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Projet mécatronique intégrée 5A :

Réalisation d’un tracker

Salem AKKARI

Flavien LUCAS

Etienne GRENIER

Nicolas LUCAS

Yinchao LI

Yihuan SUN

Anthony CARRATALA

5A MCS Année scolaire 2011 – 2012

Réalisation d’un tracker solaire

Projet Mécatronique intégrée Page 2

Projet mécatronique intégrée 5A :

Réalisation d’un tracker



Remerciements

Mes vifs remerciements s’adressent dans un premier temps à toute l’équipe pédagogique de

l’école Polytechnique de l’université d’Orléans et les intervenants professionnels respon-

sables de la formation Mécatronique et Conception des Systèmes, pour avoir assuré le suivi

du projet du tracker solaire.

Je remercie également Monsieur Gilles Hivet pour l’aide et les conseils concernant les mis-

sions évoquées dans ce rapport qu’il a apporté à toute l’équipe lors des différents suivis.

Je tiens à remercier tout particulièrement et à témoigner toute ma reconnaissance aux diffé-

rents membres de mon équipe de projet pour leur, soutien, solidarité, professionnalisme et

engagement à la réussite du projet :

Messieurs Lucas Flavien, Carratala Anthony, Sun Yihuan,Li yinchao,Grennier Etienne et

Lucas Nicolas.



Table des matières

Table des matières ................................................................................................... 4

Table des illustrations .............................................................................................. 8

Liste des tableaux ................................................................................................. 11

Glossaire ................................................................................................................. 12

Introduction ............................................................................................................. 14

1 Le business plan ................................................................................................. 15

1.1 Les coûts ............................................................................................................15 1.1.1 Les coûts fixes ........................................................................................................... 15 1.1.2 Les coûts variables .................................................................................................... 15

1.2 Les revenus ........................................................................................................16 1.3 Le coût de production .........................................................................................16 1.4 Le retour sur investissement ...............................................................................17

2 Comment collecter, convertir et renvoyer l’énergie au réseau ........................ 19

2.1 Principe ..............................................................................................................19 2.2 Les modules .......................................................................................................19

2.2.1 Le choix ..................................................................................................................... 19 2.2.2 La technologie ........................................................................................................... 22 2.2.3 Effet de la température .............................................................................................. 24

2.3 Le choix des onduleurs .......................................................................................25 2.4 La protection électrique de la ferme ....................................................................27

2.4.1 Dimensionnement des sectionneurs porte-fusibles ................................................... 29 2.4.2 Dimensionnement des parafoudres ........................................................................... 29 2.4.3 Dimensionnement des diodes de protection ............................................................. 29 2.4.4 Dimensionnement des disjoncteurs ........................................................................... 30

2.5 Câblage électrique ..............................................................................................31

3 Architecture du tracker ....................................................................................... 32

3.1 Choix de l’architecture ........................................................................................32 3.1.1 Type d’architecture .................................................................................................... 32 3.1.2 Type de support ......................................................................................................... 33 3.1.3 Type de panneau ....................................................................................................... 34

3.2 Architecture choisie ............................................................................................35 3.3 Calcul du Beta_min .............................................................................................35

3.3.1 Détermination du Beta_min théorique ....................................................................... 35 3.3.2 Détermination du Beta-min pratique .......................................................................... 37

3.4 Schéma cinématique ..........................................................................................38 3.5 Repères utilisés ..................................................................................................39 3.6 Dimensionnement de l’architecture .....................................................................40

3.6.1 Conception Assistée par Ordinateur .......................................................................... 40 3.6.1 Mat du tracker ............................................................................................................ 41 3.6.2 Support de modules................................................................................................... 41 3.6.3 Résultats .................................................................................................................... 42

3.7 Dimensionnement d’un sous panneau ................................................................43



3.8 Influence des défauts ..........................................................................................48 3.9 Etude dynamique ................................................................................................52 3.10 Loi entrée-sortie ..................................................................................................61 3.11 Etude par éléments finis .....................................................................................62

4 Position de sécurité ............................................................................................. 65

4.1 Panneau horizontal .............................................................................................65 4.2 Panneau vertical .................................................................................................65

5 Motorisation ......................................................................................................... 67

5.1 Motorisation de l’élévation ..................................................................................67 5.1.1 Hypothèses ................................................................................................................ 69 5.1.2 Paramètres de vérin .................................................................................................. 71 5.1.3 Matrice de choix ......................................................................................................... 73 5.1.4 Avantages d’utiliser un vérin pour motorisation de l’axe d’élévation ......................... 75

5.2 Motorisation de l’azimut ......................................................................................77 5.2.1 Hypothèses ................................................................................................................ 77 5.2.2 Paramètres du moteur de l’azimut ............................................................................. 79 5.2.3 Matrice de choix du moteur ....................................................................................... 83 5.2.4 Le moteur, réducteur choisis ..................................................................................... 83 5.2.5 Un réducteur supplémentaire de roue et vis sans fin ................................................ 85

5.3 L’énergie consomme annuel ...............................................................................87 5.3.1 L’énergie consommé par motorisation de l’axe d’élévation....................................... 87 5.3.2 L’énergie consommé par motorisation de l’axe d’azimut .......................................... 87 5.3.3 L’énergie consommé annuel totalement (150 trackers) ............................................ 87

6 GEMMA de la stratégie ........................................................................................ 88

6.1 Gemma général ..................................................................................................88 6.2 Spécifications GEMMA ......................................................................................88

6.2.1 Cycles importants ...................................................................................................... 88 6.2.2 Les conditions ............................................................................................................ 88 6.2.3 Les étapes ................................................................................................................. 89

6.3 GEMMA sur le cycle de production normale .......................................................89 6.4 GEMMA sur le cycle d’arrêt d’urgence ................................................................91 6.5 FAST et AMDEC sur contraintes liées au vent ....................................................91

6.5.1 Diagramme Fast ........................................................................................................ 91 6.5.2 AMDEC sur les 3 solutions : ...................................................................................... 92

7 Comment assurer la fonction : Suivre le soleil ? .............................................. 94

7.1 Définition des angles d’azimut et élévation .........................................................94 7.2 Diagramme Fast .................................................................................................94 7.3 Connaître la position du soleil .............................................................................96

7.3.1 Diagramme FAST ...................................................................................................... 96 7.3.2 Matrice de choix ......................................................................................................... 96 7.3.3 Solution retenue ......................................................................................................... 97 7.3.4 Domaine de fonctionnement ...................................................................................... 98

7.4 Connaître la position des modules .................................................................... 101 7.4.1 Diagramme FAST .................................................................................................... 101 7.4.2 Matrice de choix pour l’élévation ............................................................................ 101 7.4.3 Matrice de choix pour l’azimut ................................................................................ 102 7.4.4 Solutions retenues ................................................................................................... 102

7.5 Connaître le Nord géographique ....................................................................... 105 7.5.1 Diagramme FAST .................................................................................................... 105 7.5.2 Solution retenue ....................................................................................................... 105

7.6 Connaître l’horizon ............................................................................................ 105



7.6.1 Diagramme FAST .................................................................................................... 105 7.6.2 Solution retenue ....................................................................................................... 106

7.7 Stratégie de suivi .............................................................................................. 106 7.7.1 Diagramme FAST .................................................................................................... 106 7.7.2 Solution retenue ....................................................................................................... 106

7.8 Stratégie sur les angles à commander .............................................................. 107 7.8.1 Stratégies angulaires ............................................................................................... 107

8 Stratégie de commande des angles ................................................................. 109

8.1 Commande pas à pas ....................................................................................... 110 8.2 Passage de la position de sécurité à la position de travail ................................ 110

8.2.1 Vision globale d’un cycle complet sur la journée ..................................................... 112 8.2.2 Zoom sur le passage de la position de sécurité à la position de travail .................. 113

8.3 Visualisation de la stratégie .............................................................................. 113 8.3.1 Vision globale .......................................................................................................... 113 8.3.2 Zoom de la stratégie ................................................................................................ 114

8.4 Lois « semi » idéales ........................................................................................ 115 8.4.1 Vitesse ..................................................................................................................... 115 8.4.2 Accélération ............................................................................................................. 116 8.4.3 Position .................................................................................................................... 117

8.5 Optimisation : le matin ...................................................................................... 118 8.6 Optimisation lorsque le soleil est au zénith ....................................................... 119 8.7 Modélisation sous Matlab/Simulink de notre système ....................................... 119

8.7.1 Visualisation du schéma bloc de commande .......................................................... 120 8.7.2 Modèle inverse et direct de notre système .............................................................. 120 8.7.3 Modélisation du vérin électromécanique ainsi que sa boucle bas-niveau .............. 121 8.7.4 Bloc variateur + PI ................................................................................................... 123 8.7.5 Modélisation de notre système complet sans correcteur ........................................ 126 8.7.6 Application d’un correcteur ...................................................................................... 127 8.7.7 Passage du modèle au terrain ................................................................................. 133

9 Superviser la ferme ............................................................................................ 134

9.1.1 Diagramme FAST .................................................................................................... 134 9.1.2 Matrice de choix ....................................................................................................... 134 Malgré que la solution de la commande centralisée ressorte, nous allons effectuer une Analyse des modes de défaillances, de leurs effets et de leur criticité................................. 134 9.1.3 AMDEC sur les deux solutions ................................................................................ 134 9.1.4 Solution retenue ....................................................................................................... 136

9.2 Comment assurer la supervision de la ferme? .................................................. 136 9.2.1 L’objectif de la conception de la supervision ........................................................... 136 9.2.2 L’architecture de la supervision sur toute le système .............................................. 137 9.2.3 L’architecture principal du système de la supervision ............................................. 139 9.2.4 Choix du bus de terrain ........................................................................................... 140 9.2.5 L’architecture de la supervision en détail ................................................................ 142

9.3 Modélisation du réseau ..................................................................................... 143

10 Organisation de la ferme ................................................................................. 146

11 Sécurité de la ferme ......................................................................................... 147

12 Cycle de vie de la ferme .................................................................................. 149

12.1 Importation des pièces et matières premières ................................................... 149 12.2 Transport .......................................................................................................... 149 12.3 Montage ........................................................................................................... 150 12.4 Fin de vie .......................................................................................................... 151



12.5 Rapport ............................................................................................................. 151

Conclusion ............................................................................................................ 155

Annexe A : Analyse de l’existant ........................................................................ 156

12.1 Analyse de l’existant ......................................................................................... 156 12.1.1 Technologie de Tracker ....................................................................................... 156 12.1.2 Actionneurs .......................................................................................................... 157

Annexe B : Analyse du besoin ............................................................................ 158

12.2 Analyse du marché ........................................................................................... 158 12.2.1 Les avantages et inconvénients du photovoltaïque ............................................ 158 12.2.2 Les marchés potentiels ........................................................................................ 159 12.2.3 Les concurrents dans le milieu de la cellule à concentration .............................. 160

12.3 Etude des revenus potentiels ............................................................................ 161

Annexe C : Analyse fonctionnelle ....................................................................... 163

12.3.1 Tracker ................................................................................................................. 163 12.3.2 Cycle de vie du tracker ........................................................................................ 164 12.3.3 Caractérisation des interacteurs .......................................................................... 164 12.3.4 Diagramme des inter-acteurs .............................................................................. 167

12.4 Ferme ............................................................................................................... 185 12.4.1 Bête à cornes ....................................................................................................... 185 12.4.2 Cycle de vie de la ferme ...................................................................................... 186 12.4.3 Caractérisation des intéracteurs .......................................................................... 186

12.5 Tracker de démonstration ................................................................................. 196 12.5.1 Bête à cornes ....................................................................................................... 196 12.5.2 Cycle de vie du tracker de démonstration ........................................................... 196 12.5.3 Caractérisation des inter acteurs ......................................................................... 197 12.5.4 Diagramme des inter acteurs .............................................................................. 199

Annexe D : Simulations par éléments finis du support de modules…………..211

12.6 -1 contact avec le mât, au centre : .................................................................... 211 12.7 -2 contacts avec le mat, proches du milieu : ..................................................... 212 12.8 -2 contacts avec le mat, éloignés : .................................................................... 212 12.9 -3 contacts avec le mat, un au centre et 2 proches du centre : ......................... 213 12.10 -3 contacts avec le mat, un au centre et 2 éloignés : ........................................ 213 12.11 -5 contacts avec le mat, sur tous les points de contact : ................................... 214

Annexe E : Inventaire matériaux ......................................................................... 215

Annexe F : Document SKF pour choix du roulement ........................................ 217

Bibliographie ......................................................................................................... 218



Table des illustrations

Figure 1 : Schéma du paramétrage et du cône d’incertitude correspondant à l’exigence de

0,5°de précision entre les normales aux modules et les rayons solaires ..............................12

Figure 2 : Schéma de l’Azimuth ............................................................................................13

Figure 3 : Schéma de l’Elévation ..........................................................................................13

Figure 4 : ROI .......................................................................................................................18

Figure 5 : Matrice de choix ...................................................................................................21

Figure 6 : Avantages des cellules multicouches ...................................................................23

Figure 7 : Technologie CPV..................................................................................................24

Figure 8 : Effet de la température sur la caractéristique d’un module ...................................24

Figure 9 : Fonctionnement du MPPT ....................................................................................26

Figure 10 : Zones kérauniques du monde ............................................................................28

Figure 11 : Type de protection suivant le niveau kéraunique ................................................28

Figure 12 : Mise en évidence du courant inverse ..................................................................30

Figure 13 : Schéma de câblage pour un tracker ...................................................................31

Figure 14 Comparaison de l'élévation avec l'éclairement .....................................................36

Figure 15 : Schéma de l’optimisation des dimensions du tracker ..........................................38

Figure 16 : Schéma cinématique du système .......................................................................39

Figure 17 : Figures de rotation de base ................................................................................39

Figure 18 : Graphe des liaisons de l’architecture ..................................................................40

Figure 19 : Représentation du Tracker en position de sécurité .............................................40

Figure 20 : Une des poutres composant le mat ....................................................................41

Figure 21 : Un double caisson à modules .............................................................................42

Figure 22 Position de sécurité et min ..................................................................................43

Figure 23 Longueur tige, c et e en fonction de min .............................................................44

Figure 24 Eléments finis de la bielle .....................................................................................46

Figure 25 : Double compartiment du support de modules .....................................................62

Figure 26 : Positionnement possible des appuis entre le support de module et le mat .........63

Figure 27 :Schéma d’analyse de motorisation ......................................................................67

Figure 28 :Schéma des efforts ..............................................................................................68

Figure 29 :Schéma d’effort uniforme de vent ........................................................................69

Figure 30 : Carte des vents du Maroc ...................................................................................70

Figure 31 : Dimensions du panneau .....................................................................................71

Figure 32 : Schéma mécanique ............................................................................................71

Figure 33 : Schéma des paramètres de calcul ......................................................................72

Figure 34 : Vérin choisi et son variateur ...............................................................................74



Figure 35 : Graphe de modèle du tracker sous CATIA .........................................................75

Figure 36 : Emplacement du vérin dans le tracker ................................................................75

Figure 37 : Vitesse de rotation du panneau par rapport à l’élevation ....................................76

Figure 38 : Direction du vent (azimut) ...................................................................................77

Figure 39 : Inertie du panneau (azimut) ................................................................................78

Figure 40 : Courbe de vitesse du moteur (azimut) ................................................................80

Figure 41 : Courbe du couple du moteur (10 km/h) ..............................................................81

Figure 42 : Courbe du couple du moteur (100 km/h) ............................................................81

Figure 43 : Courbe de puissance du moteur (azimut) pour vent 10km/h ...............................82

Figure 44 : Courbe de puissance du moteur (azimut)pour vent 100km/h ..............................82

Figure 45 : Variateur + moteur + réducteur ..........................................................................84

Figure 46 : Vitesse moteur en fonction du temps ..................................................................85

Figure 47 : Réducteur de roue et vis .....................................................................................86

Figure 48 : GEMMA général .................................................................................................88

Figure 49 : GEMMA-Cycle de production normale ................................................................90

Figure 50 : GEMMA-Cycle d’arrêt d’urgence ........................................................................91

Figure 51 : Diagramme Fast sur la détection ........................................................................92

Figure 52 Azimut / Jour .......................................................................................................98

Figure 53 Elévation/jour .......................................................................................................99

Figure 54 FAST Position des modules ............................................................................... 101

Figure 55 Elévation mesurée avec notre inclinomètre ....................................................... 102

Figure 56 : Inclinomètre POSITAL ACS CANopen ............................................................. 103

Figure 57 : Codeur incrémental « Leine Linde » ................................................................. 104

Figure 58 : Diagramme Fast Angles ................................................................................... 107

Figure 59 : Plans solaires – Un par mois ............................................................................ 108

Figure 60 : Représentation schématique de la position de sécurité .................................... 111

Figure 61 : Vision globale de notre commande ................................................................... 112

Figure 62 : Visualisation de la position de sécurité à la position de travail .......................... 113

Figure 63 : Visualisation de la commande .......................................................................... 114

Figure 64 : Zoom de la stratégie ......................................................................................... 114

Figure 65 : =f(temps) ........................................................................................................ 116

Figure 66 : =f(temps) ........................................................................................................ 117

Figure 67 : β=f(temps) ........................................................................................................ 117

Figure 68 : Optimisation de la commande le matin ............................................................. 118

Figure 69 : Optimisation de la commande au zénith ........................................................... 119

Figure 70 : Schéma bloc de principe de notre commande .................................................. 120

Figure 71 : Définition des paramètres ................................................................................. 121



Figure 72 : Modélisation du moteur avec la commande bas niveau .................................... 122

Figure 73 : Le système mécanique ..................................................................................... 123

Figure 74 : Commande bas niveau ..................................................................................... 123

Figure 75 : Réponse à une consigne de 1,5mm sans perturbations ................................... 124

Figure 76 : Visualisation du courant pour une consigne de 1,5mm sans perturbations ....... 125

Figure 77 : Visualisation de la tension pour une consigne de 1,5mm sans perturbations .... 125

Figure 78 : Système complet sans correcteur ..................................................................... 126

Figure 79 : Visualisation de la sortie en fonction de β=0.4° ................................................ 127

Figure 80: Visualisation de l'intensité sans correcteur ........................................................ 127

Figure 81 : Système avec correcteur .................................................................................. 128

Figure 82 : Visualisation de la sortie avec le correcteur pour une consigne β=0.4° ............. 128

Figure 83 : Tension moteur avec le correcteur ................................................................... 129

Figure 84 : Visualisation du courant moteur avec le correcteur ........................................... 129

Figure 85 : Wmot (tr/min)=f(temps) ..................................................................................... 130

Figure 86 : Réponse à une consigne β=0.4° avec une perturbation à 5V ........................... 131

Figure 87 : Tension du moteur à une consigne β=0.4° avec une perturbation ................... 131

Figure 88 : Courant du moteur à une consigne β=0.4° avec une perturbation ................... 132

Figure 89 : La hiérarchie du système .................................................................................. 137

Figure 90 : Architecture des connexions ............................................................................. 138

Figure 91 : L’architecture principal ..................................................................................... 139

Figure 92 : L’architecture de la supervision en détaille ....................................................... 143

Figure 93 : Zones de la ferme et l’armoire de PC industriel ................................................ 144

Figure 94 : Topologie de la zone 3 ..................................................................................... 145

Figure 95 : Positionnement des trackers dans la ferme ...................................................... 146

Figure 96 : Mat situé au niveau du centre de gravité du panneau ....................................... 156

Figure 97 : Mat au centre de gravité avec vérin mécanique ................................................ 156

Figure 98 : Mouvement « azimut » effectué au sol ............................................................. 157

Figure 99 : Carte d’ensoleillement de l’Europe et du Nord de l’Afrique ............................... 161



Liste des tableaux

Tableau 1 : Les coûts fixes ...................................................................................................15

Tableau 2 : coûts variables ...................................................................................................16

Tableau 3 : Revenus annuels ...............................................................................................16

Tableau 4 : Bilan Coûts/revenus ...........................................................................................17

Tableau 5 : Recherche d’onduleurs ......................................................................................25

Tableau 6 : Matrice de choix .................................................................................................26

Tableau 7 :Tableau des caractéristiques du patin/mono rail MRS45 ....................................46

Tableau 8 Classe de précision du rail ...................................................................................47

Tableau 9 : Performance de vérin et ses critères ..................................................................75

Tableau 10 : Performances et critères du vérin [L4] ............................................................84

Tableau 11 : AMDEC sur les solutions de la détection .........................................................93

Tableau 12 : Domaines de fonctionnement des angles ...................................................... 100



Glossaire

Cellules photovoltaïques : ce sont des cellules qui captent l’énergie solaire et la trans-

forment en énergie électrique.

