transformation de la matière. Ces trois champs doivent être abordés de manière globale, équilibrée, non exclusive ni indépendamment les uns des autres.

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4 ILAND ILAND et les objectifs de formation en (enseignement transversal)

5 ILAND - Eco-conception ILAND Etude des matériaux Etude du Design Etude du bilan carbone Analyse fonctionnelle Etude du Cahier des Charges Etude du cycle de vie

6 ILAND - Eco-conception ILAND Etude des solutions constructives Choix des constituants Justification Choix des technologies Etude de l efficacité énergétique Efficacité: Validation des performances

7 ILAND ILAND - Eco-conception: Optimisation de la ligne de fabrication Evolution de la ligne de fabrication Structuration du panneau Principe de fabrication Etude de l évolution technologique Optimisation de la ligne de fabrication Incidence sur le coût de fabrication Etude comparative des coûts de fabrication

8 ILAND ILAND - Eco-conception: Diminution du «coût» énergétique de fabrication Synoptique des 3 étapes de l évolution de la ligne de fabrication Procédé de fabrication / étapes et capacités: Le procédé de fabrication des cellules solaires flexibles de VHF-Technologies peut être séparé en trois sections principales: la métallisation (préparation du substrat), le front-end (dépôt de la cellule), et le back-end (fabrication des modules). Bilan énergétique de production Evolution du «coût» énergétique de production Etude des solutions pour diminuer le coût énergétique de production

9 ILAND - Le logiciel d aide ILAND Description de l objectif terminal Explication et séparation des différentes étapes de fabrication Explication du principe de fonctionnement de la couche active NIP Explication du procédé par animations 3D pour chaque étape UN EXEMPLE: Explication du principe de fonctionnement de la cellule amorphe et description par synoptiques et animations du processus de fabrication étape par étape avec séparation des procédés / processus Processus de fabrication du film par étapes

10 ILAND ILAND - Introduction à la simulation La carte de l'iland est équipée d'un microcontrôleur PIC permettant de gérer la charge et la décharge des éléments de la batterie. Elle Comporte également les composants de puissance (régulateurs de tension etc..) ainsi que la connectique faisant interface entre la platine de connexion et le pack batterie. Les fonctions du microcontrôleur sont les suivantes : - gestion du MPPT* - mesure des courants et tensions du panneau et de la batterie - empêcher la décharge profonde et la surcharge de la batterie -permettre d afficher l état du système grâce aux LEDs Les principes des contrôleurs MPPT (Maximum Power Point Tracking) sont souvent basés sur le «coude» de la caractéristique P-V du panneau. C'est plus ou moins une méthode par tâtonnement, comme le montre la courbe. On se place à un endroit de la courbe, et l'on regarde si la valeur du point suivant est supérieure ou non. Si oui, on se déplace au point suivant, jusqu'au moment où le terme suivant (MPP n+1) sera inférieur au précédent (MPP n-1). A ce moment, on prend un intervalle de valeur entre chaque point plus faible, et l'on recommence à partir de (MPP n-1), jusqu'à obtenir le MPP.

11 ILAND - ILAND MPPT: Régulation de type suiveur en boucle ouverte L algorithme Légende de l algorithme : Vin = Tension panneau; Iin = Intensité Panneau; Pin = Puissance panneau. MPP = Point de puissance maxi. Ic = Intensité de charge batterie (commande PWM). Explication graphique La fréquence de rafraichissement est de 10Hz ce qui permet de rester stable en toute, y compris lors de passages de nuages ou autre. Expérimenter Acquérir les grandeurs physiques et créer un modèle de comportement simulé: Détermination du coefficient k: Par expérimentation à l aide d une alimentation variable: - Limitation 1A - Réglages V fixe: 16, 17 21, 22V Création du modèle de comportement sous Mathlab/Simulink: Entrée variable aléatoire (simulation U panneau) Identification des variables du modèles Essais avec différents coefficients k On connait la constante de temps: On peut modéliser Peut-on améliorer? Le système peut-il devenir instable?

12 ILAND - Les expérimentations ILAND A partir du pupitre de mesures permettant différentes configurations de raccordements pour des expérimentations sur les différents sous-ensembles Cette configuration permet de connecter au pupitre d'autres charges (moteurs, lampes incandescentes etc) que celle fournies avec l'iland. Cette configuration permet d'utiliser le panneau comme seule source d'énergie du pupitre. Cette configuration permet de simuler des variations de tension au niveau de l'entrée "Panneau" du générateur

13 ILAND - Le logiciel d acquisition ILAND Mesure longue durée (7heures) Pour validation du rendement Permet de visualiser en continu les mesures courantes et l état du Générateur : o la tension en volts et l intensité en Ampères o la consigne courant de charge o le courant de charge o la tension de la batterie et l intensité en sortie o le niveau de charge de la batterie Courbe de décharge de la batterie sur une charge de 4A Réaction de la boucle MPPT à une perturbation Performances de l acquisition: échantillonnage max : 10ms Nombre de points sauvegardés : Sauvegarde graphique + fichier txt Outils de post-traitement (Zoom, )

14 ILAND - ILAND Analyse en cours de réalisation. Déjà réalisée sur le système HEMOMIXER et disponible en téléchargement libre sur notre site didastel.fr