Projet en énergie Renouvelable

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1 Projet en énergie Renouvelable Creuze Maxime, Francq Benoît, Lemaire Loïc, Toulotte Antoine IUT de Béthune

2 Introduction Les supports de panneaux solaires Installations panneaux solaires Calcul de l angle d inclinaison Calcul des dimensions du châssis Plan de construction du châssis Les supports d instrumentations Le support de rétrocession réseau Le support de recharge batteries La carte du régulateur de charges Tests et dépannages Bilan du Bureau d étude

3 Introduction On demande de réaliser une installation photovoltaïque afin d alimenter deux systèmes électriques : - un stockage sur batteries d accumulateurs. - un renvoi sur le réseau alternatif de l IUT à l aide d un onduleur de rétrocession. Les deux systèmes seront bien séparés dans le laboratoire et les constituants bien identifiés. Pour mener à bien ce bureau d étude, étant quatre étudiants, nous nous sommes répartis le travail : Maxime Creuze s est chargé du montage de la structure des panneaux solaires afin de les fixer sur le toit. Antoine Toulotte s est chargé du montage de la maquette de rétrocession réseau. Loic Lemaire s est chargé du montage de la maquette en alimentation autonome. Benoît Francq s est occupé de la carte du régulateur de charge pour la maquette en alimentation autonome. Nous nous sommes réparti le travail, mais nous nous sommes entraidés pour que le résultat du bureau d études soit le fruit de nous tous.

4 Les supports de panneaux solaires Installations panneaux solaires : Nos installations photovoltaïques vont être utilisées comme maquettes pour les travaux pratiques qui se dérouleront au mois de février. Le but est d avoir une utilisation maximal des panneaux solaires, pour cela il faut que le plan de réception du rayonnement solaire soit perpendiculaire au rayons lumineux, si ce n est pas le cas l énergie reçu par unité de surface est moindre. Pour obtenir les meilleures performances possibles nous avons donc décidé d incliner les panneaux solaires. Calcul de l angle d inclinaison : Notre université se situe à Béthune qui est dans le nord de la France. Béthune se situe à 50.4 en latitude. Une fois la l attitude trouvé gr âce au site internet : nous avons trouvé la hauteur angulaire du soleil par rapport à l horizon qui est de 26 pour le mois de février en début d après-midi. Une fois la hauteur angulaire obtenue nous en déduisons l angle d inclinaison des panneaux. Calcul des dimensions du châssis : Connaissant l angle ainsi que la longueur d un panneau on en déduit la longueur du châssis, sin(26 )=BC/AB BC=sin (26)*AB=sin (26)*950=416 mm : attention il y a un écart entre le mur et les panneaux à cause de l angle. AB= AC= = =854mm A C B 416

5 Plan de construction du châssis : VUE DE COTE Angle de 26 en aluminium de 5mm² Tube 40*40 en aluminium Mur orienté coté sud Plat en aluminium de 5mm² d une longueur de 46 Nous avons eu des difficultés à plier l aluminium pour obtenir un angle de 26, il faudrait trouver une autre solution pour les prochains supports. Nos installations constituent un total de 36 panneaux solaires, nous avons donc décidé de faire 6 supports de 6 panneaux. Nous avons choisis cette solution car l assemblage des panneaux solaires à pu être réalisé dans l atelier et la fabrication de plus grand support aurai augmenté la prise d air sous les panneaux. VUE DE FACE

6 31,75c 31,75c 31,75c 31,75c 31,75c 31,75c 1m 40mm 40mm 2 m Barre de 1m d aluminium de 5mm² Les supports d instrumentation Le support de rétrocession

7 Cette maquette doit renvoyer l énergie produite par les panneaux solaires sur le réseau. Pour ce faire, nous utilisons un onduleur de rétrocession associé à différent éléments de protections afin d assurer la sécurité des personnes et des constituants. Calcul du nombre de panneaux : On nous demande de réaliser une installation photovoltaïque capable de rétrocéder une puissance de 250 watts. Pour ce faire nous disposons : - d un onduleur de rétrocession de 250 watts de la marque Gridfit.

8 -de panneaux solaires du type FEE : - puissance crête : 12 watts - courant en charge : 0.75 ampères - courant de court-circuit : 0.90 ampères - tension de circuit ouvert : 22 volts On a donc : 250W demandé 12W fourni = 20,833 panneaux solaires On obtient ainsi 21 panneaux, avec une marge de sécurité comte tenu des salissures, prendre 24 panneaux pour l installation de rétrocession réseau. Les constituants du système sont les suivant : -un onduleur synchrone 24Volts DC- 230Volts AC 50Hz -un compteur d énergie monophasé de la marque ULYS -un disjoncteur magnétoélectrique 16 Ampères

9 -un ampèremètre indiquant le courant des panneaux solaires - fiches bananes femelles (points de mesures) Calcul du prix de l installation de rétrocession réseau :