Modules photovoltaïques : il s’agit de l’ensemble de cellules photovoltaïques

Panneaux photovoltaïques : Il s’agit d’un ensemble de modules placé sur le tracker.

Tracker : Structure indépendante orientant les panneaux perpendiculairement aux

rayons du soleil avec une précision de ±0,5°.

Ferme: Ensemble de plusieurs trackers indépendants. Elle assure la supervision des

trackers.

Figure 1 : Schéma du paramétrage et du cône d’incertitude correspondant à l’exigence de 0,5°de précision entre les normales aux modules et les rayons solaires



Figure 2 : Schéma de l’Azimuth

Figure 3 : Schéma de l’Elévation



Introduction

Le projet de mécatronique et conception intégrée consiste à concevoir une ferme

solaire composée de tracker. Le cahier des charges étant fourni et l’objectif était de proposer

un projet viable économiquement avec les meilleures solutions retenues.

Ce rapport présentera l’analyse du besoin, l’analyse de l’existant, les choix effectués

et les critères choisis pour aboutir à la solution.

Seront exposées également la conception préliminaire du tracker aussi bien sur la partie

mécanique, électrique qu’automatique.



1 Le business plan

Le business plan permet de déterminer si le projet est viable et peut servir pour con-

vaincre les investisseurs d’apporter des capitaux dans l’entreprise. C’est pour cela qu’il est

tout particulièrement important de définir les coûts et les revenus que va générer la ferme

solaire.

Le choix a été fait d’investir au Maroc car ce pays offre des garanties sur l’installation de

nouvelles entreprises comme une exonération d’impôts sur les sociétés pendant 5 ans. Par

ailleurs, le solaire est en plein essor. Le Maroc souhaite installer une puissance de 2000MW

en énergie solaire donc de nouveaux projets devraient naître et l’entreprise sera ainsi apte à

construire de nouvelles fermes. Bien que le prix de rachat du kWh soit inférieur au Maroc

qu’en Espagne, l’entreprise s’appuiera sur une main d’œuvre et un coût des terrains environ

10 fois moins cher [1]

1.1 Les coûts

1.1.1 Les coûts fixes

Ce sont les coûts définis au début de l’activité. Ils sont regroupés dans le tableau suivant :

Coûts fixes

Maind'œuvre 9 000,00 €

Terrain 5 912,94 €

Modules 5 896 800,00 €

Onduleurs 877 500,00 €

Moteurs 1 170 000,00 €

Structure 150 000,00 €

Centre de contrôle 100 000,00 €

Automatique 93 600,00 €

Total des coûts 8 302 812,94 €

Tableau 1 : Les coûts fixes

1.1.2 Les coûts variables

Ils concernent les frais de maintenance, les salaires et une marge de sécurité au cas où un

problème surviendrait. Sachant que notre projet a une durée de vie de 20 ans, nous considè-

rerons les coûts variables à 3% des coûts fixes pendant les 10 premières années et 6% pour

les 10 dernières années. Cela représente donc annuellement :



Coûts variables

0-10 ans 249 084,39 €

10 ans - 20 ans 498 168,78 €

Tableau 2 : coûts variables

Il est important de considérer des frais variables plus importants dans la seconde

moitié du projet car le matériel ne sera plus neuf et sera donc plus susceptible de se détério-

rer.

1.2 Les revenus

Il s’agit de la production d’énergie renvoyée au réseau. D’après les informations recueillies,

le prix de rachat serait de 160€/MWh. On obtient donc un revenu annuel de :

Chiffre d'affaires Maroc

Ensoleillement journalier moyen (kWh/m²) 6,4

nb heures ensoleillement moyen journalier 9,5

Prix rachat (€/MWh) 160

Ensoleillement (kWh/m²/an) 2336

Puissance solaire locale en W/m² 673,68

Puissance module en W 180,31

Surface en m² 80

Puissance par tracker en kW 14,42

nombre de trackers 150

P totale délivrée en kW 2163,72

Energie en MWh 20,56

Energie en MWh/an 7502,68

Gain espéré / an (€) 1 200 429,18 €

Tableau 3 : Revenus annuels

1.3 Le coût de production

La détermination du coût de production est très importante car elle fixe le prix de rachat mi-

nimal pour espérer un bénéfice brut. Il s’agit de calculer un coût de production moyen sur la

durée de vie du projet.

Sachant que le prix de rachat est inférieur ou égal à 0.11€, il n’y aucune raison pour conti-

nuer à exploiter la ferme. Les prix de rachat actuels sont de l’ordre de 0.16€/kWh, avec un

bénéfice avant impôts de 0.05€/kWh.



1.4 Le retour sur investissement

Il s’agit de déterminer la viabilité du projet. Cet indicateur permettera de déterminer le temps

à partir duquel l’entreprise gagnera de l’argent et nous permettra de convaincre les investis-

seurs pour le financer.

Tableau 4 : Bilan Coûts/revenus

En considérant un impôt de 20% sur les bénéfices à partir de la 5ème année car le Maroc

offre un avantage fiscal en exonérant les nouvelles entreprises d’impôts pendant les 5 pre-

mières années, il est possible de tracer le graphique pour déterminer le « payback time ».

Année Coûts fixes Coûts variables Chiffre d'affaires Bénéfice brut Bénéfice net ROI

0 8 302 812,94 € - € - € - 8 302 812,94 € - 8 302 812,94 € - 8 302 812,94 €

1 - € 249 084,39 € 1 200 429,18 € 951 344,79 € 951 344,79 € - 7 351 468,15 €

2 - € 249 084,39 € 1 200 429,18 € 951 344,79 € 951 344,79 € - 6 400 123,36 €

3 - € 249 084,39 € 1 200 429,18 € 951 344,79 € 951 344,79 € - 5 448 778,58 €

4 - € 249 084,39 € 1 200 429,18 € 951 344,79 € 951 344,79 € - 4 497 433,79 €

5 - € 249 084,39 € 1 200 429,18 € 951 344,79 € 951 344,79 € - 3 546 089,00 €

6 - € 249 084,39 € 1 200 429,18 € 951 344,79 € 761 075,83 € - 2 785 013,17 €

7 - € 249 084,39 € 1 200 429,18 € 951 344,79 € 761 075,83 € - 2 023 937,34 €

8 - € 249 084,39 € 1 200 429,18 € 951 344,79 € 761 075,83 € - 1 262 861,51 €

9 - € 249 084,39 € 1 200 429,18 € 951 344,79 € 761 075,83 € - 501 785,68 €

10 - € 249 084,39 € 1 200 429,18 € 951 344,79 € 761 075,83 € 259 290,15 €

11 - € 498 168,78 € 1 200 429,18 € 702 260,40 € 561 808,32 € 821 098,47 €

12 - € 498 168,78 € 1 200 429,18 € 702 260,40 € 561 808,32 € 1 382 906,79 €

13 - € 498 168,78 € 1 200 429,18 € 702 260,40 € 561 808,32 € 1 944 715,11 €

14 - € 498 168,78 € 1 200 429,18 € 702 260,40 € 561 808,32 € 2 506 523,43 €

15 - € 498 168,78 € 1 200 429,18 € 702 260,40 € 561 808,32 € 3 068 331,75 €

16 - € 498 168,78 € 1 200 429,18 € 702 260,40 € 561 808,32 € 3 630 140,07 €

17 - € 498 168,78 € 1 200 429,18 € 702 260,40 € 561 808,32 € 4 191 948,39 €

18 - € 498 168,78 € 1 200 429,18 € 702 260,40 € 561 808,32 € 4 753 756,71 €

19 - € 498 168,78 € 1 200 429,18 € 702 260,40 € 561 808,32 € 5 315 565,03 €

20 - € 498 168,78 € 1 200 429,18 € 702 260,40 € 561 808,32 € 5 877 373,36 €



Figure 4 : ROI

On obtient donc un payback time de près de 10 ans. Il est maintenant possible de

définir le seuil de rentabilité en énergie.

Il faudra donc produire toute cette énergie pour commencer à faire des bénéfices sur

l’investissement. Les gains cumulés s’élèvent à près de 6M€. Cela représente un rendement

annuel de 3.5%.

Il faudra donc être très vigilant à contrôler les coûts pour conserver ce rendement

annuel. Il faut noter que le business plan est susceptible de changer notamment avec le prix

de rachat du kWh suivant la situation économique du Maroc et la politique énergétique du

gouvernement.

€(10 000 000,00)

€(8 000 000,00)

€(6 000 000,00)

€(4 000 000,00)

€(2 000 000,00)

€-

€2 000 000,00

€4 000 000,00

€6 000 000,00

€8 000 000,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Bé

né

fice

cu

mu

lé

Temps en années

ROI

ROI



2 Comment collecter, convertir et renvoyer l’énergie au réseau

2.1 Principe

Les modules devront récupérer l’énergie solaire pour la transformer en énergie électrique.

Un onduleur sera placé pour convertir l’énergie continue en énergie alternative. Cette éner-

gie sera ensuite renvoyée sur le réseau marocain. Sur le côté continu et alternatif, des pro-

tections seront placées pour se protéger des surtensions (parafoudres) et des surintensités

(fusibles, sectionneurs, disjoncteurs). Voyons comment nous avons choisi les modules et

les critères que nous avons adopté.

2.2 Les modules

2.2.1 Le choix

Par contrainte de temps et pour respecter les délais, le groupe a retenu 5 modules possé-

dant la technologie CPV. Voici les principales caractéristiques de chacun d’eux.

Modules Protections Convertisseur

DC/AC Protections

Réseau triphasé

3X400V



Modèle Opel solar USA Emcore USA Rondine Italie HCM 220 Chine Zytech Espagne

Longueur 1,576 1,71 1,15 1 1,02

Largeur 0,279 1,05 0,753 1 1,02

Hauteur 0,307 0,64 0,075 0,315 0,21

Surface du module 0,439704 1,7 0,8064 1 1,0404

Masse en kg 11,3 57 17,4 27

Tolérance d'angle +-0,7 +-4

Matériaux aluminium aluminium et

plastique composite aluminium

Efficacité en % 25 28 37

Durée de vie (garantie) 25 20

Voc en V 17,4 47,7 45,7 48,5 29,39

Icc en A 6,4 11,9 3,77 5,5 7,18

Vmp en V 15,6 40,4 36,6 42,3 23,22

Imp en A 5,8 11,4 3,3 5,2 6,62

Température en °C -40 -40 -25

50 45 55

Localisation de l'entreprise USA USA Italie Chine Espagne

Masse totale en kg 2056,6 2736 1740 0 2079

Puissance/m² 204,6831505 267,6470588 148,8095238 220 144,1753172

Puissance par modules en W 90 455 120 220 150

Puissance par tracker en kW 16,38 21,84 12 17,6 11,55

Nombre de modules 182 48 100 80 77

Puissance/masse 7,96460177 7,98245614 6,896551724 5,555555556

A priori, le choix des modules n’était pas évident. Il donc fallu retenir des critères afin de dé-

finir le module convenant le plus aux besoins du groupe auxquels nous avons affecté des

pondérations. Parmi ces critères, on retrouve :

La masse, pondération 2

La puissance, pondération 4

La position géographique du fournisseur, pondération 1



Le nombre de modules nécessaires pour un tracker, pondération 3

La tolérance d’angle, pondération 3

Etant donné que la surface est définie par le cahier des charges, nous avons souhai-

té utiliser des modules fournissant un maximum de puissance. La tolérance d’angle est

également importante puisque l’on doit rester dans le cône des +/- 0.5° défini par le ca-

hier des charges. Nous avons considéré le nombre de modules pour éviter un câblage

trop complexe. La position géographique du fournisseur est intéressante car nous avons

trouvé des modules plus ou moins éloignés du lieu d’installation. Le rapport puis-

sance/masse aurait pu être intéressant si nous accordions autant d’importance à la puis-

sance délivrée par les modules qu’à la masse de ceux-ci.

Critères\Modèle Opel solar USA Emcore USA Rondine Italie HCM 220 Chine Zytech Espagne

puissance moyen très bien moyen bien bien

masse très bien moyen très bien sans données sans données

position géogra-phique du four-

nisseur moyen moyen très bien moyen très bien

Nb modules nécessaires

moyen très bien bien bien bien

Tolérance d'angle

sans données Bien très bien sans données sans données

Total 24 43 41 23 25

Moyenne 2,4 3,307692308 3,153846154 2,875 3,125

Figure 5 : Matrice de choix

Les notes ont été établies par des commentaires allant de très bien à mauvais. L’avantage

de cette technique est qu’il est plus facile de faire une différence entre ces 2 annotations

plutôt que 2 chiffres. Les résultats indiquent que les modules de la société Emcore et ceux

de la société Rondine correspondent le mieux à nos attentes. D’après le business plan, nous

avons vu qu’il était préférable de fournir un maximum de puissance en ayant une masse im-

portante plutôt qu’une plus faible puissance avec une moindre masse car le coût en énergie

pour mouvoir le tracker est plus faible. C’est donc pour cette raison que nous avons choisie

le module de la société Emcore aux Etats-Unis.



Ainsi les caractéristiques courant-tension de ce module sont :

Il offre une acceptance d’angle de +/- 0.7° en conservant 90% de ses performances. Cette

performance correspond parfaitement à notre cahier des charges

Ainsi, on peut d’ores et déjà dire qu’il faudra 48 modules par tracker et que la masse totale

des modules sera de 2736kg. Maintenant que les modules ont été choisis, il faut procéder au

choix des onduleurs pour transformer la tension continue en tension alternative.

2.2.2 La technologie

Les modules seront de technologie multi-jonction Ge/Ga/As (Germanium, Gallium et

Arsenic). Il y a 3 types de cellules empilés où chacune des couches est destinée à convertir

le spectre du Soleil. Sachant qu’il émet un spectre allant de 0.2µm à 2.5µm, c'est-à-dire de

l’ultraviolet à l’infrarouge avec un pic dans le visible de 0.3µm à 0.8µm, les 3 types de cel-

lules auront pour but de capter tout ce rayonnement.



Figure 6 : Avantages des cellules multicouches

Sur ce graphique, on peut observer en gris le spectre solaire filtré par l’atmosphère.

La partie bleu correspond à la 1ère couche de cellules du panneau photovoltaïque In-

dium/Gallium/Potassium, en vert la 2ème couche de Indium/Gallium/Arsenic/ . Enfin, la 3ème

couche en rose permet de capter les émissions infrarouges avec le Germanium.

Technologie Longeur d'onde pour

émettre en nm

InGaP 200 - 667

InGaAs 667 - 1033

Ge 1033 - 1908

D’après ce tableau, on voit que suivant la couche utilisée, il y a une plage de lon-

gueur d’onde à partir de laquelle elle va émettre de l’énergie. Les cellules multi-jonctions

confèrent ainsi une meilleure performance mais elles sont plus coûteuses à fabriquer. C’est

dans ce cadre que des optiques à concentration sont utilisés afin de capter la lumière du

soleil et la réduire sur une surface de semi-conducteur plus petite.



Figure 7 : Technologie CPV

2.2.3 Effet de la température

La ferme solaire est placée dans un milieu où la température de fonctionnement ne

peut être négligée.

Figure 8 : Effet de la température sur la caractéristique d’un module

Ainsi d’après les données fournies par le constructeur, on sait qu’il y a une diminution

de 0.0675V/°C à partir de 25°C. Sachant que la température à Ouarzazat peut atteindre

50°C en plein soleil, on aura une perte de

( )



En câblant 16 modules en série, la perte devient :

Ces pertes représenteront autant de puissance qui ne pourra être renvoyée sur le réseau. Il

faudra en tenir compte sur la tension d’entrée du convertisseur DC/AC.

2.3 Le choix des onduleurs

Pour choisir les onduleurs, il est nécessaire de connaître la puissance qui va être délivrée

par les trackers puis le câblage des modules pour avoir une tension et un courant d’entrée

suffisant à l’onduleur. Nous avons opté pour placer un onduleur par tracker. En effet, ce

choix est un compromis entre un bon rendement, le prix mais aussi l’assurance d’un fonc-

tionnement dégradé du tracker lors d’une défaillance.

Modèle Solivia 20TL Delta CS20TL Mastervolt

Pays du fournisseur France/Espagne France

Longueur en m 0,952 0,97

Largeur en m 0,6247 0,65

Hauteur en m 0,278 0,26

Volume en m3 0,17 0,16

Masse en kg 63 65

Efficacité en % 98,1 98

Durée de vie (garantie) sans données sans données

Puissance entrée DC en kW 22 22

Puissance sortie AC en kW 20 21

Tension d'entrée en V 350-800 200-980

Tension de sortie en V 3X400 3X400

Courant d'entrée en A 60 2X30

Courant de sortie en A 25 3X32,2

Plage de fréquence en Hz 47-53 ou 57-63 50 60

autoconsommation en W

20

Température -20 -20

60 60

Prix 5 285,00 € 4 500,00 €

Sites http://www.solar-

inverter.com/eu/fr/852.htm

http://www.mastervoltso

lar.fr/solaire/produits/sun

master-cs/cs20tl/

Tableau 5 : Recherche d’onduleurs

http://www.solar-inverter.com/eu/fr/852.htm

http://www.solar-inverter.com/eu/fr/852.htm

http://www.mastervoltsolar.fr/solaire/produits/sunmaster-cs/cs20tl/





Les critères retenus pour effectuer ce choix sont :

L’efficacité, pondération 4

Le coût, pondération 3

Le volume, pondération 2

L’efficacité est un critère très important car nous voulons perdre le moins d’énergie possible.

Le coût est également déterminant car le budget de ce projet est limité. Comme nous ne

souhaitons pas avoir trop de surface au sol, nous avons considéré le volume de l’onduleur.

Critères\Modèle Solivia 20TL Delta CS20TL Mastervolt

Efficacité 4 4

Volume 3 3

Coût 3 4

Total 31 34

Tableau 6 : Matrice de choix

D’après la matrice de choix, il en ressort que l’onduleur de Mastervolt CS20TL est le mieux

adapté à notre situation.

