Chargeur solaire pour batterie

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1 IUT GEII Etudes et Réalisations ER2-S3 Université Bordeaux 1 Chargeur solaire pour batterie On se propose d étudier et de réaliser un chargeur autonome pour batterie d accumulateurs (Pb-acide, NiCd, ) alimenté par un panneau solaire. Le schéma synoptique du système est représenté sur la figure ci-dessous. Panneau solaire DC/DC driver batterie Régulation I chargeur Le système chargeur est composé d un étage de puissance à découpage (DC/DC) permettant d adapter les niveaux de tension entre le panneau solaire et la batterie, d une commande rapprochée (driver) et d un dispositif de régulation du courant batterie. Panneau solaire Le panneau utilisé du type SR5-36. Il est constitué de 36 cellules photovoltaïques en série, pour une puissance maximum qui atteint 5W avec un éclairement de 1000W/m 2. Les caractéristiques I(V) et P(V) sont données en annexe. Etage de puissance L objectif principal et de réaliser la conversion de puissance (DC/DC) entre le panneau solaire et la batterie avec le meilleur rendement possible. La topologie du convertisseur statique utilisé pour cet étage de puissance est du type abaisseur (buck). Pour cela, et compte-tenu de la gamme de puissance du chargeur, on utilisera un transistor MOS à très faible résistance R dson pour réaliser l interrupteur de puissance. Les autres composants qui constituent cet étage seront eux aussi sélectionnés avec comme objectif de limiter les pertes. Une inductance (1mH) placée en série avec la batterie permettra de limiter l ondulation du courant de charge. Enfin, une protection devra être mise en œuvre pour éviter une inversion du courant batterie lorsque la tension panneau est trop faible. Commande rapprochée (driver) Le rôle de cet étage est de réaliser la commande du transistor de puissance à partir du signal issu du régulateur de courant. Les performances de cet étage doivent permettre la 1/3

2 commutation rapide (ouverture et fermeture) de l interrupteur de puissance. Cet étage sera alimenté par le panneau solaire. Régulation du courant de charge La fonction principale de cet étage est de réguler le courant de charge de la batterie autour d une valeur de consigne externe, fixée par un potentiomètre. Dans notre cas, on impose une ondulation de courant de ±100mA. La mesure du courant batterie sera réalisée par un shunt (résistance de 1Ω). Cet étage sera alimenté par le panneau solaire. Travail demandé Etude théorique et simulation Batterie A partir des caractéristiques du panneau solaire et en négligeant les pertes dans le chargeur, déterminer pour un éclairement de 1000W/m 2, le courant de charge maximum si on choisit une tension de charge de 7V. En déduire la capacité maximale C de la batterie que l on peut recharger si on choisit un courant de recharge égal à C 5 (1/5 de C) Panneau A partir des caractéristiques fournies, déterminer pour un éclairement de 1000W/m 2, le schéma équivalent idéalisé du panneau pour une tension comprise entre la tension à vide et la tension correspondant à la puissance maximum. Etage de puissance + driver Donner le schéma de principe de l étage de puissance. En idéalisant les semiconducteurs de puissance et l inductance, donner le schéma équivalent du circuit pour les deux séquences de fonctionnement. En déduire, l expression du courant dans chaque cas. Pour ce calcul, on considère que le courant évolue entre deux valeurs I min et I max et on négligera la résistance interne de la batterie. Faire la simulation de l étage de puissance. Proposer un montage pour la partie driver. Dimensionner les composants et faire la simulation de l ensemble étage de puissance + driver. Mesure/régulation de courant Proposer un montage permettant de réguler le courant batterie autour d une valeur de consigne. Simuler le fonctionnement de cette partie. Simuler l ensemble du montage et faire valider par l enseignant. Réalisation Taille du circuit imprimé : 80mm x 60mm Largeur minimale des pistes dans ARES : T40 On prévoira des cavaliers pour isoler les différents étages et faciliter la mise au point. Le transistor de puissance sera placé en bord de carte et orienté de telle sorte qu il soit possible de lui associer un dissipateur. 2/3

3 Essais Essais en boucle ouverte Tester l ensemble étage de puissance + driver (alimentation continue en entrée du DC/DC et charge résistive en sortie) en appliquant un signal PWM en entrée du driver. Visualiser et relever la tension et le courant de sortie. Evaluer le rendement de l ensemble pour différentes valeurs de rapport cyclique. Faire valider par l enseignant. Tester l ensemble mesure/régulateur de courant. Mesurer la caractéristique sortie=f(entrée) du régulateur de courant. Faire valider par l enseignant. Essais en boucle fermée Connecter le panneau solaire et la batterie au chargeur. Régler le potentiomètre pour obtenir un courant de recharge nominal pour la batterie fournie. Mesurer la tension et le courant au niveau du panneau solaire et de la batterie pour différents niveaux d éclairement. En déduire le rendement du chargeur pour chaque cas. 3/3

4 Type Cell Size Glass size Weight Max-Power Max-Power Max-Power Open-Circuit Short-circuit Voltage Current Voltage Current Module Mono/Poly mm mm Kg W V A V A SR Mono/Poly SR Mono/Poly 1067*1601* * SR Mono/Poly SR Mono/Poly SR Mono/Poly SR Mono/Poly 808*1581*46 802* SR Mono/Poly SR Mono/Poly SR Mono/Poly SR Mono/Poly 997*1337*46 991* SR Mono/Poly SR Mono/Poly 678*1484* * SR Mono/Poly SR Mono/Poly 672*1196*40 667* SR Mono/Poly SR Mono/Poly 554*1205*40 549* SR Mono/Poly SR Mono/Poly Mono/Poly 544*908*40 539* SR Mono/Poly 696*783*40 776* Mono/Poly 544*786*28 539* SR Mono/Poly 668*651*28 663* SR Mono/Poly 544*638*28 539* Mono/Poly 534*668*28 528* SR Mono/Poly 544*507*28 501* Mono/Poly 426*668*28 420*663 3 SR Mono/Poly 294*637*28 289* Mono/Poly 366*539*28 361* SR10-36 G-Mono/Poly 356*352*28 346* SR5-36 G-Mono/Poly 194*385*28 189*

5 SOLAR MODULE TEST REPORT 0.40A 0.32A 0.24A 0.16A 0.08A Serial: qcell Isc = 0.33A 0.32A Voc = 21.66V 21.60V Pm = 5.41W 5.01W Im = 0.30A 0.29A Vm = 17.78V 17.50V FF = 75.3% 72.5% 0.00A 0.0V 3.7V 7.3V 11.0V 14.7V 18.3V 22.0V Module characteristics (STC) Standard Test Conditions:1000W/m2,25C,AM1.5) DATE: SHANGHAI RALOSS ENERGY TECHNOLOGY CO.,LTD