TPE : La voiture solaire Présentation de Matthys Frédéric, Soraya Himour et Sandra Thorez.
Sommaire :.1) Le capteur solaire :.2) La voiture solaire :.3) Variation de température et la vitesse :
Problématique :. Pourquoi ne pouvons nous pas utiliser une voiture solaire comme une autre voiture?
Introduction : Nous allons présenter la voiture solaire en donnant ses caractéristiques. En effet, une voiture fonctionnant à l énergie solaire est le rêve de tous les écologistes, voulant une voiture à énergie renouvelable ayant un faible ou inexistant import environnemental. Nous vous présenterons aussi les avantages et les inconvénients d une voiture solaire. Il s agira de montrer pourquoi nous ne pouvons pas utiliser actuellement une voiture solaire. Pour cela nous allons étudier d abord le capteur solaire, ensuite la voiture et enfin la vitesse de la voiture solaire en fonction de la température. I)Capteur solaire : Définition : un panneau solaire (ou capteur solaire) est un dispositif destiné à récupérer une partie du rayonnement solaire pour le convertir en énergie solaire.
Bloc fonctionnel : Énergie solaire Transformer l énergie Énergie électrique Panneau solaire Comment ça marche? La lumière frappe la surface d une cellule photovoltaïque, les photons (petites particules lumineuses) constituant cette lumière communiquent leur énergie en libérant des électrons, des atomes, du matériau, générant ainsi des charges négatives et des charges positives. Le déplacement des électrons correspond à une production d électricité. Ces panneaux convertissent l'énergie solaire en énergie électrique stockée dans différentes sortes de batteries qui fournissent la puissance au moteur électrique. Ce dernier change l'énergie électrique en travail mécanique transmis aux roues.
Câble convertisseur roue énergie solaire énergie électrique Batterie moteur Les panneaux solaires sont volumineux et doivent être orientés vers le soleil. Il a un emplacement bien précis sur la voiture (sur le capot et sur le toit)
Emplacements des capteurs II)La voiture solaire : Définition: La voiture solaire est un véhicule servant à transporter les personnes, les marchandises sans utiliser de carburant. Elle fonctionne à l aide de capteur solaire. La voiture solaire ne reste actuellement qu un prototype. Diagramme Pieuvre :
Prix Confort Prix Environnement FC6 FC5 Utilisateur FP1 Voiture solaire FC1 Déplacement Energie FC2 FC3 FC7 FC4 Bruit Temps Esthétique
1 )Le world solar Challenge : À la fin des années 70, après les événements mondiaux de crise de l'énergie, Hans Thostrup avait eu l idée d une nouvelle sorte de véhicules sans pollution et avait développé la Quiet Achiever. Avec Larry Perkins, il a conduit la première voiture solaire sur 4052 km entre Sydney et Perth, en 20 jours. Les premiers prototypes de voitures solaires sont apparus dans les années 80. Ils étaient très légers et simples sans valeur pratique réelle. Après cela, en 1987, il y a eu le premier défi solaire du monde (World Solar Challenge) et 23 concurrents ont réussi, finissant le voyage avec une vitesse moyenne de 67 km/h. Cette course, qui a toujours lieu aujourd'hui à travers le désert australien sur une distance d'environ 3000 km, est né en 1987 et depuis lors elle est représentée comme l une des référence fondamentale de l'expérience de voitures solaires, l'étape principale dans la recherche appliquée de l'exploitation du soleil est de couvrir de grandes distances. Le World Solar Challenge a débuté à l'initiative de Hans Thostrup, le pionnier danois né en 1944. En 2005, Nuna III, qui a effectué les 3000 km en 29 h et 11min, a obtenu la première place dans le WSC (World Solar Challenge) pour la troisième fois. Cette voiture avait une conception futuriste. Elle a été construite par les étudiants hollandais de l'université Delf (sur les 11 étudiants, 3 étaient des femmes). Cette voiture a tenu une vitesse moyenne de 95 km/heure. Le World Solar Challenge prouve que l'énergie alternative n'est pas seulement une utopie environnementale. Certes, les prototypes de la course ont leurs limites mais ils représentent aussi une fenêtre ouverte vers l'avenir.