Cet onduleur comporte 2 étages :

Recherche du MPPT

Conversion DC/AC

La recherche du MPPT (Maximum Power Point Tracking) permet d’être constamment au

point de fonctionnement optimal donc au pic de puissance.

Figure 9 : Fonctionnement du MPPT

Il s’agit en fait de calculer à chaque instant la puissance et le comparer à l’état précédent. Si

le delta est positif alors on continue à augmenter la tension, s’il est négatif, on diminuera la

tension et cela constamment. Cette mise en place dure environ 0.5s. Une fois que le point de

fonctionnement est trouvé, il s’agit ensuite de convertir l’énergie continue en énergie alterna-

tive.



D’après la documentation donnée par le fournisseur, on a une plage de tension d’entrée de

200-980V et une plage MPPT de 350-800V. D’après le tableau suivant, nous avons décidé

d’adopter le câblage suivant :

Maroc

groupe de panneaux en parallèle

nb panneaux en série Tension du

panneau en V Intensité du

panneau en A Puissance en

kW

1 48 1858,2 7,679952 14,27088681

2 24 929,1 15,359904 14,27088681

3 16 619,4 23,039856 14,27088681

4 12 464,55 30,719808 14,27088681

6 8 309,7 46,079712 14,27088681

8 6 232,275 61,439616 14,27088681

12 4 154,85 92,159424 14,27088681

16 3 116,1375 122,879232 14,27088681

24 2 77,425 184,318848 14,27088681

48 1 38,7125 368,637696 14,27088681

Pour des raisons d’assemblage et de câblage, nous ne souhaitions pas avoir trop de

groupes en parallèle. En même temps, il faut rester dans la plage de tracking de l’onduleur

donc nous avons décidé de placer 4 groupes de 12 panneaux en série.

2.4 La protection électrique de la ferme

Certains accidents pourraient endommager fortement les parties électriques de la

ferme. Les météorologues utilisent le terme de niveau kéraunique Nk pour définir si une ré-

gion est orageuse ou non. Ce niveau définit le nombre de jour d’orages par an. On a donc

étudié les zones kérauniques du Maroc.



Figure 10 : Zones kérauniques du monde

On s’aperçoit que le niveau kéraunique au Maroc est faible avec Nk compris entre 8 et 12.

C’est ce niveau qui va définir les éléments de sécurité à mettre sur la ferme solaire.

Figure 11 : Type de protection suivant le niveau kéraunique

Comme la ferme est alimentée en basse tension, il est peu utile de protéger le côté continu

et le côté alternatif. Cependant, vu le coût de l’onduleur et des modules, nous avons pris

l’option de les protéger contre les surtensions et les surintensités. De plus, ces protections

rassureront le client et permettront une intervention sans danger des pompiers en cas

d’incendie.



2.4.1 Dimensionnement des sectionneurs porte-fusibles

Les sectionneurs portes fusibles ont plusieurs utilités. D’une part, ils protègent contre les

surintensités, d’autre part, ils permettent aux secouristes d’avoir une intervention rapide en

cas d’incendie puisqu’ils peuvent être désengagés aisément.

On doit donc dimensionner les fusibles du côté continu et du côté alternatif à la fois pour pro-

téger les modules et l’onduleur. D’après la norme UTE C15-712, les fusibles doivent suppor-

ter :

avec ICC = 59.5A à la sortie de l’ensemble des modules.

Du côté alternatif, on sait que l’onduleur sort un courant de 32.2A par phase donc d’après la

norme, on a :

Il faut également dimensionner les protections pour se protéger des surtensions.

2.4.2 Dimensionnement des parafoudres

Ces parafoudres sont nécessaires pour se protéger des surtensions et donc des coups indi-

rects de la foudre. Le dimensionnement dépend de plusieurs variables dont le niveau kérau-

nique. Calculons d’abord Fv.

( ) ( )

Comme Fv <40 alors le courant maximal admissible doit être de 5kA d’après la norme.

En ce qui concerne la tension, la norme dit que :

Il est important de remarquer que nous n’avons pas pris en compte la température pour les

chutes de tension car nous nous sommes placés dans le cas extrême où la tension est la

plus grande.

2.4.3 Dimensionnement des diodes de protection

Les modules sont protégés par des diodes by-pass. Cependant, il est nécessaire de

protéger l’ensemble des modules en série par une diode anti-retour. En cas d’ombres sur un

des modules, il faudra s’assurer que les autres modules ne se déchargent pas dans les mo-

dules ombragés.



Figure 12 : Mise en évidence du courant inverse

Pour s’affranchir de ces problèmes, des diodes de protection ont été placé à chaque

fin de branche comme indiqué sur le schéma de câblage.

Pour déterminer Imax et Vmax pour dimensionner les diodes, il faut 4 branches d’où le risque

est que 3 branches se déchargent dans celle ombragée. Ainsi,

La tension maximale que devra supporter la diode est la tension d’une branche de 16 mo-

dules en série donc :

Encore une fois, nous n’avons pas pris en compte les effets de la température afin de se

placer dans le cas le plus défavorable.

2.4.4 Dimensionnement des disjoncteurs

Un disjoncteur magnéto thermique est composé de 2 détections thermique et magné-

tique. La détection thermique est utilisée contre les surcharges prolongées. La coupure du

circuit prend généralement de quelques dixièmes de seconde à quelques minutes selon

l’importance de la surcharge en courant. La détection magnétique sera utilisée en cas de

court-circuit donc pour des surcharges rapides. La coupure sera très rapide de l’ordre de la

millième de seconde.

Il y aura un disjoncteur par phase et devra supporter un courant maximal de 32.2A.



2.5 Câblage électrique

Maintenant que tous les composants sont dimensionnés, il est possible de définir le câblage

électrique d’un tracker.

Figure 13 : Schéma de câblage pour un tracker

Il est important de noter qu’il n’y aura qu’un paratonnerre pour la ferme mais on a montré

comment celui-ci était câblé.

.



3 Architecture du tracker

3.1 Choix de l’architecture

Dans la suite, les différentes solutions seront classées en fonction de critères avec une note

allant de 0 à 10 : 0 étant éliminatoire et 10 étant la meilleure note.

3.1.1 Type d’architecture

Plusieurs possibilités :

- Azimut-élévation : 2 liaisons en série. La première permet de décrire l’angle d’azimut

(axe vertical). La seconde, décalée par rapport à la première, permet de décrire

l’élévation (axe horizontal). Ces deux liaisons ont des axes orthogonaux. Ces deux

axes conservent leur orientation par rapport au sol.

- Elévation-azimut : 2 liaisons en série. La première décrit un angle proche de l’angle

d’élévation. La seconde liaison, décalée par rapport à la première, décrit un angle

proche de celui d’azimut. Ces deux liaisons ont des axes orthogonaux. Cependant, la

deuxième liaison a une orientation variable par rapport au sol.

- Type rotule : Une liaison rotule centrale permettant toute les orientations. Correspond

à une architecture de type Azimut-élévation avec les deux axes de liaison concou-

rants.

Critère [0 ; 10]

Azimut-élévation Elévation-azimut Type rotule

Conception 8 5 4

Loi de commande 10 4 5

Innovation 3 6 4

Concurrence 2 5 6

Références 8 4 4

TOTAL 31 24 23



3.1.2 Type de support


- Mat : Un seul support central qui soutient tout le tracker.

- Liaison centrale + Appuis supplémentaires au sol : Un support central et une réparti-

tion d’efforts via plusieurs contacts au sol (type roues par exemple)

- Plusieurs liaisons motorisées avec le sol : liaisons motorisées en parallèle avec le sol,

répartition des efforts.

Critère [0 ; 10]

Mat

Liaison centrale +

appuis supplémen-

taires au sol

Plusieurs liaisons

motorisées avec le

sol

Conception 8 4 4

Précision de fabrica-

tion nécessaire 8 4 4

Concurrence 4 5 7

Maintenance 8 6 4

Nombre

d’actionneurs néces-

saires

8 8 3

TOTAL 36 27 22



3.1.3 Type de panneau


- Un panneau de 80m² : structure de 80m² motorisée.

- Plusieurs sous-panneaux motorisés individuellement : plusieurs sous-panneaux

(constituant la surface totale désirée) avec des motorisations indépendantes.

- Plusieurs sous-panneaux liés mécaniquement : plusieurs sous-panneaux liés par un

système mécanique, et mû par les mêmes actionneurs.

- Motorisation de chaque module : chaque module possède sa propre motorisation.

Critère [0 ; 10]

Un panneau de

80m²

Plusieurs sous-

panneaux moto-

risés individuel-

lement

Plusieurs sous-

panneaux liés

mécaniquement

Motorisation de

chaque module

Conception 6 5 5 3

Nombre de liai-

sons 8 5 5 1

Nombre

d’actionneurs 8 5 8 1

Concurrence 2 6 8 9

TOTAL 24 20 26 14



3.2 Architecture choisie

L’architecture retenue est de type azimut-élévation, c'est-à-dire qu’il y a deux liaisons en

série qui vont orienter le panneau respectivement en azimut puis en élévation. Cette archi-

tecture nous donne l’avantage de contrôler directement et indépendamment les deux angles.

De plus, ce système sera conçu autour d’un support unique, et sera constitué de plusieurs

sous-panneaux liés mécaniquement et motorisés par le même actionneur.

La modélisation sous le logiciel de calcul cinématique et dynamique Adams, a permis de

vérifier la faisabilité cinématique du dispositif. De plus, la simulation de l’impact de la force du

vent au moyen de la relation sur la trainée aérodynamique pour un vent de 200km/h permet

de déterminer les efforts dans les liaisons. On sera ainsi en mesure de choisir au mieux

l’architecture qui correspond à nos besoins.

3.3 Calcul du Beta_min

3.3.1 Détermination du Beta_min théorique

Afin d’optimiser la stratégie de fonctionnement, nous avons déterminé un angle d’élévation

minimal à partir duquel le tracking peut commencer. Nous avons fixé un seuil limite :

La puissance des moteurs pour bouger le tracker est de 555W. Il faut donc produire une

puissance de 5.55kW. Sur la surface d’un tracker, cela représente :

Sachant que le module fournit une puissance de 258W/m² sous une irradiance de 1000W/m²

alors pour fournir 69.37W/m², on a :



L’angle d’élévation ainsi que l’irradiance ont été tracés sous Matlab en fonction du temps.

Figure 14 Comparaison de l'élévation avec l'éclairement

Il suffit de répéter la même opération sur tous les mois de l’année pour obtenir un angle

moyen le matin et le soir.

Angle élévation matin Angle élévation soir

Moyenne 6,12 4,00

0 5 10 15 20 250

1000

2000

heure

Ecla

irem

ent

en W

/m²

Comaparaison de l élévation avec l éclairement : JUILLET

0 5 10 15 20 250

50

100

X: 4.983

Y: 4.211E

lévation e

n °



Le tracking pourra commencer à un angle d’élévation de 6° le matin et arrêter le

tracking dès qu’un angle de 4° est atteint le soir.

3.3.2 Détermination du Beta-min pratique

Afin de réduire la surface au sol nécessaire au fonctionnement du tracker, il faut ef-

fectuer son optimisation en fonction de l’élévation minimale à prendre en compte. En effet,

afin de réduire cette surface, il faut faire en sorte que la surface au sol occupée par le tracker

et par l’ombre projetée soit le plus proche possible d’un carré. Le cercle circonscrit à ce carré

représentera la zone balayée par le tracker durant la journée.

De plus, dans l’optique de faire un tracker multi-panneau, il est essentiel de faire un

compromis entre ombre projetée et dimensions du tracker. Le tracker doit lui-même être

proche d’un carré pour limiter les poutres de grandes tailles qui produisent des moments de

flexion dans la liaison principale (azimut).

Une première étape consiste à poser un modèle et les hypothèses. Tout d’abord, un

sous-panneau ne sera constitué que d’une seule rangée de panneaux, et ceux-ci seront pla-

cés avec leur plus petite dimension en hauteur. Ensuite, il faut considérer le panneau en une

seule partie de 80m². En fonction de l’angle d’élévation minimal et de la surface de pan-

neaux, le rapport longueur/largeur optimal est exprimé. Le panneau a pour dimensions

, avec . La longueur de l’ombre projetée depuis la base du panneau

est appelée Op et vaut : ( )

La configuration est illustrée par la figure suivante : Le but est donc d’avoir : .



Figure 15 : Schéma de l’optimisation des dimensions du tracker

Dans un second temps, pour différentes valeurs de Beta_min, sont exprimés : le

nombre de sous-panneaux nécessaires, le nombre de modules par sous-panneaux et la lon-

gueur d’un sous-panneau (correspondant à x).

Au final, Beta_min=12°, ce qui correspond à un tracker constitué de 4 sous-panneaux

de 12 modules chacun. x vaut alors 20,4m.

Le tracker aura donc pour dimensions 20,4m x 15,5m.

3.4 Schéma cinématique

Le schéma cinématique équivalent de notre système est le suivant. Notre modèle de-

vra avoir, afin de solliciter les liaisons de manière raisonnables, son centre de gravité aligné

avec l’axe de la liaison pivot verticale (azimut)

L’architecture est donc la suivante :

x

2H

Op

Be-ta_min



Figure 16 : Schéma cinématique du système

Son fonctionnement est le suivant : La Tige commande (4), va actionner les sous-panneaux

(2) via les bielles (3). Le support du panneau (1), couramment appelé Mat, soutient les sous-

panneaux et l’actionneur d’élévation. L’ensemble tourne par rapport au sol en décrivant

l’angle d’Azimut.

3.5 Repères utilisés

3 repères sont définis :

- R (0 ;x,y,z) lié au sol, repère terrestre, supposé galiléen.

- R1 (Ot ;x1,y1,z) lié au mat

- R2 (B ; x2,y2,z2) lié au panneau.

Les figures de rotation de base, entre les différents repères, sont les suivantes :

Figure 17 : Figures de rotation de base

Voici donc le graphe de liaisons du système, qui définit les différentes liaisons :



Figure 18 : Graphe des liaisons de l’architecture

3.6 Dimensionnement de l’architecture

3.6.1 Conception Assistée par Ordinateur

Figure 19 : Représentation du Tracker en position de sécurité

Par soucis économique et de simplicité d’approvisionnement, la majorité des pièces

qui composent le tracker sont en acier S445, acier très répandu. De plus, toute la conception



s’articule autour d’un équilibrage du tracker. Les masses sont donc réparties symétriquement

par rapport aux axes de rotation.

3.6.1 Mat du tracker

Le mat du tracker est constitué à l’image d’une arrête de poisson. Il est constitué

d’une poutre maitresse qui supporte 3 autres poutres. Ces 3 poutres supportent les 4 sous-

panneaux du tracker. Ces poutres sont fabriquées à base de profilé carré de côté 100mm et

d’épaisseur 4mm. L’avantage du profilé carré dans notre produit est qu’il se déforme de la

même manière dans les deux directions orthogonales à l’axe du profilé. Ceci est contraire à

la poutre en I, qui est capable de supporter un chargement sur un seul axe. Ayant une lon-

gueur initiale de plus de 15 mètres, il est nécessaire de la couper en deux afin de pouvoir les

mettre dans un container. De plus, leur liaison est assurée par pions de centrage et boulon-

nage.

Ainsi, les poutres sont constituées de deux profilés de 100mm montés en treilles avec

des équerres de profilé de 100mm (Voir figure suivante)

Figure 20 : Une des poutres composant le mat

Ce mat est optimisé par une technique d’éléments finis afin de s’assurer d’avoir une défor-

mation minimale. Ainsi, les valeurs des épaisseurs de profilé et d’inclinaison des traverses

sont modifiées.

3.6.2 Support de modules

Le support des modules, quant à lui, est fabriqué à partir de profilés acier de 50mm

de côté et de 3mm d’épaisseur. La conception s’est basée sur une stratégie de montage et

démontage aisé des modules. Les modules sont glissés dans des caissons et bloqué par un

système de pinces spécifiques. Les caissons sont réalisés par lot de 2 (voir figure suivante).

Les double-caissons sont reliés par des axes respectivement de 100mm et 85mm pour l’axe

de rotation d’élévation et l’axe de rotation de la bielle.



Figure 21 : Un double caisson à modules

3.6.3 Résultats

Après conception des différentes pièces et intégration sur un modèle globale, l’outil

CAO CATIA donne les résultats suivants :

- Masse : 6300kg

- Centre de gravité par rapport à l’axe de rotation azimut :

o Gx=470,702mm

o Gy=-0,415mm

o Gz=304,088mm

- Matrice d’inertie par rapport au centre de gravité :

o IoxG = 235336,055kgxm2

o IoyG= 207677,036kgxm2

o IozG= 440217,294kgxm2

o IxyG= -1,035kgxm2

o IxzG= 2641,959kgxm2

o IyzG= 1,952kgxm2

Ces éléments montrent que notre tracker est relativement lourd, mais que son centre de gra-

vité est proche de l’axe de rotation central. Ceci implique donc des matrices d’inertie quasi-

ment diagonales, traduisant un bon équilibrage du tracker. Ceci est un avantage quant aux

actions transmises par les liaisons. En effet, en cas d’absence de vent, les efforts passant

par la liaison centrale se limitent globalement à des efforts suivant l’axe z.



3.7 Dimensionnement d’un sous panneau

Afin de dimensionner le système, il faut se baser sur les deux positions extrêmes que

peuvent prendre les sous-panneaux. Ces positions correspondent à la position horizontale

de sécurité et à la position d’élévation minimale choisie précédemment pour déterminer

l’espacement entre les sous-panneaux. D’après les choix faits : min=12° et max=90°.

Il est nécessaire d’exprimer les différents paramètres en fonction de l’élévation et min

l’angle décrit sur le schéma suivant :

Figure 22 Position de sécurité et min

Connaissant les dimensions des modules, il est possible d’en déduire les expressions de c, e

et a. Etant donné que b est non nul en raison de l’architecture en sous-panneaux, le dimen-

sionnement de f est intéressant.

Il est acceptable de poser l’hypothèse que la longueur b est prépondérante devant a du point

de vue du bras de levier et de la masse équivalente au bout.

Le moment engendré par une masse en bout de tracker se calcul de la manière suivante :

D’où

Cela signifie que les efforts dans la liaison azimut ne dépendent pas de f. Afin d’abaisser le

tracker au maximum on cherche f de telle sorte que la liaison azimut supporte le diamètre

d’arbre imposé par le moteur choisi.



Le choix du moteur en azimut et de l’organe de transmission associé impose d’avoir un dia-

mètre d’arbre du mât en azimut de 324mm. Ce résultat est détaillé dans la partie motorisa-

tion. Or d’après la structure la valeur minimale de f est :

( ) avec 20% de sécurité.

Une analyse par élément finis donne un critère de Mises de 1440 N/m² ce qui est largement

en dessus des caractéristiques du matériau.

La courbe suivante donne l’évolution des paramètres longueur de la tige, c et e en fonction

de min.

Figure 23 Longueur tige, c et e en fonction de min

Le but est d’avoir un min le plus grand possible tout en gardant une variation maxi-

male de la longueur de tige du vérin inférieure1, 5 m car sur la sélection de vérins effectuée,

il n’existe pas de vérins qui conviennent avec une tige supérieure à 1,5m. Il est nécessaire

d’avoir un e le plus petit possible pour rabaisser le tracker et c le plus petit possible afin de la

rendre plus légère.

