Installation photovolta¯que autonome - .Baccalaur©at STI2D, sp©cialit© Energie et Environnement Page 6 ACTIVITE 3 : Simulation d’une installation solaire photovolta¯que

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    Installation photovoltaque autonome

    Objectifs

    Dfinir la chane dnergie dune installation photovoltaque autonome. Valider le comportement nergtique dune installation photovoltaque autonome par

    simulation et comparaisons Analyser, comprendre et o

    par simulation. Valider par simulation la protection de

    circuits. Contexte Les installations photovoltaques autonomes sont de plus en plus nombreusestrouvons :

    Dans des installations isoles ou le rseau est en montagne, boue en mer, station mto

    Dans des installations o pour les relier au rseau : lumineuses solaires, lampadaires

    Applications spatiales, alimentation des satellites, station spatiale internationale Applications dans le domaine de la recherche

    Energie et Environnement

    Installation photovoltaque autonome

    Dfinir la chane dnergie dune installation photovoltaque autonome.comportement nergtique dune installation photovoltaque autonome par

    comparaisons des rsultats avec des exprimentations sur siteAnalyser, comprendre et optimiser les changes dnergie entre la source et la charge

    der par simulation la protection de la charge contre les surcharges et

    Les installations photovoltaques autonomes sont de plus en plus nombreuses

    Dans des installations isoles ou le rseau est inaccessible : plaisance, camping, chalet en montagne, boue en mer, station mto

    lnergie PV est suffisante et vite de creuser des tranches horodateurs solaires, panneaux de signalisation, borne

    , lampadaires Applications spatiales, alimentation des satellites, station spatiale internationaleApplications dans le domaine de la recherche : voiture solaire, avion solaire

    SpcialitSpcialitSpcialitSpcialit : Energie et Environnement: Energie et Environnement: Energie et Environnement: Energie et Environnement

    Formation des enseignants

    Page 1

    Installation photovoltaque autonome

    Dfinir la chane dnergie dune installation photovoltaque autonome. comportement nergtique dune installation photovoltaque autonome par

    exprimentations sur site. entre la source et la charge

    contre les surcharges et les courts-

    Les installations photovoltaques autonomes sont de plus en plus nombreuses, nous les

    plaisance, camping, chalet

    lnergie PV est suffisante et vite de creuser des tranches de signalisation, bornes

    Applications spatiales, alimentation des satellites, station spatiale internationale avion solaire

    : Energie et Environnement: Energie et Environnement: Energie et Environnement: Energie et Environnement

    Formation des enseignants

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    Outils

    Matlab Simulink avec : SimElectronics SimPowerSystems Stateflow

    Dossier ressource Vidos flash sur la prsentation des modles Matlab

    o Presentation_Simulation_Matlab_Partie1 (dure 5 minutes) o Presentation_Simulation_Matlab_Partie2 (dure 10 minutes)

    Pour les essais sur site :

    Un module photovoltaque mono ou polycristallin Une batterie solaire Un rhostat de 100 Un solarimtre Un thermomtre infrarouge Un tableur Multimtre et pince Ampremtrique RMS Un rgulateur MPPT

    Dure Activit 1 : Approche fonctionnelle 1 heure Activit 2 : Etude dune installation solaire photovoltaque autonome sur site 2 heures Activit 3 : Simulation dune installation solaire photovoltaque autonome 1 heure 30 Activit 4 : Simulation dun court-circuit sur une batterie 0 heure 30 Activit 5 : Rdiger des documents pour les lves 1 heure 6 heures sont ncessaires pour effectuer le TP compltement, 4 heures si la partie exprimentation sur site nest pas effectue. Pr-requis Les enseignements transversaux avec notamment :

    ET21 : Constituants d'un systme Module ET212 : Produire, stocker et distribuer lnergie lectrique

    ET24 : Modle de comportement dun systme Module ET243 : Simulation comportementale Module ET244 : Validation de performance/ Mesure dcarts modle /rel.

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    ACTIVITE 1 : Approche fonctionnelle.

    1. A partir du schma ci-dessus et du dossier ressource complter le document rponse N1 Chane dnergie dune installation photovoltaque autonome avec le nom des composants qui ralisent les diffrentes fonctions.

    2. Indiquer sur le document rponse N1 la nature de lnergie :

    Energie rayonnante Energie lectrique continue Energie lectrique alternative

    3. Sur le document rponse N1 indiquer par une flche rouge le transfert de lnergie de la

    source aux charges pendant la journe.

    4. Sur le document rponse N1 indiquer par une flche bleue le transfert de lnergie de la source aux charges pendant la nuit.

    ACTIVITE 2 : Etude dune installation solaire photovoltaque autonome sur site.

