Epreuve de TIPE Sujet : Surfaces Optimisation du rendement d un panneau solaire par héliotropisme Problématique : Quelle technique pouvons nous envisager afin d optimiser le rendement d un panneau solaire et dans quelle mesure la technique envisagée permet-elle d augmenter la quantité d énergie produite? Plan : Introduction 1 Les enjeux de l énergie solaire 2 Théorie de l effet photovoltaïque 3 Montage et expérience 4 Applications pratiques Conclusion 1
1- Les enjeux de l énergie solaire Enjeux Une énergie abondante. Une source d énergie potentiellement suffisante à assurer nos besoins. Energies «produites» ou consommées dans le monde (par an et en Joules). Axe des abscisses en échelle logarithmique. Mais : de faibles rendements Silicium amorphe ( ), Silicium monocristallin ( ) Donc un secteur opposé à la concurrence Renvoi n 1 : 2.1) page 4 Envisageable : solutions d optimisation du rendement. 2
1- Les enjeux de l énergie solaire Solution envisageable Type : asservissement Nature : suivi de la trajectoire du soleil Gain envisagé (en puissance fournie) : Expérience de suivi manuel : protocole expérimental Montage : panneau en silicium amorphe sur pied photographique Mesures : puissance électrique - position fixe conventionnelle (Hauteur : 60, Direction : plein sud). - position calculée grâce aux équations. Premières conclusions Renvoi n 2 : 4.4.1) page 18 Moyennes sur la durée de l expérience : <P fixe > = 2,37 W <P suiveur > = 4,08 W Gain moyen obtenu : Remarque : l expérience a été menée dans des conditions météorologiques optimales 3
2- Théorie : l effet photovoltaïque Renvoi n 3 : théorie page 6 L élément de base : la photopile La photopile Elle repose sur le principe du semi-conducteur. Détail de la photopile L efficacité est augmentée lorsque l incidence des rayons est normale. 4
3- Montage et expérience Renvoi n 4 : (expérience) 4.3) page 9 Montage expérimental Capteur à cellules photoélectriques Panneau solaire Réglage d inclinaison «Calculateur» Plateau tournant Le montage met en œuvre : Un module de calcul PICBASIC. 2 motoréducteurs associés à des secteurs gradués et des fins de course. 4 photorésistances pour la méthode de positionnement autonome. Calculs effectués : Angle horaire Azimut (a) Hauteur angulaire (h) Correction par l équation du temps 5
3- Montage et expérience Aperçu détaillé du montage 6
3- Montage et expérience Renvoi n 5 : mesures 4.4.2) page 20 Expériences Lieu : Saint-Genest-Malifaux Latitude : 45 20 27 Nord Longitude : 4 25 14 Est Altitude : 1000 m Dates : 19 et 22 mai 2010. Durées : 9h et 10h Conditions météorologiques : variables Déroulement - séquence de positionnements (3 au total) et mesure de la puissance fournie pour chaque situation. - communication à l ordinateur via interface RS-232. - enregistrement dans un fichier csv. Mesures - puissance électrique - azimut et hauteur du soleil calculés - azimut et inclinaison du panneau mesurés 7
3- Montage et expérience Renvoi n 6 : résultats 4.4.4) page 23 Résultats Résultats expérience 1 Passages nuageux fréquents Durée de l expérience : 9h Méthode Puissance apportée (W) Gain Fixe 2,24 - Suivi par calcul 2,84 27% Suivi automatique 2,80 25% Résultats expérience 2 Beau temps Durée de l expérience : 10h Méthode Puissance apportée (W) Gain Fixe 3,38 - Suivi par calcul 4,27 26% Suivi automatique 4,42 31% 8
4- Applications pratiques Renvoi n 6 : applications page 19 Centrales solaires Concentration du flux solaire Utilisation d un fluide caloporteur Un exemple : la centrale solaire d Almeria (Espagne). Le four solaire de Font-Romeu Basé sur le principe de l héliostat Utilisation d une parabole pour concentrer le flux au foyer 9
Conclusion Problématique : Quelle technique pouvons nous envisager afin d optimiser le rendement d un panneau solaire et dans quelle mesure la technique envisagée permet-elle d augmenter la quantité d énergie produite? Résultats : pour une mesure de la puissance fournie par le panneau N expérience Remarque Gain technique 1 Gain technique 2 1 Nuageux 27% 25% 2 Ensoleillé 26% 31% Conclusion : - les techniques de suivi présentent un intérêt réel en permettant un gain en puissance. - technique des résistances photoélectriques facile à mettre en œuvre et à entretenir. Perspectives : - applications industrielles d envergure (toits d entreprises par exemple). - production autonome d énergie (missions dans le désert, station scientifique) en cas d absence de réseau électrique. 10