Le choix de prendre un min le plus grand possible permet de distribuer les efforts

que reçoit la bielle sur la liaison entre la tige de commande et le mât. Un min=30° compro-

mis est choisi en fonction de l’allure de e, c, a et des disponibilités de vérins.

Il est alors possible de dresser le tableau récapitulatif suivant :



Donnée et expression Valeurs numériques

12°

30°

90°

h’ 0,525m

c= ( )

( )

1,027m

( ) ( )

( ) 0,514m

f 0m

b 0m

1,414m

h’*sin( ) 0,926m

0,489m

Il est vérifiable ainsi que la bielle d’un sous panneau ne va pas entrer en collision avec le

sous-panneau suivant.

Afin de déterminer les dimensions des autres paramètres de la bielle, il est nécessaire de

connaître le diamètre de l’arbre que fait la liaison entre le sous panneau et la bielle. Il est

admissible de poser l’hypothèse que le vent exerce une force dans le pire des cas c'est-à-

dire s’exerçant sur un demi sous panneau au point C. L’hypothèse que l’arbre ne travaille

pas en torsion est acceptable.

Ainsi d’après les critères de Goodmann et de Von Mises, le diamètre doit être au minimum

de 83,54mm

Le roulement correspondant est choisi d’après le site du constructeur d’éléments roulants

SKF. Après plusieurs itérations sur le choix du roulement, le diamètre trouvé est de 85mm

avec pour référence 61817. (Cf annexe F: SKF 61817) La charge dynamique de 19kN pour

ces roulements est suffisante pour supporter les contraintes que subissent les sous pan-

neaux.

Le diamètre étant connu, il est possible de faire une étude d’élément finis au moyen du logi-

ciel de CAO Catia v5 afin de déterminer tous les paramètres de la bielle. L’analyse des élé-

ments finis suivante confirme la faisabilité. La bielle est chargée en position horizontale avec



un vent de 100km/h s’exerçant sur toute la surface du sous panneau. Cela correspond à

mettre un coefficient de sécurité de 2 car en réalité la force de vent maximale s’exerce sur

une moitié de surface de sous panneau:

Figure 24 Eléments finis de la bielle

L’élément permettant de faire la jonction entre la tige de commande et le mat est un élément

sensible de notre architecture. En faisant une recherche sur les choix possibles, le mono rail

de chez Rollon est apparu comme étant un bon choix. Afin de choisir le dispositif qui corres-

pond au mieux, une étude de la charge dynamique que peut supporter le dispositif est effec-

tuée. Le tracker doit avoir une durée de vie de 20 ans. Les efforts maximum que supportent

les patins de la tige de commande doivent être analysés. Le patin choisit supporte les mo-

ments des forces agissant sur le patin. Ainsi le mono rail Ref MRS45 ayant les caractéris-

tiques suivantes est choisi :

Dynamique

(N)

Statique

(N) Mx (N.m) My (N.m) Mz (N.m)

MRS45 65000 105000 2363 1378 1378

Tableau 7 Tableau des caractéristiques du patin/mono rail MRS45

Dans notre cas ça sera le rail qui fera office de tige de commande et les patins seront

liés au mât. Il faut maintenant déterminer le nombre de patins à mettre afin que le rail ne flé-

chisse pas trop. Les patins sont disposés de telle sorte qu’en position matinale ( ) ils



se retrouvent sous la bielle. Les calculs de flèche du rail justifient qu’il faut au moins 4,1 pa-

tins pour que cela convienne. 5 patins garantissent au système une meilleure robustesse.

Tableau 8 Classe de précision du rail

Le tableau ci-dessus donne les précisions disponibles. Cela convient pour le cas du

tracker. Il est ainsi possible de rester suffisamment précis malgré la présence de rail de di-

mension 4000mm.

L’élément de machine assurant la liaison pivot azimutale a été déjà choisi. En effet,

cet organe fait partie de la motorisation selon l’azimut.



3.8 Influence des défauts

Impact des défauts sur la capacité des sous panneaux à rester dans un cône de tolérance

de 1°

Il faut vérifier que le choix d’un seul actionneur pour commander tout les sous panneaux est

possible. Un inclinomètre est disposé sur un seul sous panneau dit de référence. Une étude

de l’impact de défauts sur la capacité des autres sous panneaux à rester dans un cône de

tolérance de 1° est à mener.

Les défauts peuvent être les suivants :

1- Variation de la longueur de la tige de commande. Ce défaut provient à la fois d’un dé-

faut lié aux déformations de la tige et au défaut de positionnement d’un sous pan-

neau par rapport aux autres

2- Jeu dans la liaison entre la tige de commande et la bielle

3- Variation de la longueur de la bielle

4- Jeu dans la liaison entre la bielle et la tige de commande

5- Variations des dimensions du sous panneau. Ce défaut provient des déformations

que subissent les sous panneaux.

6- Jeu dans la liaison entre le sous panneau et le mât.

7- Variation des longueurs du mât

8- Jeu dans la liaison entre le mât et le bâti

D’après une première étude, il a plus de 8 types de défauts dans notre système. En partant

de l’hypothèse que le le même jeu maximal est attribué à chaque jeu. Et que chaque jeu

peut s’exprimer en degrés.

Soient l’erreur maximale autorisée, N le nombre de défauts possibles et le défaut ad-

missible pour un jeu.

La loi expérimentale suivante traduisant l’impact de chaque jeu sur le jeu global s’écrit de la

sorte :

∑



Il faut laisser une marge de 90% des 1° de tolérance pour l’établissement de la loi de com-

mande.

Donc

√

Il est intéressant de savoir combien un défaut de d’angle au niveau de la bielle/tige de com-

mande engendre d’erreur angulaire.

( ) ( )

D’où

( ( )

) (

( )

)

Ainsi pour trois couplets de valeurs de et un de :

(°) (°)

12 0,65614944

45 0,025123001

90 0,020833589

Il faut alors déterminer combien un de entraine comme erreur sur la variation

de la longueur x de la tige de commande.

√ ( ( )

√ ( ( ) √ ( ( )


(°) (mm)

13 1,17850987



45 0,388047816

89 0,19127834

Il faut déterminer combien un de entraine comme erreur sur la variation de la

longueur c de la bielle. Ainsi :

( ) ( )

Il est acceptable de poser l’hypothèse qu’une variation de c engendra seulement une varia-

tion de .

Ainsi,

( ( ) ( ))

( )


(°) (mm)

12 0,067152223

45 0,265418671

90 0,646906246

Il faut déterminer combien un de entraine comme erreur sur la variation de la

longueur e du mât. Or :

( ) ( )

Il est possible de considérer là aussi que est constant lorsque e varie.

Par conséquent,

( ( ) ( ))




(°) (mm)

12 0,067347148

45 0,228786353

90 0,323453123

Il est nécessaire de déterminer combien un de entraine comme erreur sur la

variation de la longueur h’ du sous panneau. Encore une fois :

( ) ( )

Il est acceptable de considère la aussi que est constant lorsque h’ varie.

D’où,

( ( ) ) (

( )

( ))


(°) (mm)

12 0,068860754

45 0,323752289

89 17,89875878

Par conséquent en lorsque est élevé les paramètres jouant beaucoup sur une erreur

d’élévation sont et la longueur de la tige. Par contre lorsque est faible les paramètres

influant sur une erreur d’élévation sont la longueur de la bielle, e et la hauteur du demi sous

panneau.

L’éclairement du soleil est plus fort lorsque l’élévation est proche de 90°. C’est là qu’il est

possible de récupérer le plus d’énergie. Il faut donc assurer le plus de précision.

Il faut alors considérer que les paramètres jouant le plus sur la précision sont la liaison

bielle/mat et la longueur de la tige de commande.



3.9 Etude dynamique

Cette étude a pour but de caractériser dynamiquement l’architecture complète.

Avec 0 le bâti, 1 le mat, 2 le sous panneau N, 3 la bielle et 4 la tige de commande

Soit le référentiel terrestre considéré galiléen. Les repères sont définis de la manière sui-

vante :

( )

( )

( )

De une rotation est faite selon l’axe z de –α. De une rotation est effectuée se-

lon l’axe y de -.{Sous-panneau N} isolé :

Les efforts qui s’appliquent sur le sous-panneau N :

- Vent :

{ } {

}

Avec M un point quelconque du sous panneau.

1 2

3 4

0

𝑃 (𝐵𝑁 𝑦 )

𝑃 (𝑂 𝑧 )

𝑃 (𝐶𝑁 𝑦 )

𝑃 (𝐷𝑁 𝑦 )

𝑃𝐺 𝑃𝑁 𝑥 )



Le vent est modélisé par une force s’exerçant sur un coin du sous panneau N. Soit L’ la lon-

gueur du sous panneau N et

( ( ) ( ) )

Ainsi,

{ }

{

( )

( ) ( )

( )

}

La force du vent s’exprime de la façon suivante :

C'est-à-dire que la force du vent s’exerce normalement au sous panneau N.

Par conséquent,

{ }

{

( )

}

- Pesanteur : En supposant que le centre de gravité d’un sous-panneau N se trouve au

niveau de BN.

{ } {

}

- Action du mat sur le sous-panneau N :

{ } {

}

- Action de la bielle sur le sous panneau N :



{ } {

}

D’après le schéma du dispositif, ( ( ) ( ) )

D’où

{ } {

( )

( ) ( )

( )

}

Or le torseur d’accélération pour le sous panneau N s’exprime de la façon suivante :

{ } {

}

Par conséquent,

{

( )

( ) ( ) ( )

( )

Le sous panneau N ne peut tourner que selon .

Ainsi .

Donc,

{

( )

( ) ( ) ( )

( )



{Bielle N} isolé :

Hypothèse : L’effet du vent sur la bielle N est négligé :

Pesanteur :

{ } {

}

- Action du sous panneau N sur la bielle N :

{ } {

}

- Action de la tige de commande sur la bielle N :

{ } {

}

Ces torseurs en s’écrivent de la manière suivante :

√

(

( )

)

( )

D’où,

{ }

{

√

(

( )

)

}

D’après le schéma,

√ ( ( )) ( ( ))



Donc

{ } {

( ( ))

√ ( ( )) ( ( ))

√ ( ( ))

}

Or le torseur d’accélération pour la bielle N s’exprime de la façon suivante :

{ } {

}

Par conséquent,

{

( ( ))

√ ( ( )) ( ( ))

√ ( ( ))

{Tige commande} isolée :

Hypothèse : L’effet du vent sur la tige de commande est négligé

- Pesanteur :

{ } {

}

Hypothèse : Toutes les bielles se comportent de la même façon.

- Action des bielles sur la tige de commande :

{ } {

}

{ } {

}



{ } {

}

{ } {

}

Hypothèse : Les torseurs des actions mécaniques liés à l’action du mat sur la tige de com-

mande sont identiques mais s’expriment en des points différents.

- Action du mat sur la tige de commande :

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

- Action du vérin sur la tige de commande :

{ } {

}

Les torseurs s’écrivent pour cette pièce en .

D’après le schéma,



Ainsi,

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}



{ } {

}

Or le torseur d’accélération pour la tige de commande s’exprime de la façon suivante :

{ } {

}

Par conséquent,

{

( ) ( )

( ) ( )

On isole le {Mat} :

- Pesanteur :

{ } {

}

- Action du bâti sur le mat :

{ } {

}

- Action de la tige de commande sur le mat :

{ } {

}

{ } {

}



{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

Les torseurs s’écrivent au point O

D’où

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

{ } {

}

Or le torseur d’accélération pour le mat s’exprime de la façon suivante :

{ } {

}



Par conséquent,

{

∑( )

∑( )

∑(

)

Ainsi la modélisation de toute la dynamique du système est effectuée. Pour résoudre au

mieux ce système il faut passer par une analyse des frottements et des efforts dans les liai-

sons qui se fera lors des phases de tests.

3.10 Loi entrée-sortie

Fermeture de chaîne :

En posant l’équation de fermeture de chaîne sur le dispositif suivant, on peut trouver la loi

d’entrée sortie du système :

( ) √ ( ( ) )

On considère le référentiel terrestre supposé galiléen. Le système {Tracker Solaire}

est soumis à l’action du vent, à la réaction du sol et à l’action de la pesanteur.

Hypothèses:

On considérera que la force du vent est une force s’exerçant dans la position du panneau la

plus défavorable, pour un vent de 100 km/h et s’appliquant normalement à l’arête (haute ou

basse). On considérera que l’action du vent ne s’exerce que sur le panneau comportant les

modules.

Une feuille de calcul sous le logiciel de calcul Matlab a été faite afin d’étudier la loi de sortie

du vérin en fonction des paramètres géométriques. Pour une première itération, on réalise

des simulations en prenant pour hypothèse que l’élévation minimale est nulle ce qui est le

cas le plus défavorable.



3.11 Etude par éléments finis

Afin de valider et d’optimiser les géométries, mais aussi de vérifier que le poids et les efforts

extérieurs n’engendrent pas de déformations impactant le cône de tolérance, on effectue des

simulations par éléments finis.

La pièce qui supporte les modules est appelé « support de modules ».Cette pièce est

composée de 6 compartiments pouvant accueillir 2 modules. Il est possible, compte tenu de

la conception initiale, de mettre un support tous les 2 modules, soient environ tous les 3,5m.

Chaque module pesant 57kg, et un vent de 100km/h générant un effort de 850N, on consi-

dère une masse équivalente de 140 kg par module (module-barres). Deux barres portent

chaque module d’où un équivalent de 70 kilos environ par barres de soutient (voir figure ci-

dessous)

Figure 25 : Double compartiment du support de modules

Les barres qui constituent le support global des modules ont été réalisées sous CAO

en poutres pleines. Elles ne représentent pas fidèlement la réalité car les poutres à utiliser



sont des poutres creuses (coté 50mm et 3mm d'épaisseur). Toutefois, pour faire des calculs

de flèche, ceci n'est pas vraiment un problème car la flèche dépend essentiellement de la

section de la poutre. Cependant, pour les contraintes, il est nécessaire de calculer une sec-

tion équivalente pour être représentatif.

Le support peut accueillir jusqu'à 5 points de contact avec le mat (Voir figure ci-dessous). Le

but est d’avoir une flèche minimale avec un poids minimal en ayant un minimum de points de

contact avec le mat (diminution du nombre de liaisons à réaliser). L'erreur de positionnement

des modules par rapport à la position souhaitée (surface orthogonale aux rayons) est donc

diminuée.

Le support est rigidifié afin de diminuer ces flèches.

Figure 26 : Positionnement possible des appuis entre le support de module et le mat

Six solutions sont possibles. Ces solutions sont symétriques afin de répartir équitablement

les efforts. Cette pièce, modélisée en vrai grandeur en CAO, est soumise à des simulations

par éléments finis. Les appuis sont créés et le chargement appliqué en fonction des configu-

rations.



Les résultats obtenus sont reportés dans le tableau ci-dessous (Rendus en Annexe B):

Contacts Flèche maximale Equivalent erreur d’angle

1 contact avec le mât, au

centre 200mm 1,14°

2 contacts avec le mât,

proches du milieu 50mm 0,41°

2 contacts avec le mât, éloi-

gnés 15mm 0,12°

3 contacts avec le mât, un au

centre et 2 proches du centre 45mm 0,40°

3 contacts avec le mat, un au

centre et 2 éloignés 3mm 0,05°

5 contacts avec le mât, sur

tous les points de contact 3mm 0,05°

La flèche minimale est obtenue pour une configuration avec 3 contacts : un au centre et

deux éloignés.



4 Position de sécurité

Afin de déterminer une position de sécurité, 4 critères de choix ont été utilisés :

- La position de sécurité est fonction de la direction de provenance du vent

- La prise au vent du panneau en position de sécurité avec une direction du vent la

plus défavorable.

- La difficulté de mise en position de sécurité

- La conception supplémentaire spécifique

Deux positions de sécurité possibles ont été étudiées. Ces positions sont des positions sin-

gulières dans l’utilisation du tracker : β=0° ou β=90°. Les cas correspondants aux autres β

peuvent être obtenus par combinaisons des deux autres positions. Ces deux positions sont

donc :

Panneau horizontal (β=90°)

Panneau vertical (β =0°)

Pour l’étude de ces 2 positions, on fait l’hypothèse que le vent est horizontal.

4.1 Panneau horizontal

La position horizontale (élévation à 90°) offre des avantages et des inconvénients :

- Le panneau ne nécessite pas d’orientation spéciale de la liaison azimut afin de résis-

ter au vent de manière optimale.

- En position horizontale, seule la tranche du panneau fait prise au vent, ce qui est mi-

nime comparé aux 80m² de surface disponible.

- En cas de vent, la mise en position de sécurité peut poser quelques problèmes. En

effet, en cas de vent « arrière » (suivant –X1), la force nécessaire afin de mettre le

panneau en position de sécurité est supérieur à l’effort nominal. Cependant, en cas

de vent de face (suivant X1), ce dernier aura tendance à aider le panneau à se

mettre en position de sécurité.

- Afin de mettre le panneau en position horizontale, le vérin devra avoir une course lé-

gèrement plus longue que celle prévue pour son utilisation normale. Toutefois, c’est

la seule chose qui devra être adaptée

4.2 Panneau vertical

La position verticale (élévation à 0°) offre également des avantages et des inconvénients :



- En position vertical, le panneau devra être libre autour de l’axe Z afin de pouvoir se

mettre dans le vent, telle une girouette. Toutefois, en cas de bourrasque de vent,

l’inertie du panneau va l’empêcher de réagir rapidement et celui-ci risque d’être dété-

rioré, voire même détruit.

- En position défavorable (cas de bourrasques), la prise au vent est importante (vent

orthogonal au panneau).

- De la même manière que pour la position horizontale, la mise en position de sécurité

peut être plus ou moins difficile selon la provenance du vent.

- Afin de mettre le panneau en position verticale, il est probablement nécessaire

d’agrandir la course du vérin afin de pouvoir atteindre la position verticale (Elévation

minimum entre 10 et 20 degrés). De plus, le fait de libérer le panneau autour de son

axe d’azimut demande de prévoir un système de débrayage supplémentaire, qui peut

éventuellement entraîner une erreur en azimut. Le fait de libérer les axes d’azimut

crée une insécurité pour le personnel qui pourrait être dans le parc à ce moment-là.

La solution la plus avantageuse qui fut retenue est la position de sécurité horizontale (éléva-

tion à 90°).



5 Motorisation

Comme tous les systèmes automatisés, le tracker du projet nécessite des systèmes de

motorisation offrant couple et vitesse pilotable pour suivre le soleil. Afin de trouver un sys-

tème de motorisation adapté au tracker, une analyse des éléments relatifs impactant ce sys-

tème a été réalisé :

Figure 27 - Schéma d’analyse de motorisation

La chaine mécanique est très importante dans le choix d’un système de motorisation.

Dans la partie conception préliminaire, le choix d’une structure mécanique classique repose

sur le principe « azimut-élévation ».

5.1 Motorisation de l’élévation

Un choix préliminaire adapté du vérin, doit se faire en fonction des paramètres de la

motorisation et de l’élévation à savoir (effort max et moyen sur le vérin, course de la tige du

vérin, etc..).

Conversion

Elec-

trique/Méc

Elec-

trique/Elec

trique

Comparateur

Régulateur

Consigne

GEMMA (Cycle marche/arrêt)

Norme (sécurité personnel, CEM)

Charge de vent

Energie électrique

IP. Sécurité du matériel (agitions, météo, etc.)

