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7/31/2019 Inst Bat Hac Mcc

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A.D.C. TD Page: 1/3 1 STE

ETUDE D'UNE INSTALLATION SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE (corrig)

Une exploitation agricole isole, non raccorde au rseau, produit l'nergie lectrique dont elle a besoin l'aide

d'une installation solaire photovoltaque. Le schma de l'installation est reprsent comme ci-dessous :

L'nergie lectrique produite par les panneaux solaires peut tre utilise immdiatement, ou stocke dans desbatteries d'accumulateurs, par l'intermdiaire d'un convertisseur continu-continu.

L'installation comporte une pompe, entrane par un moteur courant continu, permettant de fournir l'eau ncessaire

l'exploitation.

Partie A : tude du convertisseur continu-continuPour charger les batteries d'accumulateurs on utilise un convertisseur continu-continu.

Le schma du dispositif est reprsent comme suit :.

K est un interrupteur lectronique, suppos parfait, command priodiquement.Sur une priode T de fonctionnement, K est ferm de 0 T et ouvert de T T.La rsistance de la bobine est ngligeable : on pourra donc considrer que la valeur moyenne de la tension auxbornes de la bobine est nulle.

On visualise, sur la voie 1 d'un oscilloscope, la tension uc aux bornes de la charge en fonction du temps. Sur la voie 2 onvisualise l'image de l'intensit iC du courant dans la charge l'aide d'une sonde de courant de sensibilit 100 mV/A.

Panneaux solaires

Convertisseurcontinu-continu

Batteriesdaccumulateurs

Moteur continupompe


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1/ Quel autre nom peut-on donner ce convertisseur continu-continu ?

Hacheur srie2/ Citer un composant pouvant tre utilis comme interrupteur lectronique.

Transistor de puissance3/ Prciser le rle de la bobine dans ce montage.

Elle permet de lisser le courant dans le moteur (ncessit de la diode de roue libre)4/ Dterminer la priode et la frquence de fonctionnement du convertisseur.

T = 8x5.10-6 = 40 s f = 1/T = 25 KHz5/ Quelle valeur prend uC quand l'interrupteur K est ferm ? Quelle valeur prend uC quand l'interrupteur K est ouvert ?

K ferm K ouvertuC = 70 V uC = 0 V

6/ En dduire la valeur de la tension U aux bornes des panneaux solaires.U = 70 V

7/ Dterminer la valeur du rapport cyclique de la tension uC. = 5,6/8 = 0,7

8/ Calculer la valeur moyenne de la tension uC. = . U = 0,7 x 70 = 49 V

9/ En s'appuyant sur les relevs de la figure ci-dessus, dterminer les valeurs minimale et maximale de l'intensit iC du

courant. Calculer sa valeur moyenne

.IMAX = 15 A IMIN = 10 A = (IMAX + IMIN )/2 = 12,5 A

Partie B : Etude du moteur courant continu entranant la pompeLa pompe fournissant l'eau ncessaire l'exploitation agricole est entrane par un moteur courant continu

aimants permanents.

La plaque signaltique du moteur indique les donnes suivantes : 48V ; 3000 tr/min ; 550 WLes pertes mcaniques et magntiques du moteur sont ngligeables.

Les batteries d'accumulateurs dlivrent une tension constante de valeur UB = 48 V.Lors du fonctionnement de la pompe, on a mesur l'intensit du courant dans le moteur : I= 13,7 A.1/ Dterminer le moment Cu du couple utile du moteur.

Cu = Pu/ = (550 x 60)/ (2x3000)= 1,75 Nm

2/ Dterminer la puissance absorbe par le moteur.Pa = U.I = 48 x 13,7 = 657,6 W

3/ Dterminer le rendement du moteur. = Pu/ Pa = 83,63 %

4/ Dterminer les pertes par effet Joule dans l'induit du moteur et en dduire sa rsistance R.RI2 = Pa Pu = 657,6 550 = 107,6 W R = 107,6/13,72 = 0,57

5/ Reprsenter le schma du modle quivalent de l'induit du moteur. Flcher les diffrentes tension(s) et

intensit(s) de courant(s). Ecrire la relation entre les diffrentes tensions reprsentes sur ce schma.

6/ Dterminer la valeur de la force lectromotrice E du moteur.E = U R.I = 48 (0,57x13,7) = 40,2 V

7/ Montrer que la relation entre la force lectromotrice E et la frquence de rotation n peut s'crire : E = kn o k estune constante. E = K.. = (K..2.).n = k.n8/ Calculer la valeur de k en prcisant son unit.

k = E/n = 40,2/3000 = 0,0134 V/tr.min-1

9/ Dterminer, en donnant les justifications ncessaires, l'intensit Id du courant de dmarrage du moteur sous latension nominale. Comparer Id I (13,7 A).Id = U/R = 48/0,57 = 84,21 A Id 6.I

R

U = E + RI

R.I

U E


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Partie C : tude des panneaux solairesAucune connaissance pralable sur les panneaux solaires n'est ncessaire.

Un panneau solaire photovoltaque produit de l'nergie lectrique partir de l'nergie lumineuse reue. Il peut tre

considr comme un gnrateur continu.

Les caractristiques courant-tension d'un panneau solaire, pour deux ensoleillements diffrents, sont reprsentes

sur la figure ci-dessous :

1/Etude dans le cas d'un ensoleillement optimal : la caractristique courant-tension correspond la courbe 1.1.1/ Dterminer la valeur de la tension vide d'un panneau solaire.

Us0 = 44 V1.2/ Dterminer l'intensit du courant de court-circuit.

Iscc = 4,6 A1.3/ Dterminer la puissance lectrique fournie par le panneau pour une tension de fonctionnement gale 35 V.Pf = 35 x 4,3 = 150,5 W

1.4/ En dduire l'nergie lectrique produite en 10 heures d'ensoleillement.We = Pf . t = 150,5 x 10 = 1505 Wh

2/ Etude dans le cas d'un ensoleillement plus faible : la caractristique courant-tension correspond la courbe 2.Dterminer la puissance lectrique fournie par un panneau pour une tension de fonctionnement gale 35 V.

Pf = 35 x 2,5 = 87,5 W3/ Pour disposer d'une puissance suffisante pour alimenter l'exploitation agricole, il faut associer plusieurs

panneaux.

3.1. Quel est l'intrt d'une association en srie ?

Permet daugmenter la tension3.2. Quel est l'intrt d'une association en parallle ?

Permet daugmenter le courant4/ La puissance maximale dlivre par chaque panneau vaut 150 W. L'installation doit pouvoir fournir unepuissance maximale gale 2100 W.4.1/ Combien de panneaux faut-il utiliser ?

14 panneaux4.2/ La tension de fonctionnement nominal d'un panneau puissance maximale est gale 35 V. L'installationdoit dlivrer une tension de 70 V. Comment les panneaux doivent ils tre associs ? (pour rpondre, un schmapeut suffire)

4.3/ Dterminer l'intensit du courant dbit par l'installation lors d'un fonctionnement puissance maximale.

I = P/U = 2100/70 = 30 A

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