2 ) Comment est-elle construite et comment fonctionne-t-elle? Généralement les prototypes de voitures solaires ont été construits en utilisant une forme aérodynamique pour réduire la résistance de l air. Pour la construction du corps externe ont été choisi des matières en plastique parce qu elles sont légères et résistantes. La surface de voiture est recouverte par des panneaux solaires fortement efficaces. Dans des prototypes avancés, un triple jeu de panneaux est monté sur la voiture de sorte que la lumière et l'énergie solaire, après le passage dans la première couche de cellules, peuvent être utilisés par la deuxième et même par la troisième. La voiture est aussi équipée par des petits dispositifs qui donnent de meilleures performances des batteries et des panneaux solaires même quand la voiture est garée à l'ombre ou quand le temps est nuageux. Un dispositif électronique est connecté à un ordinateur, dans la voiture, qui calcule l alimentation d'énergie des cellules solaires ou celle des batteries. De tels véhicules peuvent atteindre une vitesse d'environ 150 km/h et leur poids est d environ 300 kg. 3 ) Coûts et limites On peut considérer que le soleil est gratuit, ce qui n'est pas le cas du pétrole! Une telle déclaration peut être un point de départ remarquable concernant l'étude de la libération des moyens de transport de leur dépendance au combustible fossile. La voiture solaire est toujours un rêve, elle dépend du soleil et ne peut pas travailler sans sa présence. En considérant le temps quotidien d'utilisation d'une voiture et l'énergie moyenne quotidienne fournie par le soleil nous pouvons imaginer une voiture capable d'exploiter l'énergie solaire, mais il y a quelques difficultés qui doivent être résolues :
1. Les panneaux solaires sont volumineux et doivent être orientés vers le soleil, de plus ils sont chers et peuvent être soumis à des dégradations. 2. Peut-on toujours garer une voiture au soleil? 3. Où pouvons-nous stocker l'énergie collectée pendant que la voiture est garée? M. Murianni a interviewé, pour le magazine Newton, le prof V. Naso, professeur des systèmes énergiques à l'université "La Sapienza" de Rome et président d'ises Italia (la Société d'énergie Solaire Internationale), celui-ci a déclaré qu'il y a une limite physique à la construction des voitures solaires pour une utilisation ordinaire. En dehors de l'atmosphère terrestre, le soleil fournit une quantité d'énergie inférieure à 1.4 kw par mètre carré. Sur la terre, dans des conditions favorables, nous pouvons avoir à notre disposition sur les panneaux solaires 1 kw par mètre carré. Il n'est pas possible d'exposer plus de 10 mètres carré de panneaux sur une voiture, cela signifie un maximum de 10 kw. Pour déplacer nos voitures technologiques, aujourd'hui nos moteurs ont besoin d'environ 60 kw. De plus, les gens ont besoin d'utiliser leur voiture quand il pleut ou quand il fait nuit. Au World Solar Challenge un tel rêve s'est réalisé : un grand nombre de chercheurs célèbres se réunissent là pour rivaliser avec des voitures très chères utilisant des technologies avancées afin d'obtenir la meilleure efficacité dans les panneaux solaires, les formes aérodynamiques et la légèreté des matières. Maintenant des voitures solaires couvertes par des panneaux photovoltaïques chargent des batteries en plomb, nickel-cadmium ou lithium. Un professeur à l'université d'alabama, A. Passerini est, par idéal, loin de la compétition de telles voitures (d'habitude ces voitures coûtent environ 150.000 euros). Passerini a construit quelques petites voitures solaires, une d'entre elles, appelé le Canari II ZEV, construits en 1996, a coûté 7000 dollars (autonomie : 160 km, vitesse 65 Km/h, six batteries de 12 volts, poids 408 kg, deux places).
Le but réel de telles voitures n'est pas d'être un symbole de compétition, mais il est de montrer que des voitures solaires peuvent être utiles dans notre vie quotidienne. Comme le montrent tous les résultats du WSC, l'europe est au premier rang en ce qui concerne cette sorte de recherche. III) Variation de température et vitesse : La Terre reçoit environ 10 000 fois la quantité totale d énergie consommée par l ensemble de l humanité. Si on capte 0.01 % d énergie, on pourrait se passer de : pétrole, gaz, charbon Cela est très économique et très pratique contre la pollution. En France, la température n est pas la même partout donc la voiture solaire n aura pas le même rendement solaire partout. Exemple : dans le sud, la France capte plus de soleil que dans le nord. Comparaison de la puissance avec une voiture de 40CV : En comparant avec une voiture possédant 40CV il faudrait : 1CV=736W=0.736kW 40x0.736=29.44kW Il faut donc recevoir 29.44kW pour avoir une voiture solaire de 40CV.
Si nous voulons posséder une voiture solaire de 40CV et sachant que nous pouvons en moyenne capter 1000W/m² pour un panneau solaire. L intensité captait par le soleil par m² change selon le panneau et selon les marques : -Buderus logasol capte 4.89kW/m² donc il faudrait environ 144m² de panneau solaire. -Weishaup_Wts-f capte 275kW/m² donc il faudrait environ 80.96m² de panneau solaire. -Wagner-euro c 20 Ar capte 3.34kW/m² donc il faudrait environ 98.33m² de panneau solaire. Mais le problème est le poids : 43kg pour 1.73m² donc avec 144m² de panneau il pèsera 3569kg. (144 /1.73) x43 48kg pour 2.55m² donc avec 80.96m² de panneau il pèsera 1376kg. Pour le world solar challenge les voitures sont alors alléger le plus possible afin d être moins lourde et d avoir une vitesse plus élevée. En conclusion : La voiture solaire reste un prototype en développement car elle possède encore beaucoup de problèmes : le poids des panneaux, l autonomie des batteries, le confort des voitures dont la forme ne convient pas à une personne âgée, le prix qui est encore beaucoup trop élevée. Les voitures solaires reste des voitures de course et non pour la vie quotidienne.