Chaine

méca-

nique fixe

Connaissance

Produit international

Vitesse Courant



Figure 28 – Schéma des efforts

Voici tout d’abord les efforts agissants sur la structure d’élévation :

Effort de vent.

Gravite de panneau et le châssis.

Effort de la bielle.

Effort du vérin.

L’effort exercé par la bielle est produit par le vérin.

Le couple produit par l’effort exercé par la bielle dépend essentiellement de la distance entre

l’axe d’élévation et la bielle.

La gravité étant sur le même axe de l’azimut, donc son couple est nulle.

Le couple fournie par l’effort du vent dépend de l’angle entre le panneau et l’axe horizontal.

Au cours d’un fonctionnement dynamique, lorsque le panneau tourne (accélération ou décé-

lération) par rapport l’axe d’élévation, il faut prendre en compte le moment d’inertie.

Gravité

Effort de bielle

Effort de vérin

Effort de vent



5.1.1 Hypothèses

Hypothèses sur le vent

- Direction de vent

Afin d’estimer l’effort du vent sur le panneau, il faut supposer une direction de vent ainsi

qu’une vitesse constante pour simplifier le calcul.

Donc, on suppose que la direction de vent est toujours normale aux panneaux, bien que

quand le panneau tourne par rapport l’axe d’élévation. Cette hypothèse est défavorable car

elle permet d’avoir une marge de sécurité concernant l’effort du vérin. Comme indiqué dans

le graphe ci-dessous, l’effort du vent est uniformément distribué sur la moitié de la face supé-

rieure du panneau:

Figure 29 – Schéma d’effort uniforme de vent

- Vitesse de vent maximum

Pour estimer la valeur exacte de l’effort du vent, la vitesse est supposée constante.

D’après le cahier de charge, le vérin doit fournir un grand effort pour mettre le panneau en

position de sécurité lorsque la vitesse du vent dépasse 100km/h. Sachant que la mise en

position de sécurité du panneau nécessite 30 secondes, on suppose qu’on est dans le cas le

plus défavorable , c’est-à-dire une vitesse du vent atteignant 130km/h pendant ces 30 se-

condes. Par conséquent, la vitesse du vent maximale pour calculer l’effort maxi de vérin est

égale a 130km/h.

Effort de vent



- Vitesse de vent moyenne annuelle

La vitesse du vent est variable et impact beaucoup sur l’énergie consommé par le vérin.

Donc pour estimer l’énergie consommée annuelle par le vérin, il faut tout d’abord supposer

une vitesse de vent moyenne annuelle.

Voici la carte des vitesses moyennes annuelles des vents au Maroc et plus précisément

à Ouarzazate :

Figure 30 – Carte des vents du Maroc

D’après la carte ci-dessus, la vitesse moyenne annuelle des vents à Ouarzazate est

entre 3 et 4 m/s, soit environ 10km/h.

Hypothèses sur le panneau

La détermination du moment d’inertie du panneau est indispensable pour le calcul de l’effort

maximum du vérin et l’énergie annuelle consommée de la motorisation de l’élévation.

Chaque tracker comporte quatre sous-panneaux de modules avec les dimensions suivantes :

Longueur=20,4 m

Hauteur= 1,05 m

Epaisseur= 1 m

Poids total = 6 Tonnes.

Ouarzazat



Figure 31 - Dimensions du panneau

Figure 32 – Schéma mécanique

5.1.2 Paramètres de vérin

Calcul d’inertie

0,525m

0,525m

20,4m

1m

X

Z

Y

ω 1

Vvérin

ω 2



∫

∫ ∫ ( )

Calcul de vent

On utilise une approximation au moyen de la formule suivante :

F=0.5*Cx*ρ*A*V2

Avec Cx un facteur de profile qui égale à 1 quand le profil est rectangulaire.

Densité du panneau et châssis ρ : 70,13 kg/m^3

Facteur de profile Cx : De 1 à 1,1

Surface du panneau A : 20,4*1,05*4=85,68m^2

Vitesse relative V : 130km/h (supposé dans l’hypothèse de la

vitesse maximum de vent)

Calcul d’effort sur le vérin :

Voici les paramètres utilisés pour déterminer les efforts sur le vérin

Figure 33 – Schéma des paramètres de calcul

α

β γ H

a

l

x



( )

(

)

( )

( )

(

) ( )

( )

Le choix du vérin prend en compte l’effort du vent à 130km/h.

Le choix du frein prend en considération l’effort du vent de 200km/h car d’après le cahier de

charges, le tracker doit résister à une rafale de 200km/h.

Le calcul de l’énergie consommée annuelle par la motorisation de l’axe de l’élévation est en

fonction de l’effort du vent de 10km/h.

Calcul de la course du vérin :

( ) √

√

La course des vérins standards se situe entre 0 et 1,5m . Pour subvenir au besoin d’une

course supérieure à 1,5m, il faut passer une commande avec notamment un cout plus élève

ainsi qu’une vitesse de sortie plus lente en raison d’un poids plus grand de la tige.

5.1.3 Matrice de choix

Type Course Puissance Normal

Vitesse de tige

Effort normal

Précision de positionnement

Note total

Vérin électrique de 50mm à 1500mm 4 3 3 3 4 62

Vérin hydraulique de 30mm à 900mm 3 4 1 4 2 51



Vérin pneuma-tique

de 20mm à 150mm 1 1 4 1 1 27

Correspondance des notes

Critères Pondération 1-4

très bien 4

Course 4

bien 3

Puissance 3

moyen 2

Vitesse 3

mauvais 1

Effort 4

sans données 0

Précision 4

D’après le cahier de charge, le choix du vérin repose essentiellement sur la précision de + /-

0,5° pour le suivi du soleil.

Mais dans la matrice de choix, et en plus de la précision, la course et l’effort normal du vérin

leur ont été affectées les plus hautes pondérations pour faire le bon choix du vérin

Le produit retenu qui satisfait le plus les critères techniques est celui de SKF :

Figure 34 : Vérin choisi et son variateur

Performance de produit de SKF

Nos critères plus importants

Effort Normal 63.9 kN 50,53kN

Type d’asservissement

En position En position

Course De 0 à 1000 mm 500 mm

Puissance normale 6.8 kW 577 W

Durée de vie 36,25 ans > 20 ans



Tableau 9 : performance de vérin et ses critères

Le vérin SKF retenu propose un frein intégré ce qui permet de se dispenser de la recherche

de ce composant.

Ce vérin utilise une vis à rouleaux avec un rendement de transmission élevé de 80%) ce qui

permet d’économiser l’énergie.

SKF propose également un variateur qui pilote le vérin en position d’où la facilité de son utili-

sation.

5.1.4 Avantages d’utiliser un vérin pour motorisation de l’axe d’élévation

D’après le modèle CATIA, le système de motorisation est installé directement sur le support.

L’axe d’azimuth supporte donc toute la masse du tracker et il faut un système de motorisa-

tion simple et léger à installer de l’axe d’azimut.

Figure 35 : un graphe de modèle du tracker sous CATIA

Figure 36 : Emplacement du vérin dans le tracker

Vérin électrique

Support L’axe

d’azimut



D’après l’analyse de la trajectoire du Soleil, la vitesse de rotation du panneau par rapport

l’axe d’élévation est très faible. En supposant une sortie de vitesse de rotation d’un moteur

rotatif, la courbe de sortie de vitesse est la suivante.

Figure 37 Vitesse de rotation du panneau par rapport à l’élevation

Il faut noter que la sortie de vitesse moyenne est 0.1°/s. Avec un moteur rotatif de

Leroy Somer qui fonctionne à une vitesse nominale de 320 tours/minute, il faut un réducteur

avec un rapport 19200. Sachant que plus le rapport de transmission est élevé, plus

l’efficacité de transmission diminue. Par ailleurs, un rapport de réduction de 19200 est diffi-

cile à trouver ou le poids et l’encombrement sont trop élevés. Il n’est donc pas possible de

retenir cette solution.

Si un torque moteur est utilisé avec une vitesse de rotation nominale 50 tours/minute,

le rapport du réducteur doit être de 3000. Par ailleurs, un torque moteur a besoin d’un sys-

tème de refroidissement en liquide. C'est-à-dire que si cette solution est retenue, il faut ins-

taller une alimentation supplémentaire de liquide. Là encore, cette solution ne peut être rete-

nue.

En revanche, si un vérin électrique est utilisé comme la motorisation de l’axe d’élévation, il

doit transmettre un grand effort avec une précision de positionnement assez importante.

Cette solution est donc simple à utiliser. Et d’après le document de SKF, l’efficacité de

transmission du vérin peut arriver à 80%. C’est donc ce choix qui sera retenu.



5.2 Motorisation de l’azimut

5.2.1 Hypothèses

Hypothèses sur le vent

Pour estimer l’effort de vent sur le panneau, on suppose que :

La direction du vent est toujours normale au panneau en fonction de sa rotation ;

La vitesse maximum de vent quand le moteur fonctionne est 100km/h ;

La vitesse moyenne annuelle de vent est 10km/h [L1];

Le panneau est supposé que toujours en position verticale ;

La surface en face de panneau est juste une moitié de panneau par rapport de l’axe

azimut.

Dans le schéma de liaison ci-dessous, la structure d’élévation est négligée, seules les liai-

sons pour l’azimut sont présentées.

Figure 38 : Direction du vent (azimut)

Panneau

Vent

1,05m

10,2m

1m

10,2m



Hypothèses sur les panneaux

Le centre du panneau étant sur l’axe de rotation, les mêmes hypothèses que pour l’élévation

sont conservées.

Figure 39 : Inertie du panneau (azimut)

Hypothèse sur frottement

La vitesse moyenne de rotation de sortie de l’ordre de 0,03 °/sec sur l’axe d’azimut.

La vitesse minimale d’un moteur asynchrone de Leroy Somer est égale à 320 tr/mn [L4].

Donc le moteur est piloté avec une vitesse de 320 tr/mn, et il faut un rapport de réduction de

5760, soit 2 rapports de réduction équivalents à 160*36.

On remarque que lorsqu’on dispose d’un réducteur avec un rapport de 36, l’efficacité de

transmission est de 40% C'est-à-dire qu’il y a 60% d’énergie consommée par les frottements

[L5].

Donc il faut que 30% du couple soit délivré par le moteur pour vaincre les frottements :

X

Y

Z

1,05m

10,2m

10,2m

Pivot d’axe azimut

1m



Hypothèses sur temps de marche de moteur :

Temps de marche du moteur la plus élevée.

Accélération et décélération plus petite.

Moment d’inertie du panneau plus petit.

Couple moteur moindre.

Dimensions du moteur pas élevées

Avec une vitesse constante du moteur égale à 320 tr/mn + vitesse constante du panneau,

Le temps de marche du moteur est plus petit

L’angle de rotation du moteur pendant 6s plus petit.

Rapport de réduction plus petit.

Dimensions du réducteur plus petit

Temps de marche de moteur Ti (s) 6

Temps de cycle T (s) 30

5.2.2 Paramètres du moteur de l’azimut

Calcul d’inertie

∫

( ) ∫ ∫ ( )

Le moment d’inertie n’est pas négligeable car lorsque le panneau tourne, sa vitesse de rota-

tion augmente ou diminue.

Calcul du vent

On utilise une approximation au moyen de la formule suivante :

F=(1/2)*Cx*ρ*A*V^2.[L2]

Avec Cx un facteur de profile qui égale à 1 quand le profil est rectangulaire.

.



Densité du panneau ρ : 37,13 kg/m^3

Facteur de profile Cx : De 1 à 1,1

Surface de panneau A : 9,45*8,55=80,8m^2

Vitesse relatif V : 100km/h

Le couple nominal du moteur choisi doit être supérieur au couple calculé en utilisant l’effort

du vent de 100 km/h. Pour le choix du frein du moteur, on utilise la valeur calculée en utili-

sant l’effort du vent de 200 km/h pour assurer la résistance du tracker à une rafale de

200km/h.

Les courbes du couple, vitesse de rotation et puissance

Figure 40 : Courbe de vitesse du moteur (azimut)

La courbe de la vitesse de rotation du moteur de l’axe d’azimut a une forme sinu-

soïdale. Ce type de consigne permet d’atténuer les chocs d’accélération et de décélération

sur le panneau et l’arbre de moteur.



Figure 41 : Courbe du couple du moteur (10 km/h)

Figure 42 : Courbe de couple du moteur (100 km/h)

D’après la courbe ci-dessus, le moteur fournit un couple sinusoïdal s’opposant aux couples

du vent, frottement et au moment d’inertie. Dans la phase de décélération, le couple de frot-

tements et celui du vent sont trop grands.

D’après le principe fondamental de la dynamique appliqué au moteur, on obtient :

( )

0,42

1,32

(0,55)

(1,00)

(0,50)

0,00

0,50

1,00

1,50

0 1 2 3 4 5 6 7

Couple (N*m)

Couple (10km/h)

38,14

39,07

37,20

37,00

37,50

38,00

38,50

39,00

39,50

0 1 2 3 4 5 6 7

Couple (N*m)

Couple (100km/h)



( )

Figure 43 : Courbe de puissance du moteur (azimut) pour vent 10km/h

Figure 44 - Courbe de puissance du moteur (azimut) pour vent 100km/h

30,29

-10,93 -15,00

-10,00

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

0 1 2 3 4 5 6 7

Puissance (W)

Puissance (Vent 10km/h)

1278,69

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

0 1 2 3 4 5 6 7

Puissance (W)

Puissance (Vent 100km/h)



La puissance étant égale à la vitesse de rotation*couple du moteur. On utilise la courbe de

puissance déterminée à un vent de 10km/h pour calculer ensuite l’énergie consommée par le

moteur. On utilise la valeur maximum,1278,69W obtenue avec la courbe de puisance sous

un vent de 100km/h. Cette valeur est ensuite utilisée pour préciser le choix du moteur. Le

puissance nominale du moteur qu’on veut doit être supérieure à 1278,69W.

5.2.3 Matrice de choix du moteur

Nature de la motorisation

Puissance en kw

Mainte-nance

Convertisseur et composant

Présence de capteur

Temps limite, ou période

Cout

MAS sur le secteur en

direct

1kW → 10MW

/ / / ~ 1 sec. -

MAS asso-ciée à un

onduleur sca-laire

1kW → 10MW

/ AC/AC IGBT / < 1 sec. +

MAS asso-ciée à une commande vectorielle

1kW → 10MW

/ AC/AC IGBT Position θ rotor < 1 sec. ++

MACHINE SYN-

CHRONE autopilotée

1kW → 100kW

/ AC/AC IGBT Position θ rotor < 0,1 sec. ++

MCC asso-ciée a un

redresseur

10kW → 100kW

Avec Redresseur AC/DC

Vitesse : Géné-ratrice tra-

chymetrique

100ms→quelques sec.

+++

MCC asso-ciée à un hacheur

10W → 10kW

Avec DC/DC Vitesse : Géné-ratrice tra-

chymetrique

10ms→quelques sec.

+++

Tout d’abord, tous ces moteurs peuvent offrir une puissance assez importante, supérieure à

1,2kW. Comme nous voulons diminuer le coût sur maintenance sur 20 ans, les machines à

courant continu ne conviennent pas vraiment à l’utilisation de ces moteurs dans un désert. Il

faut également que l’entreprise achète 150 moteurs il y a beaucoup d’argent à investir. Le

coût est donc un facteur déterminant dans le choix de moteur. D’après ces caractéristiques,

les machines asynchrones conviendront le mieux à l’application.

5.2.4 Le moteur, réducteur choisis

Un moteur à vitesse variable avec un réducteur a été choisi. Ce sont les produits de Leroy

Somer sont les plus aptes à remplir la fonction. L’avantage de prendre les produits d’une

même entreprise est qu’il est facile de monter l’ensemble et de communiquer entre les diffé-

rents ensembles.



Figure 45 : Variateur + moteur + réducteur [L4],[L6]

Les critères importants et les performances correspondant à ce produit sont dans le tableau

suivant :

Performance de produit de LS

Nos critères plus importants

Couple nominal 49,4 N*m 39,07 N*m

Puissance nominal 4 kW 1278W

Type d’asservissement

Vitesse ou couple Vitesse

Tableau 10 : Performances et critères du vérin

Pourquoi les produits de Leroy Somer ont été choisis ? C’est parce que LS propose un en-

semble de produits comprenant les moteurs avec ses variateurs et réducteurs. Le réducteur

proposé par LS a un rendement très élève, soit de 95% à 97%. L’entreprise utilise également

des bus standards pour communiquer entre les éléments : CAN open et PROFIBUS.



5.2.5 Un réducteur supplémentaire de roue et vis sans fin

Figure 46 Vitesse moteur en fonction du temps

Le panneau tourne à la vitesse d’1°/6 sec, et le moteur est piloté par une vitesse sinusoïdale

comme l’indique la courbe ci-dessus. Afin de déterminer le rapport total du réducteur, il faut

déterminer de combien de degré le moteur tourne-t-il pendant 6 secondes et me comparer

avec 1° pour obtenir le rapport total de réduction. Voici donc l’angle de rotation du moteur

pendant 6 secondes :

∫

(

)

Donc, on obtient :

La sortie en vitesse sur l’axe d’azimuth est de 0.167°/s or le moteur a une vitesse nominale

de 320 tours/min [L4e]. Le moteur est piloté par une vitesse sinusoïdale. D’après les calculs

319,86

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

0 1 2 3 4 5 6 7

Vitesse (rpm)

Temps (s)

Vitesse de moteur



précédents, il faut que le réducteur soit de 5760 :1. Comme l’entreprise Leroy Somer, a un

rapport de réduction maximal de 160[L7], il faut un réducteur supplémentaire de 36 :1

Un réducteur roue vis sans fin a été choisi avec une couronne pour assurer le bon rapport de

réduction.

Figure 47 : réducteur de roue et vis

D’après notre calcul, si on utilise un moteur avec frein plus un réducteur d’engrenage qui a

un rendement de 70%, l’énergie consommée annuel par cette solution doit être 10,54

kW*h/tracker. En revanche, si un moteur sans frein plus un réducteur de roue et vis sans fin

qui a un rendement de 40% est utilisé, l’énergie consommée annuel par cette solution doit

être juste 1,42kW*h/tracker. Evidemment, il est préférable d’utiliser la solution d’un moteur

sans frein plus un réducteur de roue et vis, pour économiser de l’énergie.

L’absence de freins s’explique parce que la vis peut entrainer le roue mais le roue ne peut

pas entrainer le vis [L8], ce qui est le plus grand avantage d’un réducteur de roue et vis sans

fin.

De plus, d’après le document du produit, le réducteur de roue et vis sans fin donne une pré-

cision de 0,03° [L5]. La charge axiale maximale est de 970kN et la charge radiale maximale

de 390kN [L5]. Le réducteur est donc bien dimensionné à cette application.



5.3 L’énergie consomme annuel

5.3.1 L’énergie consommé par motorisation de l’axe d’élévation

D’après le calcul, la moyenne journalière d’angle d’élévation est de 53,71°. Donc, en utilisant

cet angle, on obtient une moyenne d’énergie consommée par jour égale à 0,03kWh. D’après

la documentation du vérin, la puissance du frein intégré est égale à 2kW. La moyenne

d’énergie consommée journalière est de 0,08kWh. Il en découle que l’énergie annuelle con-

sommée par le moteur d’élévation est de 38.82kWh. Il suffit de procéder au même calcul

pour l’axe d’azimuth.

