FONCTION MISE EN OEUVRE : ETUDE DU PANNEAU SOLAIRE

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1 FONCTION MISE EN OEUVRE : ETUDE DU PANNEAU SOLAIRE 1 - BUT Ce TP a pur but de mettre en œuvre une installatin électrique alimentée par un panneau slaire. Cette étude cmprendra : L analyse du besin en énergie électrique ; Le chix du panneau slaire ainsi que des différents cnstituants de l installatin (batterie, régulateur, ) ; L étude du prix de revient de l installatin ; La mise en œuvre, les essais et relevés. 2 PRESENTATION Un camping-car pssède une installatin électrique alimentée en 12V grâce à 2 batteries : Une première batterie, appelée «batterie mteur», permet au véhicule de démarrer et de fnctinner (phares, cligntants, ) ; Une secnde batterie, appelée «batterie auxiliaire» assure l alimentatin électrique de la cabine arrière (éclairage, réfrigérateur 12V, ). TP Etude du panneau slaire page 1/7

2 Suivant la cnsmmatin en énergie électrique, l autnmie de la batterie est variable. Cependant, la capacité de la batterie est suvent calculée pur furnir assez d énergie au minimum pendant tris jurs. Au-delà de cette durée, lrsque la batterie est vide, deux slutins snt envisageables : Recharger la batterie par l alternateur, en démarrant le mteur du véhicule ; Recharger la batterie par un chargeur externe fnctinnant sur le réseau ONE (230V alternatif). L usager dit perpétuellement surveiller sn niveau de réserve en énergie électrique. De plus les slutins présentées ci-dessus snt relativement cntraignantes : La première slutin, assez plluante pur l envirnnement, entraîne une nuisance snre ; La secnde, nécessite d avir à prximité une prise de curant. Prblématique L usager du camping-car suhaiterait dispser d une surce d énergie électrique 230V 50Hz à l intérieur de sa cabine arrière, afin d alimenter une télévisin, de recharger sn téléphne prtable, ainsi que sn rdinateur prtable. Puissance absrbée par la télévisin : Pabs télé = 60 W Puissance absrbée par le chargeur téléphne : Pabs prt = 5 W Puissance absrbée par le chargeur PC : Pabs PC = 150 W De plus, il vudrait cnnaître le prix d une installatin cmplète permettant la recharge de sa batterie auxiliaire à l aide de panneau slaire. 3 TRAVAIL DEMANDE 3-1- Etude thérique Dans un premier temps, nus nus intéresserns à créer une surce de tensin 230V - 50 Hz, à partir de la batterie auxiliaire furnissant une tensin cntinue de 12 V. L appareil permettant de cnvertir une tensin cntinue en une tensin alternative est appelé un nduleur. Surce de Tensin cntinue 12V Onduleur de tensin Surce de tensin 230V 50Hz TP Etude du panneau slaire page 2/7

3 Chix de l nduleur : On vus demande de chisir dans la dcumentatin technique furnie à l annexe 1, l nduleur nécessaire pur l installatin du camping-car. On cnsidéra un cefficient de simultanéité d utilisatin des différents appareils égal à 1. Chix batterie auxiliaire : L installatin électrique du camping-car est cmpsée de : Un réfrigérateur 12 V, Pabs = 50W, fnctinnant en myenne 5 heures par jur ; Tris pints lumineux (6W, 20W et 40W) à l intérieur de la cabine arrière, fnctinnant 2 heures par jur ; Un nduleur de tensin, Pabs = 400W, fnctinnant en myenne 1 heure par jur, à 50 % de sa puissance nminale. On vus demande de chisir, à l aide de l annexe 2, la batterie auxiliaire nécessaire et permettant 3 jurs d autnmie avec les cnsmmatins énncées ci-dessus. Pur cela : Vus recpierez et cmpléterez le tableau ci-dessus : Appareils Puissance absrbée Temps d utilisatin cnsmmée (W) par jur (h) par jur (Wh) Réfrigérateur Eclairage Onduleur Vus calculerez l énergie ttale cnsmmée en une jurnée. Dans le cahier des charges initial, l usager suhaitait dispser de 3 jurs d autnmie en énergie électrique avec la batterie auxiliaire. Vus calculerez alrs l énergie nécessaire à 3 jurs d autnmie. Vus calculerez ensuite la capacité de la batterie nécessaire. Capacité (A.h) * Tensin nminale (V) = (Wh) A l aide de l annexe 2 et du résultat précédent, vus cnclurez sur la faisabilité du prjet. Quelle slutin peut n envisager? Vus ferez cntrôlez vs résultats par le prfesseur. De cmbien de jurs sera l autnmie en énergie électrique avec une batterie de type «SMA105»? TP Etude du panneau slaire page 3/7

