SUIVEUR SOLAIRE : Informations complémentaires IMPORTANT : L objectif de la présente note technique n est pas de se substituer à l ouvrage «Alimentation électrique de sites isolés» mais de fournir des informations complémentaires à celles déjà disponibles dans le livre afin de permettre aux lecteurs qui le souhaitent de réaliser un suiveur solaire identique au prototype construit par l auteur. 1 Organisation générale du suiveur La structure du suiveur repose sur six sous-ensembles (Figure 1) : - 1 : un panneau photovoltaïque (PV1) SANYO 24V CC d une puissance de 210 Wc dont les dimensions externes sont : 1580 mm x 798 mm - 2 : un ensemble de deux cellules photovoltaïques (PV2 et PV3) et d une cellule photorésistance (R19) implanté dans le même plan que celui du panneau photovoltaïque - 3 : un axe vertical de rotation du suiveur composé d un tube fixe (pied de boîte à lettres) scellé dans le sol et guidé par deux cylindre en PVC fixés en haut et en bas du montant vertical central du châssis du suiveur - 4 : un motoréducteur 12 V CC qui assure le déplacement du suiveur - 5 : un coffret étanche qui contient le circuit électronique nécessaire au fonctionnement automatique du suiveur - 6 : un second coffret étanche qui protège la batterie assurant l autonomie de fonctionnement du suiveur. Figure 1 : Pas moins de six sous-ensembles composent la structure du suiveur.
2 Dimensions du prototype du suiveur Les dimensions du prototype du suiveur ont été imposées par l encombrement du panneau photovoltaïque SANYO mis en œuvre et par l angle d inclinaison de 30 souhaité. Ces deux contraintes ont conduit à la réalisation d un suiveur expérimental dont les cotes sont mentionnées sur la figure 2 ci-après : Figure 2 : Les cotes indiquées sur ce plan sont celles retenues par l auteur dans le cadre de la réalisation du prototype du suiveur. Par comparaison à la figure 1, le panneau photovoltaïque (PV1), les cellules photovoltaïques (PV2 et PV3), le boîtier support de la photorésistance R19 et le coffret de commande ne sont pas représentés. Enfin, pour des raisons de lisibilité et d utilisation, cette même figure est reproduite en pleine page à la fin de cette note technique (annexe). 3 Informations et figures complémentaires Par appui sur la figure 1 qui mentionne les six sous-ensembles du suiveur, le présent paragraphe va décrire ceux-ci par des figures qui ne sont pas toutes dans le livre «Alimentation électrique de sites isolés». Ces figures assorties de commentaires visent à faciliter la réalisation du suiveur par les lecteurs. 3.1 Le panneau photovoltaïque De dimensions 1580 x 798 mm et d une masse qui avoisine 15 kg, le panneau photovoltaïque SANYO sera fixé par 4 vis de diamètre 6 mm en quatre points sur les équerres supports extérieures du châssis du suiveur (figure 3). Sans aucun point de fixation avec le panneau photovoltaïque, l équerre centrale consolide la structure du châssis du suiveur.
Figure 3 : Le panneau photovoltaïque SANYO est fixé par quatre vis sur les deux équerres latérales inclinées et solidaires du châssis du suiveur. L équerre centrale renforce la solidité de la structure en bois de sapin (tasseaux de dimensions 44 x 21 mm) qui compose le châssis du suiveur. 3.2 Le châssis du suiveur Le châssis est exclusivement réalisé avec des tasseaux en bois de sapin de dimensions 44 x 21 mm(figure 4). L assemblage des différents tasseaux horizontaux et verticaux se fait au moyen d équerres 30 x 30 mm qui nécessitent chacune quatre vis à bois (figure 5). La structure respecte les cotes données par la figure 2 et se caractérise par une masse d environ 5 kg ; masse trois fois plus faible que celle du panneau photovoltaïque qu elle supporte. Figure 4 : Réalisée par l assemblage de tasseaux en bois de sapin de dimensions 44 x 21 mm, la structure du châssis du suiveur ne pèse que 5 kg. A l extrémité de chaque tasseau horizontal longitudinal, une roue pivotante facilite la rotation du châssis autour de son axe. Figure 5 : L assemblage des tasseaux qui constituent le châssis se fait exclusivement au moyen d équerres 30 x 30 mm fixées chacune par quatre vis à bois (diamètre 4 mm).