5.3.2 L’énergie consommé par motorisation de l’axe d’azimut

D’après le calcul, la moyenne journalière d’angle d’élévation est de 180.45°. Donc, en utili-

sant cet angle, on obtient une moyenne d’énergie consommée par jour égale à 0,002kWh.

Comme il y a utilisation d’un réducteur plantaire (roue et vis) pour transmettre la rotation sur

l’axe de moteur à l’axe d’azimut, il n’y a pas besoin d’un frein sur l’axe d’azimut. Il en découle

que l’énergie annuelle consommée par le moteur d’azimuth est de 1.42kWh.

5.3.3 L’énergie consommé annuel totalement (150 trackers)

En sommant l’énergie annuelle consommée par les deux motorisations sur le nombre de

trackers, on obtient :

( )

D’après les calculs effectués précédemment, il est possible de déterminer le rapport énergie

consommé sur énergie produite.

Les moteurs choisis ne consomment pas trop d’énergie par rapport à l’énergie que la ferme

peut produire.



6 GEMMA de la stratégie

6.1 Gemma général

Il est nécessaire de dessiner un GEMMA pour faire la stratégie.

Figure 48 : GEMMA général

6.2 Spécifications GEMMA

6.2.1 Cycles importants

Sur la stratégie, il y a 2 principaux cycles :

1. Cycle de la production normale 2. Cycle d’arrêt d’urgence

6.2.2 Les conditions

Voici les conditions :

S0 : Position de sécurité

S1 : Position de début de cycle.

H0 : Heure de démarrage de ce jour ou est calculée et déterminée par le programme.

H : Heure d’arrêt du système

V1: V vent<80 km/h pendant Δt=5mn



auto : Un bouton-tournant à manette à 2 positions fixées (auto-manu)

df : Défauts (capteurs/tension/intensité…)

au : Arrêt d’urgence.

Clé : Clé d’inhibition.

6.2.3 Les étapes

F1 : Production normal

F2 : Déplacer le tracker vers la position S1 de début de cycle en 30 secondes.

F6 : Etape de réglage et étalonnage

A1 : L’étape initiale

A2 : Lorsque l’arrêt est demandé, le système finit le cycle, arrête la production et dé-

place le tracker vers la position de sécurité.

A3 : Lorsque l’arrêt est demandé, le système arrête la production et déplace le track-

er vers la position de sécurité en 30 secondes.

A4 : Le système est arrêté en position de sécurité.

A5 : Procéder aux opérations pour la remise en route du système

D1 : Arrêt des mouvements en cours

D2 : Déverrouiller l’arrêt d’urgence et effectuer le traitement permettant le redémar-

rage

6.3 GEMMA sur le cycle de production normale

Le processus du cycle de production normal est tel que le GEMMA suivant le présente :



Figure 49 : GEMMA-Cycle de production normale

Le cycle va commencer si les conditions suivantes sont respectées :

- Le bouton est à la position auto.

- La vitesse du vent est inférieure à 80km/h pendant 5 minutes

- Heure de démarrage du jour calculée et déterminée par le programme.

Le tracker va se déplacer à la position de début du cycle en 30 secondes.SI le vent reste

inférieur à 80km/h, le cycle de production normale va commencer. Cette procédure va conti-

nuer jusqu'à l’heure de fin du cycle. Lorsque l’arrêt est demandé, le système arrête la pro-

duction et déplace le tracker vers la position de sécurité puis revient à l’étape initiale.

Le point important : Durant la procédure de la production normale, si le système est exposé

à des vitesses de vent supérieures à 100km/h pendant 2 minutes, le tracker va se déplacer à

la position de sécurité en 30 secondes.



6.4 GEMMA sur le cycle d’arrêt d’urgence

Le processus du cycle d’arrêt d’urgence est comme le GEMMA ci-dessous :

Figure 50 : GEMMA-Cycle d’arrêt d’urgence

Ce cycle va commencer en conditions d’arrêt d’urgence ou il y a des défauts. Le système va

arrêter les mouvements en cours. Puis, il faut déverrouiller l’arrêt d’urgence et effectuer un

traitement permettant le redémarrage. Lorsque les problèmes sont résolus, le système va se

remettre en position de sécurité.

6.5 FAST et AMDEC sur contraintes liées au vent

Pour éviter de gros dégâts matériels, il faut s’assurer que la détection du vent est fiable. Pour

trouver et choisir la meilleure solution, on a utilisé la méthode FAST et on a fait une AMDEC

sur cette fonction.

6.5.1 Diagramme Fast

Dans un premier temps, on utilise un FAST pour trouver les solutions.



Figure 51 : Diagramme Fast sur la détection

On trouve 3 solutions :

1. Un anémomètre 2. Deux anémomètres de types différents 3. 3 anémomètres de types différents

6.5.2 AMDEC sur les 3 solutions :

Pour pouvoir choisir entre les 3 solutions, on a réalisé une AMDEC

Solution Défaillance Consequences F G D Criticité

Un

Anémomètre

Mauvaises informations Destruction du

tracker

2 7 9 136

Il Tombe en panne 2 7 2 28

Deux

anémomètres

de types

différents

L’un de deux donne une

mauvaise information

Destruction du

tracker

2 7 2 28

Les 2 donnent de mau-

vaises informations simul-

tanément

1 7 9 63

L’un des deux tombes en

panne

2 7 2 28



Les 2 tombent en panne

simultanément

1 7 2 14

Trois

anémomètres

de types

différents

L’un de trois donne une

mauvaise information

Destruction du

tracker

2 7 9 136

Les deux de trois donnent

de mauvaises informa-

tions simultanément

1 7 9 63

Les 3 donnent de mau-

vaises informations simul-

tanément

1 7 9 63

L’un des trois tombes en

panne 2 7 2 28

Les deux de trois tombent

en panne simultanément 1 7 2 14

Les 3 tombent en panne

simultanément 1 7 2 14

Tableau 11 : AMDEC sur les solutions de la détection

C’est la 2ème solution qui fut retenue.



7 Comment assurer la fonction : Suivre le soleil ?

7.1 Définition des angles d’azimut et élévation

Pour connaître la position exacte du soleil en un point géographique sur la terre, les deux

angles azimut et l’élévation sont utilisés.

-L’azimut (α) : Sur le plan horizontal de la terre, c’est l’angle formé entre le soleil et le sud géographique. -L’élévation (β) :C’est l’angle formé entre le soleil et le plan horizontal de la terre.

7.2 Diagramme Fast

Le but du diagramme FAST est de déterminer toutes les solutions possibles. Le choix de la

solution finale se fait avec une matrice de choix suivant différents critères.

β

α



Le diagramme FAST avec les principales fonctions à réaliser pour assurer la fonction

« Suivre le soleil ».

Dans les prochaines parties, les solutions pour les sous-fonctions seront abordées.



7.3 Connaître la position du soleil

7.3.1 Diagramme FAST


Dans toutes les matrices de choix, Les notes varieront comme ci-dessous :

Notes

Très bien 4

Moyen 2

Ne répond pas au CdC 0

-Remarque : Une seule note « 0 » discrimine la solution.

Nous avons également utilisé une pondération pour chaque critère comme ci-dessous :

Pondération

Très important 5

Importance normale 3

Sans importance 1



Position du soleil

Critère Pondération Equations Capteur de luminosité

Mesure de la puis-

sance re-çue

Equations + Capteur de luminosité

Equations + Mesure de puissance

Simplicité 3 4 3 3 2 2

Robustesse 5 4 2 2 3 3

Originalité 2 1 2 3 2 2

Coût 4 4 2 4 2 2

Précision 5 3 0 0 4 4

Econome en énergie

5 4 2 1 1 1

TOTAL 85 0 0 58 58

Pour avoir la note totale, on fait : ∑

La robustesse et la précision sont le critère les plus importants. La pondération est donc

maximale pour ces 2 critères. A contrario, l’originalité n’est pas un critère primordial, donc la

pondération de celui-ci sera de 2.

7.3.3 Solution retenue

Après avoir déterminé la meilleure solution pour connaître la position du soleil, il a fal-

lu choisir la méthode à utiliser.

Pour connaître les angles (azimut/Elevation), il faut connaître la déclinaison magné-

tique. Il faut donc la connaître très précisément.

Il existe des formules simplifiées comme :

-Cooper en 1969 avec une erreur comprise entre [-1,41° ; + 0,43°]

-Perrin de Brichambaut en 1997 avec une erreur comprise entre [-1,9° ; + 0,77°]

La solution retenue est la méthode de Kepler. Elle est assez complexe, surtout pour la

résolution mais permet une très grande précision au final sur les angles de l’azimut et de

l’élévation.



A partir de ceci, un programme Matlab a été développé avec comme données d’entrée :

-La position géographique (Latitude/Longitude). -La date.

-L’heure. -GMT. -N : le nombre de points par heure

Et comme données de sortie : -L’angle de l’azimut en fonction de l’heure par jour. -L’angle de l’élévation en fonction de l’heure par jour. -La vitesse de l’azimut en fonction de l’heure par jour. -La vitesse de l’élévation en fonction de l’heure par jour. -L’élévation maximale pour chaque jour sur une année. -La vitesse maximale de l’azimut par jour sur une année. -La vitesse maximale de l’élévation par jour sur une année.

7.3.4 Domaine de fonctionnement

Pour déterminer les domaines de fonctionnement, on se place à Ouarzazate avec comme

coordonnées géographiques :

-Longitude=-6.8935390 -Latitude= 30.9198700 Quelques courbes utiles :

Figure 52 Azimut / Jour



Figure 53 Elévation/jour



Tableau 12 Domaines de fonctionnement des angles

L’angle minimal de fonctionnement du tracker a été déterminé par rapport à plusieurs cri-

tères comme l’ombre de tracker sur tracker, sous-panneaux sur sous-panneaux, la puis-

sance théorique récupérable. La détermination de cet angle est explicitée dans le rapport

Amplitude du soleil

[Angle min ; Angle max] Amplitude du tracker

[Angle min ; Angle max] Vitesse max

(°/min)

Elévation (β) [0 ; 83] [12 ; 83] 0,22

Azimut (α) [62 ; 297,5] [69 ; 290] 1,76

β

α



7.4 Connaître la position des modules


Figure 54 FAST Position des modules

7.4.2 Matrice de choix pour l’élévation

Position des modules (suivant l'élévation)

Critère Pondération Inclinomètre Codeur

incrémental

Capteur linéaire de translation

Capteur de lumi-nosité

Moteur pas à pas

Simplicité 3 4 4 2

Imp

oss

ible

Imp

oss

ible

Robustesse 4 3 3 2

Originalité 2 1 1 2

Faible coût 2 4 3 1

Précision 5 4 4 4

Répétabilité 5 3 3 3

Non Prise en compte des jeux de fonctionnement du

système

4 4 1 1

TOTAL 85 71 59 0 0



Les critères de répétabilité et de précision sont très importants. En effet, on veut que notre

capteur soit précis (par rapport à notre cahier des charges qui nous impose une précision de

+/- 0,5°), et que la mesure soit répétable (c’est-à-dire que l’on obtient toujours la même va-

leur).

Pour cela, la pondération de ses deux critères sera maximale

7.4.3 Matrice de choix pour l’azimut

Inutile de faire une matrice de choix pour la solution. Pour connaître l’angle de l’azimut de

notre tracker, nous utiliserons un codeur incrémental. C’est le seul capteur qui répond aux

critères.

7.4.4 Solutions retenues

7.4.4.1 Elevation

La solution retenue pour l’élévation est un inclinomètre. Ce capteur est très avantageux

car il permet de mesurer directement l’élévation du panneau ce qui permet d'atteindre de

hautes précisions et de s’affranchir des défauts de montage contrairement à une mesure

indirecte qui doit prendre en compte les jeux de fonctionnements.

Figure 55 Elévation mesurée avec notre inclinomètre

γ

Inclinomètre

Panneau



-Inclinomètre retenu :

Figure 56 : Inclinomètre POSITAL ACS CANopen

L’inclinomètre choisi répond au cahier des charges.

Voici les différents critères importants de notre inclinomètre :

- Précision : 0,1°C

- Plage de mesure : 360°

- Protection : IP 69

- Communication CANopen

- Inclinomètre mono axe

-Datasheet :

http://www.posital.sg/sg/products/POSITAL/AbsoluteInclinometers/AbsoluteInclinometers_A

CS2_HeavyDuty/AbsoluteInclinometers_ACS2_HeavyDuty_CANopen_Webpage_base.html

http://www.posital.sg/sg/products/POSITAL/AbsoluteInclinometers/AbsoluteInclinometers_ACS2_HeavyDuty/AbsoluteInclinometers_ACS2_HeavyDuty_CANopen_Webpage_base.html

http://www.posital.sg/sg/products/POSITAL/AbsoluteInclinometers/AbsoluteInclinometers_ACS2_HeavyDuty/AbsoluteInclinometers_ACS2_HeavyDuty_CANopen_Webpage_base.html



7.4.4.2 Azimut

Figure 57 : Codeur incrémental « Leine Linde »

Le codeur incrémental retenu pour l’azimut est un capteur de la marque « Leine Linde ». Il a

été retenu par rapport aux critères suivants qui répondent au cahier de charges.

- IP 67

- Résolution : 8192 positions par tour (0,044°)

- Précision : +/- 1 position par tour (+/- 0,044°)

- Communication CANopen

-datasheet :

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=gmail&attid=0.1&thid=1342db823168903c&mt=app

lica-

tion/pdf&url=https://mail.google.com/mail/u/0/?ui%3D2%26ik%3D59b19d3866%26view%3Da

tt%26th%3D1342db823168903c%26attid%3D0.1%26disp%3Dsafe%26zw&sig=AHIEtbQ41q

oAPgv7ugrteLcHN643qGFPLw

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=gmail&attid=0.1&thid=1342db823168903c&mt=application/pdf&url=https://mail.google.com/mail/u/0/?ui%3D2%26ik%3D59b19d3866%26view%3Datt%26th%3D1342db823168903c%26attid%3D0.1%26disp%3Dsafe%26zw&sig=AHIEtbQ41qoAPgv7ugrteLcHN643qGFPLw







7.5 Connaître le Nord géographique



La solution retenue est évidemment de mesurer le Nord magnétique et de lui sous-

traire la déclinaison magnétique (qui se trouve par calculs).

Pour mesurer le Nord magnétique, une boussole électronique sera utilisée.

7.6 Connaître l’horizon





La solution retenue est un niveau électronique qui sera utilisé pour l’installation des trackers.

7.7 Stratégie de suivi



La solution retenue est de faire varier par pas le tracker puisque la vitesse de rotation des

panneaux est très faible et non constante en fonction du temps, et dans ce cas, il faudrait

des rapports de réduction de 1 000 000. Le mouvement pas à pas est la solution retenue.



7.8 Stratégie sur les angles à commander

7.8.1 Stratégies angulaires

Figure 58 : Diagramme Fast Angles

Afin de suivre la trajectoire du soleil, plusieurs moyens sont envisageables tels que la dé-

composition de la position du soleil par rapport à un point de la Terre en azimut et élévation.

Toutefois afin de singer ce mouvement, d’autres paramétrisations d’angles peuvent être

choisies.

Stratégie mono angulaire :

Il apparait que le mouvement du soleil par rapport à la terre est compris dans un plan qui se

décale chaque jour. Ainsi on pourrait imaginer une architecture basée sur la poursuite d’un

angle par jour puis un changement de plan la nuit au moyen d’un autre. Pour vérifier cette

hypothèse on récupère les coordonnées des points solaires de tous les jours de l’année, on

essaye de trouver le plan moyen de tous les points sur une journée par une approximation

des moindres carrés puis on regarde l’erreur.

Dans notre cas, l’hypothèse du mouvement plan sur la journée est validée. On ne commet

que 0.0247° d’erreur en faisant cette approximation. Cela représente 5% de la tolérance

autorisée de 0.5° par le cahier des charges.

On obtient ainsi la forme sur toute l’année du soleil.



Figure 59 : Plans solaires – Un par mois

Le soleil se déplace par plans et tourne tous les jours autour du même axe de rotation.

L’architecture mono angulaire semble convenir alors parfaitement. Néanmoins le problème

provient du fait que cet axe de rotation ne peut pas être situé. Il n’est pas possible de suivre

le soleil au moyen d’un seul angle. C’est pourquoi il faut réfléchir à des architectures basées

sur le pilotage de deux angles pour suivre le soleil.

Architectures basées sur le pilotage de deux angles

L’orientation des modules par rapport au soleil en pilotant 2 angles nécessite une structure

simple à commander, faisable techniquement et la moins couteuse énergétiquement.

Les architectures basées sur la commande selon 2 angles : Azimut puis Elévation ont le

grand avantage d’être simple à commander. De plus il existe une grande base de documen-

tation autour de ce type d’architecture. Néanmoins du fait de sa grande utilisation, les tracker

solaires type azimut/élévation sont en forte concurrence.



8 Stratégie de commande des angles

L’étude de la stratégie de commande a été seulement réalisée pour l’angle d’élévation.

Pour l’angle d’azimut, c’est la même stratégie, il y a seulement le modèle de l’actionneur qui

change. (Un moteur pour commander l’azimut).

Rappel du cahier des charges :

La colinéarité entre la normale des panneaux et la normale du soleil doit être comprise entre

+/-0,5°.

Répartition entre les jeux fonctionnels et les tolérances admissibles pour op-timiser la commande :

-Hypothèse : La répartition est égale entre l’azimut et l’élévation.

Répartition des tolérances

Angle

d’élévation

Jeux fonctionnels Commande Capteur Total Elévation

0.1° 0.2° 0.04° 0.34°

Angle d’azimut Jeux fonctionnels Commande Capteur Total azimut

0.1° 0.2° 0.04° 0.34°

TOTAL 0,481°

√( ) ( )

Les jeux fonctionnels ont été estimés à 0,1° lors de l’étude mécanique de la structure.

Les capteurs ont une précision de +/- 0,04°.



Il reste donc 0,2° de marge pour optimiser la commande et ainsi la consommation d’énergie.

8.1 Commande pas à pas

-Rappel :

La commande « pas à pas » a été choisie précédemment par rapport à plusieurs critères

comme l’énergie consommée, les lois à suivre (élévation et azimut du soleil) ainsi que la li-

mite des actionneurs (par rapport à la vitesse).

Dans la partie Actionneurs, une étude a été réalisée concernant l’énergie consommée

entre les deux stratégies.

L’asservissement se fera en tension et non en courant car l’asservissement est de type

« position ».

8.2 Passage de la position de sécurité à la position de travail

- La position de sécurité est : Panneaux à l’horizontal (β=90°) . - La nuit, le tracker vient se mettre en position de sécurité. - Le matin, le tracker vient se mettre en position de travail (β=12°, position minimale de

travail). - En fin de journée, le tracker repasse en position de sécurité.



Figure 60 : Représentation schématique de la position de sécurité

Pour passer de la position de sécurité à la position de travail, nous avons déterminé le temps

nécessaire

t=300 secondes pour passer de la position de sécurité à la position minimale de tra-

vail.

POSITION DE SECURITE POSITION DE TRAVAIL

β=90°

Panneau

β=12°



8.2.1 Vision globale d’un cycle complet sur la journée

Figure 61 : Vision globale de notre commande

Le tracker ne suit pas le soleil dès le matin. Il sera explicité dans l’optimisation du matin,

dans les paragraphes suivants.