10 Description de l installation : Arrivée des panneaux solaires et points de mesures Points de mesures tension et courant Disjoncteur magnétoélectrique calibre 16 A Ampèremètre 20 A Il mesure le courant total provenant des panneaux solaires. Onduleur synchrone : 24Volts DC/230 Volts AC Compteur d énergie Mesure la puissance retransmise au réseau. Retour réseau et points de mesures Explication du système :

11 Nous avons branché en parallèle 6 panneaux solaires. Pour ce système nous avons 4 groupes de 6 panneaux, ce qui donne au total les 24 panneaux solaires nécessaires à l onduleur. Cet onduleur à besoin d une alimentation de 24 volts. Pour ce faire nous mettons en parallèle 2 groupes de panneaux. Ces 2 groupes de panneaux sont mis en série avec les 2 autres groupes de panneaux : on obtient donc bien une tension de 24 volts. La mise en série des panneaux se fait sur la maquette dans le laboratoire d électrotechnique. Le disjoncteur de départ protège les groupes panneaux, un ampèremètre a été placé en amont des systèmes d utilisation afin de visualiser le courant fourni par les panneaux solaires. Pour obtenir cet ampèremètre nous avons utilisé un shunt 20A/100mV. shunt 20A/100mV Le système de renvoi au réseau est équipé d un compteur d énergie, celui-ci permettra de d indiquer la quantité d énergie renvoyée sur le réseau de l IUT. Pour le relier, il suffit de brancher des câbles sur les bornes de la maquette signalé par l étiquette réseau et sur les bornes d alimentation des tables du laboratoire d électrotechnique. La section maximale des conducteurs de l installation est de 2,5 mm². En effet nous disposons de 24 panneaux solaires soit un courant égal à 12x0,75=10,8A. En se prenant une densité de courant de 4 à 5 A/mm², on obtient une section de 2,16 mm² soit 2,5mm² en valeur normalisé. La section des conducteurs est la même sur toute la maquette.

12 Schéma électrique du système :

13 Le support de recharge batteries Description de la maquette Cette maquette, qui comme son nom l indique, a pour fonction de venir recharger 2 batteries, afin de pouvoir alimenter une charge continu 12V ou alternative 230V 50Hz. Celle-ci sera connecté à 12 panneaux solaires montés en parallèle ainsi qu à une éolienne afin d obtenir un courant maximum. Calcul du courant à l entrée de la maquette Puissance de l éolienne P= (1/2)*D^2*V*3 12 panneaux montés parallèle P= (1/2)*0.21^2*6^3 P= 28.09W Calcul du courant Soit Ie=P/U=28.09/12=2.34A Caractéristiques d un panneau U0 :22V ICC : 0.9A I à 16V :0.75A I e I p D où Ip total= 0.75*12=9A I I = Ie+Ip=2.34+9=11.34 A

14 Sur la maquette, juste après l arrivée de l énergie nous allons trouver deux disjoncteurs dont les calibres seront déterminés à la page suivante. Comme nous le savons, les énergies solaire et éolienne sont des énergies inusables, ce qui fait leurs intérêts, ce qui veut dire qu ils fournissent de l énergie constamment or nos batteries, une fois chargées à 100%, ne peuvent continuer à être chargées sous peine de surcharge. C est donc pour cela qu un régulateur de charge a était placé. En aval de celui-ci nous y retrouvons un disjoncteur ainsi que deux batteries branchées en parallèle par rapport au circuit principal. Ces batteries ont pour caractéristiques 12V 105Ah. Elles permettront d alimenter soit le circuit continu soit de venir alimenter un onduleur de puissance 500w et dont son rôle sera de convertir le 12V continu en 230V alternatif. A sa sortie, on constate la mise en place d un disjoncteur ainsi qu une lampe témoin permettant de visualiser la présence du 230V

15 Vue globale de la maquette Circuit éolienne Circuit panneaux solaires Disjoncteu r 5A Disjoncteu r 16A Régulateu r de charge Mesure du courant débité par la batterie Mesure tension batterie Onduleur autonome Disjoncteur 63 A Disjoncteur différentiel 30mA Continu 12V Alternatif 230V~ 50hz

16 Choix de la section des câbles et des calibres des disjoncteurs Circuit éolienne I=2.34A 1A >>6mm2 Soit une section de 1mm2 (2.34/6=0.39m m2) et un disjoncteur de 5A Circuit panneaux Icc=0.9A par panneaux Ip total=0.9*12=10.8a Soit une section de 2.5mm2 (10.8/6=1.8mm2) et un disjoncteur de 16A I batterie= 50A Soit une section de 10mm2 (50/6=8.33mm) et un disjoncteur de 63A Puissance de l onduleur =500W I =500/230=2.2A Soit une section de 2.5mm2 et un disjoncteur différentiel de 16A