    Relever de la caractristique I=f(V) dun module PV

    5. Cbler le schma de mesure ci-dessous afin de relever la caractristique I=f (V) du module PV.

    Appareils 230V

    Appareils 12V

    Cellules photovoltaques

    Rgulateur de charge

    Soleil

    Batterie 12 V

    Disjoncteur DC

    Onduleur 12V/230V

    Schma dune installation de production dnergie photovoltaque isole

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    6. Relever et tracer la caractristique I=f (V), prciser lirradiance et la temprature du

    module sur la caractristique. Procdure suivre pour relever la caractristique I=f (V)

    Relever lirradiance laide dun solarimtre Relever la temprature du module avec un thermomtre infrarouge Faire varier Vmodule avec le rhostat et reporter Vmodule et Imodule dans un tableau Prciser la valeur de Voc et Isc

    G=900W/m, Tmodule=35C Vmodule 21 20 18 16 14 12 8 6 4 0 Imodule 0 2.35 3.8 4.25 4.34 4.35 4.35 4.35 4.35 4.35 Pmodule 0 47 68.4 68 60.8 52.2 35 26 17.4 0 Voc= 21V et Isc=4.35A

    7. A partir des relevs I=f (V) tracer la caractristique P=f (V). Indiquer sur ces caractristiques le point de fonctionnement optimal, c'est--dire celui pour lequel les cellules dlivrent la puissance maximale. Pour quelle valeur de tension obtient-on la puissance maximale ?

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    0

    0,5

    1

    1,5

    2

    2,5

    3

    3,5

    4

    4,5

    5

    0 5 10 15 20 25

    I=f(V)

    P=f(V)

    Schma du montage avec une rsistance variable

    Rhostat V

    I

    Pmpp, Vmpp=18V

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    Point de fonctionnement de lensemble source-charge

    La batterie est directement relie au module photovoltaque

    8. Cbler le schma de mesure ci-dessus.

    9. Relever V et I, calculer P, reporter le point de fonctionnement sur la caractristique

    P=f(V). V=13V ; I=4.35A ; P=56W

    La batterie est relie au module par lintermdiaire dun rgulateur MPPT

    10. Cbler le schma de mesure ci-dessus.

    11. Relever V et I, calculer P, reporter le point de fonctionnement sur la caractristique

    P=f(V). V=13V ; I=5.5A ; P=72W

    12. Comparer les rsultats, conclure. La puissance rcupre est plus importante, 22% en plus. Le cot dun rgulateur MPPT peut-tre rapidement rentabilis grce au gain nergtique quil procure.

    Schma du montage avec une batterie relie par un rgulateur MPPT

    Batterie 12V

    Rgulateur MPPT

    I

    V

    Schma du montage avec une batterie

    Batterie 12V V

    I

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    ACTIVITE 3 : Simulation dune installation solaire photovoltaque autonome

    Influence de lirradiance sur un module photovoltaque

    13. A laide de la simulation Matlab intitule SIMU_PV.mdl vous allez tracer les courbes I=f

    (V) et P=f(V) pour diffrentes valeurs dirradiances 200, 400, 600, 800 et 1000W/m avec une temprature constante de 25C. Vous pouvez imprimer vos courbes ou complter le document rponse N2 (les courbes sur le document rponse N2 correspondent au module BP 380 de 80 Wc). Pour chaque courbe vous indiquerez Isc, Voc, Pmpp, Vmpp et Impp.

    Voir document rponse N2.

    14. Que remarquez-vous ? Le courant dlivr par le module est proportionnel lirradiance. La tension Voc varie peu. La puissance max est proportionnelle lirradiance. La tension laquelle nous obtenons la puissance max varie peu, entre 16.7 et 18.2V dans notre cas.

    Influence de la temprature sur un module photovoltaque

    15. Toujours avec la simulation SIMU_PV.mdl vous allez tracer les courbes I=f (V) et P=f(V) pour diffrentes tempratures -15, 5, 25, 45 et 65C avec une irradiance constante de 1000W/m. Vous pouvez imprimer vos courbes ou complter le document rponse N3 (les courbes sur le document rponse N3 correspondent au module BP 380 de 80 Wc). Pour chaque courbe vous indiquerez Isc, Voc, Pmpp, Vmpp et Impp.

    Voir document rponse N3.

    16. Que remarquez-vous ? Influence trs importante de la temprature sur les caractristiques du module. Le courant augmente lgrement lorsque la temprature augmente. La tension Voc varie de faon significative, plus la temprature est importante plus la tension diminue. La puissance max diminue significativement lorsque la temprature augmente, laugmentation de la temprature dplace le point de fonctionnement Pmax de faon importante.

    17. Pour une irradiance de 1000W/m, calculer en pourcentage la perte de puissance du module pour une temprature de 0 et 65C. Conclure.

    100 100 7086.9 19.4% Plus la temprature du module est froide plus le module est efficace.

    Schma du montage avec un rhostat

    V

    I

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