8.2.2 Zoom sur le passage de la position de sécurité à la position de travail

Figure 62 : Visualisation de la position de sécurité à la position de travail

La courbe rouge représente la position de notre tracker. Le tracker met 300 secondes pour

changer de position.

Remarque :

Attention, il y a un profil type de loi à utiliser pour passer d’une position à la suivante afin de

minimiser la consommation d’énergie. Cette loi « type » sera explicitée un peu plus loin dans

le rapport.

8.3 Visualisation de la stratégie

Le code couleur est le même que dans la partie précédente.

8.3.1 Vision globale

Le but de la stratégie est d’utiliser au maximum les limites explicitées dans le cahier des

charges par le client.



Il a été déterminé précédemment qu’on pouvait avoir une tolérance de +/- 0,2°entre la nor-

male aux panneaux et la normale du soleil. Ci-dessous, la consigne dite en « escaliers ».

Figure 63 : Visualisation de la commande

8.3.2 Zoom de la stratégie

Figure 64 : Zoom de la stratégie

Zoom figure suivante !

2 min 30 sec



- Le tracker se repositionne donc tous les 0,4°. - Un repositionnement durera aux alentours de 6 secondes. - Entre chaque repositionnement, il y aura environ 2min 30 qui se seront écoulées.

Remarque : Le changement de position n’est pas un échelon. L’explication de la loi « se-

mi » idéale est détaillée ci-dessous.

8.4 Lois « semi » idéales

Pour minimiser l’énergie consommée, il faut tout d’abord se référer au Principe Fondamental

de la dynamique qui est égal à (En Négligent les frottements):

En admettant que le couple résistant est constant tout au long du repositionnement, pour

minimiser le couple moteur il faut donc minimiser au maximum l’accélération.

8.4.1 Vitesse

Tout d’abord, il faut trouver une loi optimale de vitesse avec un coefficient directeur des

pentes le plus faible possible (l’accélération est la dérivée de la vitesse).

La vitesse aura un palier entre les deux changements afin de ne pas avoir un changement

brusque d’accélération ce qui aura comme effet d’endommager le matériel.

- Remarque : La seule contrainte est un temps de 6 secondes pour un repositionnement de 0,4°.



Figure 65 : =f(temps)

8.4.2 Accélération

Après avoir dérivé la vitesse, l’accélération est obtenue. Grâce à celle-ci, le couple moteur

en est déduit.

0 1 2 3 4 5 60

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12V=f(temps)

Temps (s)

Vitesse (

°/s)

Coefficient

directeur



Figure 66 : =f(temps)

8.4.3 Position

En intégrant la vitesse, il en découle la position en fonction du temps.

Figure 67 : β=f(temps)

0 1 2 3 4 5 6-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5x 10

-3 accélération=f(temps)

Temps (s)

Accélé

ration (

°/s²)

0 1 2 3 4 5 60

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4Theta=f(temps)

Temps (s)

Angle

(°)



La commande devra gérer le système afin de se rapprocher au maximum de cette loi..

8.5 Optimisation : le matin

Figure 68 : Optimisation de la commande le matin

L’optimisation du matin consiste à se placer à la position de départ de travail (β=12°) avant

que le soleil se lève. Tant que l’élévation du soleil est inférieure à 12° le tracker ne se dé-

place pas.

Cette technique permet de récupérer de l’énergie solaire en début de journée sans en con-

sommer en actionnant le système de suivi (actionneurs).

Elév

atio

n ( )

Horaire (sec)



8.6 Optimisation lorsque le soleil est au zénith

La seconde optimisation consiste à positionner stratégiquement le tracker lorsque le soleil

est au zénith afin d’éviter au maximum les repositonnements. Ci-dessous, le schéma :

Figure 69 : Optimisation de la commande au zénith

Avec cette technique, L’actionneur qui fait varier l’élévation du tracker ne fonctionne pas

pendant 30 min lorsque le soleil est au Zénith.

8.7 Modélisation sous Matlab/Simulink de notre système

-Remarque :

Aucunes valeurs de correcteur ne seront données puisqu’il manque de nombreuses

informations concernant le moteur et son variateur.

En revanche, la démarche à effectuer sera explicitée.

≈ 30 min



8.7.1 Visualisation du schéma bloc de commande

Ci-dessous, le schéma bloc de commande du système de suivi de soleil.

Figure 70 : Schéma bloc de principe de notre commande

8.7.2 Modèle inverse et direct de notre système

Afin de pouvoir modéliser le schéma bloc, il faut connaître la loi directe et indirecte du sys-

tème afin de passer d’un angle d’élévation à une position de tige de vérin.

8.7.2.1 Définition des paramètres

Il faut tout d’abord déterminé les variables utilisées :

Capteur

Moteur avec commande

bas niveau Correcteur



Figure 71 : Définition des paramètres

- X0 : Position du vérin par rapport à l’état initial. - X : sortie du vérin par rapport à sa position initiale.

√

8.7.2.2 Modèle direct, X=f(β)

( ( ) √( ( ( )) )

8.7.2.3 Modèle inverse β=f(X)

( (( ) (

( )

) )

( ( )

)

)

8.7.3 Modélisation du vérin électromécanique ainsi que sa boucle bas-niveau

N’ayant pas pu avoir le modèle du vérin électromécanique avec son variateur, il a fal-

lu les modéliser afin de s’approcher d’un système réel.



8.7.3.1 Modélisation du vérin électromécanique et de sa commande bas -niveau

La modélisation de ce bloc « Vérin + Commande bas niveau » a été difficile à réaliser. Ce

modèle s’appuie sur une réalisation effectuée par une école.

Figure 72 : Modélisation du moteur avec la commande bas niveau

8.7.3.2 Bloc moteur

Ayant très peu d’informations concernant le vérin électromécanique, les valeurs des caracté-

ristiques de moteur ont été choisies par rapport à un moteur similaire.

- FEM : 0.09 V/ tr/min - Inductance : 16 mH - Résistance : 0.77 Ohms - Inertie : 0.29 kg.m²

MOTEUR

COMMANDE BAS

NIVEAU

REDUCTEUR + CONVERSION

MOUVEMENT LINEAIRE

EFFORTS RESISTANTS



8.7.3.3 Bloc réducteur + conversion de mouvement linéaire + efforts résistants

Figure 73 : Le système mécanique

Le modèle réalisé est assez complet puisqu’il peut prendre en compte les frottements, les

efforts résistants. Les seules valeurs connues sont le rapport de réduction (15) et le pas de

la vis (10mm).

La partie droite permet de rentrer soit une loi de force résistante, soit un step.

8.7.4 Bloc variateur + PI

Figure 74 : Commande bas niveau



Le variateur/positionneur modélisé est composé d’un PI et d’un saturateur pour ne pas avoir

une commande qui détruirait le moteur. Pour le régler à la perfection, il faudrait connaitre

toutes les caractéristiques du moteur

8.7.4.1 Validation de notre moteur associé à son variateur

Un repositionnement de 0,4° correspond à un déplacement d’environ 1,5 mm du vérin.

La validation sera faite sur un échelon de 1,5mm

Consigne=1,5mm:

Figure 75 : Réponse à une consigne de 1,5mm sans perturbations

Il existe une petite erreur statique entre la consigne et la réponse. Cette erreur sera compen-

sée avec le correcteur final.

- Remarque : Il est possible optimiser la réponse du système pour ne pas avoir d’erreur statique.



Figure 76 : Visualisation du courant pour une consigne de 1,5mm sans perturbations

Le pic de courant dans notre moteur est acceptable ce qui indique que la commande n’est

pas brutale.

Figure 77 : Visualisation de la tension pour une consigne de 1,5mm sans perturbations

La tension de commande du moteur n’atteint pas sa valeur limite. Il faut aussi prendre en

compte que le déplacement à effectuer est très faible.

8.7.4.2 Conclusion

Ce modèle peut être utilisé en première approche pour modéliser notre système complet.



8.7.5 Modélisation de notre système complet sans correcteur

L’étape suivante est de réaliser le système complet en boucle fermée sans correcteur. Pour

cela, on ajoute à notre moteur associé à la commande bas-niveau, les conversions de mou-

vement ainsi que le capteur.

La consigne sera maintenant un angle.

Figure 78 : Système complet sans correcteur

- Rappel :

Le capteur est un inclinomètre qui permet une mesure directe de l’angle d’élévation.

En fonction de l’angle d’élévation (par rapport à la gravité), il nous renvoie une tension qui

donne à notre commande l’image de l’élévation du tracker.

Le gain du capteur est Ki=0,025V/°

Consigne : β=0.4° sans perturbations:



Figure 79 : Visualisation de la sortie en fonction de β=0.4°

Il existe une erreur statique entre la réponse l’échelon de 0,4°.

La constante de temps est d’environ 2 secondes.

Comme pour le moteur avec la commande bas-niveau, il y a un appel de courant au départ

mais qui reste tout à fait acceptable.

Figure 80: Visualisation de l'intensité sans correcteur

8.7.6 Application d’un correcteur

Comme il existe une erreur statique, il faut utiliser un correcteur sur le système global.



8.7.6.1 PID

Le PID se situe après la conversion de l’angle en déplacement.

Figure 81 : Système avec correcteur

Sans perturbations (consigne β=0.4°)

Après avoir adapté un PID à notre système, on obtient une réponse avec une erreur statique

très faible, mais un temps de réponse assez long (10s) par rapport aux critères fixés (un re-

positionnement de 0,4° en 6 secondes)

Figure 82 : Visualisation de la sortie avec le correcteur pour une consigne β=0.4°



Lorsque la consigne rentre dans notre système, on peut regarder qu’il y a un pic de tension

momentané lors de la phase de démarrage du moteur puis que celle-ci chute très rapide-

ment.

Figure 83 : Tension moteur avec le correcteur

En visualisant l’intensité, on remarque que celle-ci est également acceptable.

Figure 84 : Visualisation du courant moteur avec le correcteur



Il est intéressant de visualiser la vitesse de notre moteur avant de savoir si la loi correspond

à celle attendue (voir partie précédente).

Celle-ci est correcte même si elle ne colle pas directement avec celle attendue.

La vitesse maximale est de 37,5 tr/min.

Figure 85 : Wmot (tr/min)=f(temps)

Avec perturbations à t=5sec (consigne β=0.4°)

Il est intéressant de vérifier si notre modèle est robuste. Pour cela, on applique un échelon

de force à partir de 5 secondes.

L’échelon de force est bien visible sur la réponse du système (voir ci-dessous). Le système

converge mais il y a toujours une erreur statique entre les la consigne et la sortie.



Figure 86 : Réponse à une consigne β=0.4° avec une perturbation à 5V

Sur la tension ainsi que sur la tension, on visualise bien aussi la perturbation.

Figure 87 : Tension du moteur à une consigne β=0.4° avec une perturbation



Figure 88 : Courant du moteur à une consigne β=0.4° avec une perturbation

- Avantages : Le correcteur absorbe la perturbation.

Le système est facile à mettre en œuvre.

- Inconvénients :

Le temps de réponse est assez long.

Il existe une erreur statique.

Il y a un dépassement.

8.7.6.2 RST

Un correcteur RST pourrait être calculé et serait plus adapté à notre système puisque ce

correcteur est très robuste et rejette très bien les perturbations.

Comme il y avait des contraintes de temps pour réaliser le projet, il a été impossible de le

calculer.



8.7.7 Passage du modèle au terrain

Malgré cette étude qui a démontré que l’on avait un modèle qui répondait à nos critères de

commande, il faut absolument avoir les données du vérin électromécanique avec sa com-

mande bas-niveau pour calculer le correcteur.



9 Superviser la ferme



Stratégies de commande des trackers

Critère Pondération Centralisée Tracker

autonome

Simplicité 3 2 3

Robustesse 5 2 4

Maintenance 4 3 2

Supervision 4 4 1

Coût 3 4 2

TOTAL 56 47

Malgré que la solution de la commande centralisée ressorte, nous allons effectuer une Ana-

lyse des modes de défaillances, de leurs effets et de leur criticité.

9.1.3 AMDEC sur les deux solutions

La criticité maximale admissible est de 100.



-Voici les différentes défaillances associées aux conséquences possibles.

Solution Défaillance Conséquence

1 PC cen-tral + ré-

seau dédié

Bug du pro-gramme

Tracking arrêté le temps de redémarrer le programme

Connexion rom-pue (carte ré-seau/câble)

Trackers arrêtés dans 1 position quelconque

Si vent, possibilité de détruire la ferme

Tracking arrêté donc produc-tion dégradée

Réseau occupé Tous les trackers ne peuvent pas suivre le soleil (Pro-

duction dégradée)

PC HS Trackers arrêtés dans 1 position quelconque

Si vent, possibilité de détruire la ferme

Tracking arrêté donc produc-tion dégradée

Tracker autonome

Programme qui plante

1 seul tracker à l'arrêt

Nécessite un moyen de redémarrer le programme

Carte de com-mande HS

1 seul tracker arrêté dans 1 position quel-

conque

Si vent, possibilité de détruire le tracker en question

Production normale sauf pour 1 tracker

Solution Défaillance Fréquence Gravité Détection Criticité Criticité

maximale

1 PC cen-tral + ré-

seau dédié


3 3 8 72

96

Connexion rompue (carte réseau/câble)

2 6 8 96

Réseau occu-pé

2 3 7 42

PC HS 2 7 5 70



Tracker autonome


3 2 7 42

48 Carte de

commande HS 2 3 8 48

-Conclusion sur l’AMDEC :

-On remarque que la criticité est plus faible pour une commande autonome.

-La criticité concernant la commande centralisée est inférieure à la criticité maximale mais il

n’y a pas beaucoup de marge. Pour diminuer encore la criticité, on pourrait faire une redon-

dance. (2 PC/2 Réseaux).


La solution retenue est donc une commande centralisée. Nous aurons donc une vision glo-

bale de notre système et nous pourrons superviser la ferme de l’extérieur. Dans la suite du

rapport, la commande centralisée sera détaillée.

9.2 Comment assurer la supervision de la ferme?

9.2.1 L’objectif de la conception de la supervision

Dans le cahier des charges, la supervision de la ferme doit assurer les fonctions suivantes :

Interagir avec le fonctionnement des tracker Maintenir le système en fonctionnement Autoriser le forçage des actionneurs

En mode commercial, sauf les fonctions nécessaires ci-dessus, il est préférable d’ajouter les

performances accrues sur la supervision comme ci-dessous :

La supervision peut s’effectuer à longue distance Observer et gérer tous les trackers sur un seul poste Possibilité d’avoir un autre niveau de supervision Communications numériques Données disponibles partout



9.2.2 L’architecture de la supervision sur toute le système

9.2.2.1 La hiérarchie du système

Considérant les objectifs et faisant référence aux architectures des systèmes automatiques

existants, on crée la hiérarchie du système comme ci-dessous :

Figure 89 : La hiérarchie du système

Dans cette hiérarchie, il y a un PC de la supervision comme une Interface Homme Machine

(IHM) au sommet, où un opérateur peut surveiller ou faire fonctionner le système. Cela est

lié à un niveau intermédiaire d’automates programmables industriels (API) ou il faut utiliser

un PC-industriel. Au bas de la chaîne de contrôle est présent un système de communication

qui permet de relier les composants du terrain, tel que variateurs ou capteurs.

En base de cette hiérarchie, il est possible de créer l’architecture du système qui peut réali-

ser les fonctions de service et les performances accrues.

IH

API

Compo-



9.2.2.2 Liaison entre IHM et API

Les objets de chaque niveau sont fixés. Pour accomplir l’architecture du système, il faut dé-

terminer les liaisons entre chaque niveau de supervision. La liaison la plus couramment utili-

ser est le bus Ethernet pour relier PC-industriel au PC de la supervision. L’Ethernet permet

de la supervision s’effectue à longue distance.

9.2.2.3 Liaison entre API et composants

Il y a 2 choix possibles d’architectures de liaisons entre API et composants du terrain

comme ci-dessous :

Figure 90 : Architecture des connexions

Les avantages du bus de terrain sont très évidents comme ci-dessous :

Réduction des coûts d’installation Moins de câblage Réduction du temps d’installation Moins de matériel nécessaire

Réduction des coûts de maintenance Complexité moindre Maintenance plus aisée Outils de test dédies Flexibilité d’extension



Le système est complexe car il a beaucoup de composants. Il est donc préférable dans ce

cas de choisir un bus de terrain.

Sur le bus de terrain, PC-industriel est le maître, les composants sont ses esclaves. La

communication est numérique. Chaque esclave a son adressage et peut émettre ou recevoir

le signal à la commande du maître. Un esclave en panne n’influencera pas les autres es-

claves et il est également plus facile de détecter l’erreur.

9.2.3 L’architecture principal du système de la supervision

On peut dessiner l’architecture principal du système comme ci-dessous.

Figure 91 L’architecture principal

Avec l’Ethernet et le bus de terrain, les 3 fonctions de service définies au début sont remplies

d’une part et les performances sont accrues d’autre part.



9.2.4 Choix du bus de terrain

9.2.4.1 Recherche sur les bus de terrain les plus courants

L’architecture principale est fixée. Il faut maintenant choisir les bus de terrain pour accomplir

l’architecture du système.

Il y a plus de 20 bus de terrain. Chaque bus a son domaine d’usage et ses inconvénients.

Des recherches ont été axées sur les bus de terrain les plus courants comme ci-dessous :

CANopen Bus CAN et VAN bus LIN BACnet MODBUS Jbus InterBus Profibus DP Profibus PA FlexRay FIP Worldfip EIBus et KNX Batibus ARCnet bus ASi LonWorks Sercos EtherCAT Powerlink Protocole Dali

D’après les recherches, on trouve que le Profibus-DP et la CANopen sont utilisés pour la commande de capteurs, d'actionneurs ou d'automates programmables par une commande centrale dans l’industrie.

Ces 2 bus de terrain sont très connus et beaucoup utilisées dans l’industrie. Leurs protocoles sont standards. Il est préférable de choisir les composants qui s’adaptent à un de ces 2 types de bus de terrain même si Il y a d’autres bus de terrain spécialement adaptés à la de-mande.

Mais, les caractéristiques intrinsèques comme l’étendue de mesure, la résolution ou la préci-sion des composants sont plus importantes pour ce cas d’étude. En effet, on doit rester dans le cône de 1° pour respecter le cahier des charges donc les instruments de mesure doivent avoir une grande précision.



9.2.4.2 Recherche sur les spécifications des composants du terrain

Pour chaque tracker, les composants de terrain sont composés de:

Un variateur du vérin

Un variateur du moteur

Un encodeur incrémental

Un inclinomètre

Un onduleur.

Le choix de l’onduleur a été fixé préalablement. Sur la communication de cet onduleur, il uti-

lise juste le bus de terrain MasterBus.

Pour les 4 autres types de composants, on peut trouver les produits qui s’adaptent aux CA-

Nopen et Profibus sauf pour l’inclinomètre qui ne peut que s’adapter au CAN open. Il n’y a

pas d’inclinomètre suffisamment précis s’adaptant au Profibus.

Les résultats de recherche sont dans le tableau ci-dessous

Profibus-DP CANopen MasterBus

Variateur du vérin Adaptatif Adaptatif

Variateur du moteur Adaptatif Adaptatif

Encoder incrémental Adaptatif Adaptatif

Inclinomètre Adaptatif

Onduleur Adaptatif

Le choix du bus de terrain pour l’onduleur est le MasterBus.