4 Chix d un panneau slaire La batterie chisie est du type «SMA105», d une capacité de 105 A.h sus une tensin nminale de 12 V. Cette batterie ne permet pas d btenir 3 jurs d autnmie en énergie électrique. C est purqui, nus suhaiterins installer un panneau slaire qui permettrait de recharger la batterie et d accrître l autnmie. Panneau slaire Régulateur Batterie électrique slaire Appareils électriques Le régulateur permet de limiter et de cntrôler le curant de charge de la batterie. On vus demande de déterminer la puissance du panneau slaire à installer afin d btenir l autnmie suhaitée et de le chisir à l aide de l annexe 3, en justifiant. Dnnées : - temps d ensleillement du panneau slaire par jur : 6 heures - absrbée par les appareils par jur : 582 Wh - Capacité de la batterie : 105 Ah - Tensin nminale : 12V Exemple de calcul de puissance pur un panneau : P panneau slaire = ( absrbée en 1 jur) / H ( H étant le temps d ensleillement suivant la zne u l'n se truve) Si l'n à besin de 300 Wh/jur (sit 25 A pur U=12V) et que le temps d'ensleillement est de 4 heures, le panneau devra débiter 6,25 A (25 / 4) pur cmpenser la cnsmmatin de la batterie. Ce qui crrespnd à un panneau de 75 watts (6,25A x 12V), en thérie, car il faudra cmpter les pertes et dnc chisir un mdèle au dessus. Vus chisirez ensuite le régulateur à installer afin que l installatin fnctinne crrectement, à l aide de l annexe 4. Vus justifierez vtre chix. Etude du prix et cnclusin A partir de l étude, vus établirez la liste des différents cmpsants de l installatin électrique et ensuite vus dnnerez le prix de cet équipement à l aide des tarifs cnstructeurs furnis en annexe 5. Vus cnclurez sur les avantages et les incnvénients d une telle installatin. TP Etude du panneau slaire page 4/7

5 3-2- Etude pratique Dans cette partie, vus allez mettre en œuvre le panneau slaire et vérifier les perfrmances d un tel système. Pur ce faire, nus allns, dans un premier temps, étudier séparément chaque élément et définir leur rôle : - panneau slaire, - Régulateur, - Batterie, - Onduleur. Puis, nus les raccrderns entre eux afin d btenir une installatin cmplète et autnme. Etude du panneau slaire Vus préciserez le rôle d un panneau slaire? Vus recpierez et cmpléterez la figure ci-dessus.. Panneau slaire On vus demande de tracer la caractéristique du panneau slaire U=f(E) avec : - U : tensin de srtie du panneau slaire en Vlts - E : éclairement en Lux Pur ce relevé, vus présenterez un schéma de câblage et vus justifierez les calibres des appareils de mesure. Après vérificatin du prfesseur, vus prcéderez aux relevés : U (V) E (lux) NB : - Certaines mesures purrnt être impssibles en fnctin de l éclairement du jur. - Afin de faire varier la tensin issue du panneau slaire, vus le ferez pivter près de la fenêtre, de façn à faire varier l éclairement qu il reçit. TP Etude du panneau slaire page 5/7

6 Vus tracerez la caractéristique U=f(E) du panneau slaire. Vus en déduirez l éclairement nminal afin d btenir la tensin nminale de 12V. Etude du régulateur : A l aide de la dcumentatin technique furnie annexe 6, vus dnnerez le rôle du régulateur. Vus dnnerez aussi le schéma de câblage de cet appareil en précisant le nm de chacun des éléments qui lui est raccrdé. Batterie : Vus dnnerez le rôle d une batterie. Vus dnnerez la capacité de la batterie en (Ah). Sachant que la puissance des différents appareils cnnectés à la batterie, vaut xx W, n vus demande de déterminer sn autnmie. Onduleur : L nduleur est un appareil qui permet de cnvertir une tensin cntinue (ici : 12V) en une tensin alternative (ici : 230V). Vus préciserez le rôle d un nduleur? Vus recpierez et cmpléterez la figure ci-dessus.. Onduleur de tensin On désire visualiser, à l scillscpe, la tensin à l entrée de l nduleur (U batt) et la tensin à la srtie de l nduleur (U charge). On suhaite aussi mesurer le curant à l entrée (I batt) et à la srtie de l nduleur (I charge). On vus demande de réaliser le schéma de câblage de l nduleur, raccrdé à la batterie et alimentant une lampe à incandescence, avec les appareils de mesure nécessaires. Vus déterminerez le réglage des calibres à effectuer sur l scillscpe. TP Etude du panneau slaire page 6/7

7 Vus câblerez vtre schéma et vus ferez valider par le prfesseur. Vus prcéderez aux essais, relèverez les valeurs de «I batt» et de «I charge» et imprimerez vtre relevé de l scillscpe. - vus dnnerez un titre sur vtre relevé; - vus identifierez les curbes ; - vus définirez et graduerez les axes; - vus placerez sur le relevé les pints significatifs : - U batt : tensin d entrée de l nduleur ; - U charge : tensin de srtie de l nduleur ; - T : péride de la tensin de srtie. Vus calculerez la fréquence de la tensin de srtie. Vus cmparerez les valeurs de I batt et de I charge et vus expliquerez cette différence. schéma de l installatin cmplète et synthèse : Maintenant que le rôle des différents cnstituants a été défini, nus allns réaliser le câblage cmplet de cette installatin. Cahier des charges : Le panneau slaire, via le régulateur rechargera la batterie. Un nduleur permettra d alimenter des appareils sus une tensin de 230V 50 Hz, cmme l scillscpe par exemple. De plus, une lampe fnctinnant sus une tensin de 12V sera également brancher et cmmander par un interrupteur. On vus demande de réaliser le schéma de câblage cnfrme au cahier des charges précédent. Après vérificatin du prfesseur, vus réaliserez vtre mntage et prcéderez aux essais. Vus recpierez et cmpléterez le schéma synptique du transfert d énergie de l installatin. Régulateur. TP Etude du panneau slaire page 7/7