3.3 Les capteurs de mesure Les deux cellules photovoltaïques PV2 et PV3 (asservissement de la position du suiveur) et la cellule photorésistance R19 (contrôle d absence d éclairement naturel (situation nocturne)) sont placées sur un tasseau (44 x 21 mm) dont l inclinaison est identique à celle du panneau photovoltaïque (30 ). De plus, les deux cellules PV2 et PV3 respectent entre elles un angle de 60 (figure 6). Figure 6 : Les cellules solaires PV2 et PV3 seront collées sur un support et formeront un angle de 60 l une par rapport à l autre. Pour ce qui concerne la photorésistance R19, elle sera collée sur un boîtier dans lequel un bornier permettra d effectuer les raccordements électriques avec le circuit électronique. 3.4 Le dispositif de guidage (axe de rotation du suiveur) Pour reprendre des termes propres au domaine de la mécanique, le dispositif de guidage qui va permettre au châssis du suiveur d opérer une rotation journalière avoisinant 220 se compose d un arbre et d un alésage (figure 7). L arbre s identifie à un tube métallique d un diamètre de 35 mm (pied de boîte à lettres) et l alésage s apparente à deux tronçons cylindriques découpés dans un conduit en PVC de diamètre 50 mm (diamètre interne de 45 mm). Vissés en haut et en bas du tasseau arrière central du châssis du suiveur, les deux tronçons ouverts sur leur longueur autorisent l emboîtement du châssis sur l axe de rotation scellé dans le sol. Figure 7 : Vissés au tasseau arrière central du châssis du suiveur, deux tronçons cylindriques en PVC d une longueur de 60 mm et d un diamètre interne de 45 mm viennent s emboîter sur l axe de rotation suiveur. Cet axe de rotation est matérialisé par un tube métallique d un diamètre de 35 mm (pied de boîte à lettres). Le jeu fonctionnel de 10 mm qui résulte de la différence des diamètres des cylindres en PVC et du tube métallique autorise une rotation sans encombre du châssis du suiveur.
3.5 Contrôle des mouvements extrêmes du suiveur L angle maximal de rotation du châssis doit être d environ 220 pour un suivi journalier du soleil d est en ouest. Cet angle va justifier de positionner deux butées (tasseaux en bois de dimensions 28 x 17 mm) sur l axe vertical métallique (figure 8). Parallèlement à ces deux butées, deux capteurs de positions (S3 et S4) sont vissés de chaque coté du tasseau vertical arrière central du châssis. Pour que l action mécanique de chaque butée assure efficacement l ouverture du contact électrique de chaque capteur de position, ceux-ci doivent être surélevés par l insertion d entretoises dont la hauteur dépendra des capteurs de position réellement mis en œuvre (figure 9). Figure 8 : Fixées au mat de guidage par vissage (cela explique le trou opposé à chaque tasseau), les deux butées en bois dont les plans extérieurs sont séparés d un angle d environ 220 vont contrôler les mou vements extrêmes du châssis du suiveur. Ce contrôle va par ailleurs nécessiter l association de chaque butée à un capteur de position qui lui est propre : capteur S3 pour la butée haute et capteur S4 pour la butée basse. Figure 9 : Pour garantir l ouverture effective du contact interne à un capteur de position, celui-ci doit être surélevé au moyen d entretoises par rapport au plan du tasseau support. Cette disposition s applique pour le capteur S3 (voir ci-contre) et pour le capteur S4. 3.6 Motorisation du châssis du suiveur La mise en mouvement du suiveur est assurée par un motoréducteur 12 V CC dont l implantation inclinée à l avant du châssis est telle que la roue entraînée par le moteur devient porteuse et provoque la rotation du suiveur (figure 10). Cette rotation nécessitera cependant une surface parfaitement plane pour garantir le mouvement souhaité (surface plane : béton, bitume, dalles, etc ).
Figure 10 : D une masse de seulement 262 g et alimenté sous une tension continue de 12 V, le motoréducteur MFA 919D est capable de produire un couple mécanique de 45 Nm au niveau de son axe qui tourne à une vitesse de 4,47 tr/mn. Ces performances vont permettre au motoréducteur MFA 919D de mettre en mouvement le suiveur d une masse globale de 20 kg (un panneau photovoltaïque de 15 kg implanté sur un châssis de 5 kg)! 3.7 Coffret de commande et raccordements électriques Afin de limiter la longueurs des différents conducteurs électriques, le coffret de commande (boîte de dérivation) est placé sur le tasseau horizontal longitudinal central au plus près des différents capteurs externes (PV2, PV3, R19, S3 et S4). A l intérieur de ce coffret, par l intermédiaire de ses quatre borniers K1 à K4, le circuit imprimé est raccordé à son environnement par vingt connexions électriques différentes (figure 11). Par souci d esthétisme, les différents conducteurs électriques et câbles mis en œuvre sur le châssis du suiveur nécessitent l emploi d embases adhésives et de colliers de serrage (figure 12). Figure 11 : Pas moins de vingt connexions réalisées par l intermédiaire des borniers K1 à K4 vont permettre de raccorder le circuit imprimé à son environnement. Figure 12 : Des considérations pratiques et esthétiques justifient l emploi d embases adhésives et de colliers de serrage pour faciliter le cheminement des différents conducteurs et câbles vers le coffret de commande. 3.8 Protection de la batterie d alimentation Comme le circuit imprimé, la batterie d alimentation du suiveur doit également être implantée dans un coffret étanche. La solution d un bac de rangement en plastique dans lequel un trou muni d un passe-fil autorise l accès du câble d alimentation est une solution adaptée (figure 13).
Figure 13 : Située à proximité du suiveur, la batterie d alimentation de celui-ci est placée dans un bac de rangement en plastique. Le couvercle du bac et le passe-fil par lequel accède le câble d alimentation garantissent un système parfaitement étanche pour la batterie. 4 Conclusion Les descriptions techniques faites dans ce document ajoutées à celles exposées dans le livre doivent conduire chaque lecteur à la réussite de la réalisation de la partie «mécanique» du suiveur solaire. Enfin, il est toujours possible de poser une question à l auteur par l intermédiaire de l éditeur en envoyant un message électronique à l adresse email suivante : webmaster@elektor.fr
Annexe : Figure 2 agrandie :