17 Galvanomètres et bornes permettant certaines mesures Permet de mesurer le courant provenant de l éolienne Permet de mesurer la tension aux bornes de l éolienne Permet de mesurer le courant provenant des panneaux Permet de mesurer la tension aux bornes des panneaux Galvanomètre permettant la mesure du courant débité par la batterie Galvanomèt re permettant la mesure de la tension au niveau de la batterie Permet de mesurer la tension aux bornes du continu Permet de mesurer la tension aux bornes de l alternatif Prix de revient de la maquette

18 désignation quantité prix unitaire prix totale onduleur autonome AJ ,6 390,6 disjoncteur différentiel 10A / 30 ma 1 0 disjoncteur 63A 1 disjoncteur 16A 1 24,03 24,03 disjoncteur 5A 1 douille banane noire 9 0,6035 5,4315 douille banane bleue 1 0,6035 0,6035 douille banane rouge 10 0,6035 6,035 douille banane jaune/vert 1 0,6035 0,6035 panneau solaire FEE ,3 579,6 batterie solaire STECO ,91 133,82 Batterie solaire STECO 3000 Total H.T. 1140,7235 T.V.A. 19,6% 223, total TTC 1364,30531

19 La carte du régulateur de charges Pour le projet, cette partie a été en grande majorité de l électronique : plusieurs cartes concernant la régulation des batteries alimentées par des panneaux solaires de l installation autonome. Pour ce système les cartes sont en tous points similaires à l exception d un ajout de deux résistances qui émettent de la chaleur provenant du surplus d énergie émis par les panneaux ; ainsi les batteries restent chargées à leur tension maximale et les panneaux continuent de débiter. Toutefois nous avons été confrontés à un problème au niveau des cartes. Lors des tests concernant les tensions et plus particulièrement pour le réglage de la tension de seuil des batteries, nous nous sommes rendu compte que nous n arrivions pas à descendre celle-ci à la tension réglée de 13.8V grâce à la résistance réglable. Pour se faire nous avons fait appel à note tuteur Mr Favier afin de régler ce léger problème. Nous avons essayé de changer une des résistances afin de pouvoir abaisser la tension de batterie mais en vain cela ne venait pas de là. Ce n a été que le lendemain que Mr Favier à trouver la solution qui se trouvait au niveau des pattes 2 et 3 du comparateur LM311 qui permet de contrôler le circuit via le réglage de la résistance variable et donc ainsi de commander la conduction du transistor bipolaire qui fait office de relais pour recevoir l énergie émise par les panneaux mais aussi la déviation du courant dans les résistances prévues à cet effet pour évacuer le surplus d énergie (qui ne va pas dans les batteries) sous forme de chaleur. En effet, au niveau du comparateur LM311N, on observait des oscillations importantes à tel point que sa fréquence était celle d un émetteur radio. Pour cela il a fallu rajouter un condensateur au niveau des pattes 2 et 3 du comparateur afin d atténuer ces oscillations. Test & Dépannage : Les tests effectués lors du bon fonctionnement du système consistent à vérifier des tensions sur certains composants tels que le comparateur LM311, la diode BZX85C -La prise de tension de la diode Zener qui doit être d environ 7.3V. -La prise de tension au niveau des bornes 2 et 3 du comparateur par réglage de la résistance variable doit être de 2V. Par ailleurs vérifier le bon état du fusible de 2A. Pour ces tests, nous avons réalisé un banc d essai composé d une alimentation 12V qui a la même fonction que l installation photovoltaïque surmontée d un rhéostat réglable de 23Ω relié ensuite à la carte et qui se décrit selon la photo suivante :

20 Et voici les deux types de cartes réalisées cette année avec leur schéma de câblage : -la carte composée des 4résistances et du transistor externe.

21 -la carte composée des 2 résistances.

22

23 Bilan du Bureau d étude Nous avons pu grâce à ce bureau d étude exploiter divers domaines tels que la mécanique avec la construction de la structure des panneaux solaires et des maquettes, également de l électrotechnique avec le montage électrique des maquettes ainsi que de l électronique avec la réalisation des cartes du régulateur de charge. Ce projet nous a permis d être confrontés à un système réel avec les contraintes qu il occasionne. Les problèmes que nous avons rencontrés: - problème de carte de régulateur de charge - problème de conception des angles pour le support des panneaux - retard d approvisionnement du compteur d énergie Une fois les problèmes résolus, nous avons testé les maquettes grâce à une alimentation à courant continu. Nous avons pu ainsi vérifier que les aiguilles des ampèremètres déviaient dans le bon sens et que les valeurs de tensions et courants correspondaient aux valeurs normales d utilisations. Actuellement les maquettes sont prêtes à êtres utilisées. Sur la maquette de rétrocession réseau, il manque le compteur d énergie, la commande n est pas arrivée. Il n y a plus qu à monter les panneaux solaires sur le toit et les raccorder aux maquettes. De plus un site internet a été créée afin d expliquer en quoi consiste nos maquettes et de voir l évolution du travail. Ainsi des étudiants en relation avec l IUT pourront s inspirer de notre travail.

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