On peut en déduire que Il y a 2 choix pour les 4 composants :

Choisir le bus CANopen pour tous les 4 composants.

Choisir le bus CANopen pour l’inclinomètre et choisir le bus Profibus-DP pour les variateurs et l’encoder.

9.2.4.3 Choix du CANopen pour les 4 composants

Le débit du bus CANopen n’est pas très élevé. Pour une distance de 1km, le débit n’est seu-

lement de 20Kbit/s et cette valeur est assez faible pour transmettre toutes les données. Il y a

donc une limite de longueur à 1km.



Pour assurer la bonne transmission du bus, la longueur du bus doit être inférieure à la limite

de 1km. Une autre limitation est le nombre d’esclaves qui est de 40 à un débit de 20kbits/s.

Sachant que le nombre d’esclaves présents sur la ferme est de 4*150=600. On peut en dé-

duire qu’on a besoin de 15 bus or c’est assez difficile à gérer car il y a trop de bus.

9.2.4.4 Choisir le CAN open pour l’inclinomètre et choisir le Profibus-DP pour les varia-

teurs et l’encoder.

Le débit du bus Profibus est de 187.5Kbit/s à une longueur de 1km. Chaque bus peut relier

127 esclaves au maximum.

Le nombre d’esclaves pour le Profibus est 3*150=450 car l’inclinomètre sera branché en bus

CAN open.

Ainsi, il suffit d’avoir 4 bus du Profibus pour relier tous les esclaves.

Le nombre d’esclaves pour le CANopen est de 150

Pour relier les inclinomètres, on a besoin de 4 bus du CANopen.

8 bus seront donc nécessaires pour relier les composants

C’est évident que ce choix est meilleur que le premier choix car la qualité de transmission en

est d’autant plus améliorée.

9.2.5 L’architecture de la supervision en détail

Le choix de bus de terrain est comme ci-dessous :

Le bus Masterbus pour l’onduleur.

Le bus CANopen pour l’inclinomètre.

Le bus Profibus-DP pour le variateur du vérin, le variateur du moteur et l’encoder.

Tout le système est câblé en RS-485.

A l’aide de l’Ethernet, il est possible de connecter plusieurs PC à la supervision.

On obtient l’architecture détaillée du système suivante :



Figure 92 L’architecture de la supervision en détaille

9.3 Modélisation du réseau

Comme on utilise la technique du bus de terrain, on doit faire le modélisation du réseau pour

faciliter l’installation, économiser les câbles et assurer la sécurité.

Les conditions sont définies comme suit :

150 trackers

4 lignes de bus de terrain Profibus

4 lignes de bus de terrain CANopen

4 lignes de bus de terrain Masterbus.

Pour minimiser la longueur des câbles et s’assurer que les réseaux soitent simples et fiables,

notre plan de modélisation du réseau est comme ci-dessous :

La ferme devra être répartie en 4 zones. L’armoire de PC industriel est placée au centre de

la ferme.



Figure 93 Zones de la ferme et l’armoire de PC industriel

La topologie du réseau dans une zone est fait comme ci-dessous :



Figure 94 : Topologie de la zone 3

La longueur maximale d’un bus dans une zone est de

Cette longueur respecte bien la longueur maximale de 1km.



10 Organisation de la ferme

Comme vu précédemment, un tracker fait 15m x 20m. De plus, l’ombre projetée pour

une élévation de 12° forme une surface au sol de forme carrée.

Afin de faire tourner les trackers les uns par rapport aux autres sans qu’ils ne se tou-

chent, il est essentiel de mettre des espaces suffisants entre deux trackers successifs.

Les trackers seront donc disposés sur un maillage carré de côté 25m.

Une représentation partielle est ci-dessous.

Figure 95 : Positionnement des trackers dans la ferme



11 Sécurité de la ferme

Comme nous avons défini tout le design de la ferme, il faut s’intéresser à la sécurité des

gens et du matériel. La sécurité est un aspect important car elle rassurera le client d’une part

et diminuera les risques matériels et physiques d’autre part. Sécuriser la ferme permettra de

ne pas avoir de serpents cachés derrière des modules ou des singes grimpant sur les pan-

neaux par exemple. Un FAST a donc été créé pour déterminer toutes les solutions envisa-

geables.

Pour répondre à cette fonction, nous avons défini les critères de choix suivants :

Coût

Simple à mettre en place

Infranchissable

Certaines solutions comme les caméras permettent de surveiller mais n’assurent pas la sé-

curité mais elles n’empêchent pas les animaux de franchir la zone délimitée. Des agents de

sécurité sont trop coûteux et des infrastructures devraient être mis en place pour les accueil-

lir donc on ne peut pas retenir cette solution. Un grillage électrifié est la meilleure solution

pour répondre à la fonction.

Le critère principal est « infranchissable ». En effet, on ne veut pas que des animaux ayant

un diamètre de corps supérieur à 2cm ne puissent pénétrer dans la ferme. Cependant, nous



avons pensé aux animaux rampants qui peuvent grimper par-dessus une clôture. C’est donc

dans cette optique que l’équipe s’est orientée vers une clôture électrifiée. Cette solution n’est

pas onéreuse et est simple à mettre en place puisque l’énergie électrique est déjà disponible

sur le site.

Par ailleurs, l’installation d’une clôture autour de la ferme est plus simple à réaliser et moins

coûteuse que de clôturer chaque tracker individuellement. En effet, en clôturant l’ensemble

de la ferme, nous pourrons contrôler plus facilement l’accès des personnes. Cette gestion

des entrées sorties sera facilitée puisqu’elles ne pourront se faire qu’à partir de portiques

dédiés. L’accès à la ferme se fera par badge. Cette option est nécessaire pour ne faire entrer

que les personnes autorisées ou habilitées par l’entreprise.



12 Cycle de vie de la ferme

Dans le but de faire l’analyse du cycle de vie de toute la ferme, le scénario de la vie de la

ferme de trackers est effectué au moyen de l’outil Bilan produit.

12.1 Importation des pièces et matières premières

L’entreprise se situe à Orléans en France. Dans un souci environnemental, il a été décidé

d’importer et d’acheter toutes les matériaux et les pièces le plus proche possible de notre

entreprise afin de limiter les transports.

Le tableau suivant indique l’origine des pièces à transporter et les moyens mis en œuvre

pour les ramener.

Nom de la pièce Société/Lieu d’achat

Distance entre Or-

léans et l’entreprise

fournisseuse

Moyen de transport

Tubes section carrés Daniel/Jaux 214km Camion >32 t

Modules Emcore/Warminster 6000km Camion et bateau

Roulement SKF/Montigny-le-

bretonneux 125km Camion

Rail/Patins

Rollon

SARL/Seyssinnet-

Pariset

570km Utilitaire

Moteur azimut Leroy So-

mer/Orléans 10km Utilitaire

Verin SKF/Montigny-le-

bretonneux 125km Camion

Onduleur Mastervolt/Mouans-

Sartoux 888km Utilitaire

Les procédés de galvanisation sont faits par l’entreprise Galva45 située à Escrennes. Cette

entreprise se situe à 62km.

12.2 Transport

Pour effectuer le transport des différentes pièces depuis Orléans jusqu’au site de Ouarza-

zate, il est possible d’utiliser des transports de type différent. Globalement trois scénarios

peuvent être élaborés :



1. OrléansTrainSables d’OlonnesBateauAgadirCamionOuarzazate

2. OrléansCamionCadizBateauAgadirCamionOuarzazate

3. OrléansTrain--> CadizBateauAgadirCamionOuarzazate

Le graphique suivant étudie l’impact de ces trois scénarios sur l’environnement.

Il ressort que le scénario le plus intéressant est le 1. Ce scénario est donc utilisé.

Une fois la fabrication effectuée, les différentes pièces sont transportées vers le site

d’Ouarzazate au moyen de train faisant la jonction Orléans/Sables d’ Olonnes (400km) puis

un porte conteneur amène les pièces jusqu’au port d’Agadir (3000km). Les conteneurs sont

amenés ensuite d’Agadir à Ouarzazate (357km).

12.3 Montage

Le montage sera effectué par de la main d’œuvre formée localement. La ferme est alors

active est apte à fonctionner. Cela nécessite donc l’envoi d’une personne compétente depuis

Orléans jusqu’à Ouarzazate. Le formateur suivra le scénario 3 car il ne peut pas prendre le

bateau porte conteneur.



12.4 Fin de vie

Une fois la fin de vie de la ferme atteinte, le démantèlement est effectué par une entreprise

extérieure qui s’assurera du recyclage des pièces. Il est acceptable de considérer que cette

fin de vie pour la ferme est assimilé à du traitement de déchets encombrants.

12.5 Rapport

Pour l’analyse du cycle de vie, tous les éléments de la ferme sont décomposés. Cela va du

bâtiment poste de contrôle aux roulements utilisés. Les cellules et modules ont été modéli-

sés de façon complète en utilisant la fiche d’analyse de cycle de vie d’un module photovol-

taïque. On trouvera en annexe l’inventaire de tous les éléments modélisés.

Le logiciel Bilan produit donne une analyse complète de notre modélisation. Les graphiques

suivant traduisent les impacts des différents éléments de la ferme.

Ce graphique montre que la phase de production est la plus prépondérante sur le produit

ferme. Par contre la fin de vie joue beaucoup sur l’écotoxicité aquatique. Le point à améliorer

dans notre produit est l’écotoxicité aquatique.



Ce graphique montre que l’acier est le matériau qui a le plus d’impact. Cela provient du fait

que l’acier est le matériau le plus présent dans notre ferme. On trouve ici la source du pro-

blème d’écotoxicité aquatique.



Les transports ayant le plus d’impact sont le transport naval des conteneurs pour amener du

port des Sables d’Olonnes à Agadir puis les camions qui amèneront ces conteneur jusqu’au

site de Ouarzazate.

Ce graphique montre que le responsable de l’écotoxicité aquatique est bien l’acier présent

dans le produit.

Le cahier des charges fourni en complément par Mr Allaoui donne les valeurs à ne pas dé-

passer pour un tracker. On divisera ainsi les valeurs trouvées par le nombre de trackers.

Indicateurs Total Ferme Total Tracker Référence

Consommation énergie

NR (MJ eq) 8,65E+07 5,77E+05 3,93E+07

Consommation res-

sources (kg Sb eq) 3,75E+04 2,50E+02 2,29E+03

Effet de serre GWP 100

mod (kg CO2 eq) 4,86E+06 3,24E+04 3,4E+05

Acidification (kg SO2 eq) 2,62E+04 1,74E+02 2,12E+03

Eutrophisation (air eau

sol) (kg PO4--- eq) 2,59E+03 1,72E+01 1,45E+02

Pollution photochimique 1,99E+03 1,32E+01 8,58E+01



(kg C2H4)

Ecotoxicité aquatique (kg

1,4-DB eq) 3,08E+06 2,05E+04 4,70E+04

Toxicité humaine (kg 1,4-

DB eq) 6,53E+06 4,35E+04 2,94E+05

D’après le tableau ci-dessus, le tracker proposé par la société Orléanaise a moins d’impacts

sur l’environnement et sur les ressources utilisées que le tracker de référence.



Conclusion

A travers ce rapport, nous avons présenté les différentes étapes de conception en

partant de l’analyse du besoin pour déboucher sur la conception détaillée. Avec des choix

innovants et justifiés, nous sommes sûrs de proposer la meilleure solution à notre client.

Nous avons répondu aux besoins du client en respectant scrupuleusement le cahier des

charges. Le business plan indique que le projet est économiquement viable sur 20 ans. Le

rendement proposé devrait inciter les clients à investir dans notre projet.



Annexe A : Analyse de l’existant

12.1 Analyse de l’existant

12.1.1 Technologie de Tracker

Les trackers existants dans le commerce sont de technologies différentes : Un axe ou

deux axes. Les dispositifs mono axes ne sont pas pertinents dans notre application car ils ne

permettent pas la précision de 0,5° demandée pour les CPV. Voici les principaux types pro-

posés sur le marché correspondant à notre application :

Figure 96 : Mat situé au niveau du centre de gravité du panneau

Le panneau utilisé dans ce dispositif possède au moins deux moteurs plus réduc-

teurs. Exemple de fabriquant : Desimone, 4 à 50m² de panneaux photovoltaïque, jusqu’à

6300 W installés. Le principal avantage de cette solution est sa facilité de mise en place et le

fait que cette solution est courante. Cela constitue d’ailleurs son principal défaut car cette

solution est soumise à une forte concurrence.

Figure 97 : Mat au centre de gravité avec vérin mécanique

Le tracker ci-dessus est semblable au précédent à la différence prés que le mouve-

ment « Elévation » est effectué par un vérin mécanique. Exemple de fabriquant : Lorentz. Ce

dispositif présente l’avantage de posséder un frein intégré du fait de la non réversibilité du

vérin mécanique. Néanmoins le rendement du réducteur roue et vis sans fin est plus faible

que celui d’un train épicycloïdal.



Figure 98 : Mouvement « azimut » effectué au sol

Le dispositif suivant ressemble au précédent mais le mat est rabaissé, le dispositif

assurant le mouvement « azimut » est au niveau du sol, loin du centre de gravité. Exemple

de fabriquant : Titantracker, 216m² de panneaux photovoltaïques. Le fait que le « mouve-

ment azimut » soit effectué de part et d’autres du panneau et non en son centre de gravité

permet une précision plus grande.

12.1.2 Actionneurs

Les actionneurs associés aux technologies de trackers suiveurs sont essentiellement

de l’électrique associés à de la transmission mécanique. A savoir des moteurs associés à

des réducteurs. Les mouvements effectués par les trackers se font essentiellement selon les

angles Elévation et Azimut.

12.1.2.1 Mouvement « Azimut »

Le mouvement selon l’azimut est faible du fait de la plage horaire dans laquelle le so-

leil se meut, au maximum de 180° en une journée. Aussi les réducteurs associés nécessi-

tent un grand rapport de réduction. Cela peut se faire par exemple avec un train épicycloïdal.

Il est aussi possible d’utiliser un moteur pas-pas afin de se dédouaner de la contrainte de

réduction.

12.1.2.2 Mouvement « Elévation »

Le mouvement d’élévation est moins ample que pour celui de l’azimut, au maximum de

90°, et est donc décrit de façon plus rapide en une journée. D’autres solutions techniques,

autres que moteur+trains épicycloïdaux, existent. Ainsi certains constructeurs optent pour

des vérins mécaniques. Ils sont constitués d’un moteur associé à un système de roue et vis

sans fin afin de convertir le mouvement cyclique en mouvement de translation.



Annexe B : Analyse du besoin

L'énergie photovoltaïque s'inscrit parmi les énergies renouvelables actuellement utili-

sées. Avec l'inflation des produits pétroliers, l'énergie solaire constitue une véritable alterna-

tive pour les pays dépendants du pétrole. De plus, les régions ensoleillées représentent une

grande part de marché car ce sont ces régions qui sont les plus à mêmes de produire de

l'électricité grâce aux modules solaires.

Par ailleurs, certains pays ne sont pas uniformément électrifiés et la seule alternative

pour eux est d'utiliser des centrales solaires. Moins coûteuses que des éoliennes, les fermes

solaires sont de plus en plus développées. C'est dans ce contexte que l'entreprise souhaite

vendre une ferme solaire dans le Maghreb.

D’après le cahier des charges fourni, nous devrons orienter les modules perpendicu-

lairement aux rayons du soleil avec une précision de 1° (+/-0.5°). Les trackers devront fonc-

tionner avec des vents de 100km/h et il devra se placer dans une position de sécurité avec

des vents de 200km/h. Le système sera « supervisable » tout en ayant un coût raisonnable.

12.2 Analyse du marché

12.2.1 Les avantages et inconvénients du photovoltaïque

Les forces du photovoltaïque sont :

De reposer sur des technologies microélectronique et couches minces, en conser-

vant une bonne marge de progrès et d’innovations.

De pouvoir s’intégrer un peu partout, pour fournir sur place de petites puissances.

D’être un générateur simple et très fiable. L’entretien concerne essentiellement la

batterie. Ainsi une très grande partie des bouées et balises maritimes est passée au

photovoltaïque. Contrairement à toutes les solutions utilisées auparavant (diesel,

piles, éoliennes) aucune énergie de secours n’est prévue, la fiabilité du fonctionne-

ment dépassant 99,9%

de pouvoir s’intégrer facilement, sans gênes particulières (bruit, esthétique si certains

progrès sont réalisés.) Il se substitue notamment à des toits ou façade, comme élé-

ment de bâtiment en verre produisant de l’énergie

d’avoir un potentiel illimité. 5% de la surface des déserts suffiraient pour alimenter la

planète entière.



Plus que le prix du kWh, c’est le coût de la substitution à une autre solution qui est important.

Le photovoltaïque se substitue à la création d’un réseau électrique et est moins cher en zone

rurale que ce réseau. Il se substitue au toit classique, qui vient en diminution du coût.

Les faiblesses du photovoltaïque sont :

Le développement du photovoltaïque est rapide, mais représente encore peu de

chose dans le bilan énergétique mondial.

Le stockage est le maillon faible. La solution est d’allonger la durée de vie des batte-

ries pour la rendre proche de celle des modules. Le temps de retour énergétique de

la batterie est un autre point faible. Le module rembourse en 2 à 4 ans l’énergie dé-

pensée pour sa fabrication. En revanche, le temps de retour des batteries est de 2 à

4 ans, soit équivalent sinon supérieure à la durée de vie de certaines batteries.

La R&D se focalise sur le module, et a ainsi longtemps ignoré le stockage. Energie

durablement la plus chère par kWh, produisant et stockant du courant continu, le

photovoltaïque est tributaire du développement d’équipements en courant continu à

très faible consommation. Ce développement sera lent et aujourd’hui est à peine

amorcé.

Le photovoltaïque est sans concurrence pour fournir une faible énergie. Il faut donc

répondre aux besoins de manière individuelle, en multipliant les générateurs. Ceci est

plus facile en terrain vierge, où une nouvelle approche est possible.

Les problèmes non techniques, l’adaptation aux usagers, les limites de fourniture

d’énergie qui sont liées notamment à la météo, la modification des approches clas-

siques bouleversent tellement les habitudes que seules des crises, pétrolières par

exemple, accélèrent les adaptations nécessaires.

12.2.2 Les marchés potentiels

Les perspectives à long terme pourraient être vues comme sans limite:

Marché captif du tiers-monde, qui atteindra environ 4 milliards d’habitants d’ici 30 ans.

Marché de toits photovoltaïques, qui pourraient devenir le toit standard à terme, équipant chaque nouvelle maison pour contribuer à respecter le protocole de Kyoto.

Dans le domaine de l’énergie, les débats sont concentrés surtout sur les générateurs de

fortes puissances, où l’on retrouve les centrales hydrauliques, fuel, turbine à gaz, et même

les fermes d’éoliennes. Toutes supposent l’existence d’un réseau, souvent fort coûteux au



demeurant. Le photovoltaïque couvre, sans concurrent sinon les piles à combustibles, le

domaine de puissance situé entre les petits générateurs diesels de quelques kW et les piles

chimiques de quelques watts.

12.2.3 Les concurrents dans le milieu de la cellule à concentration

12.2.3.1 La cellule à concentration

Dans un module solaire photovoltaïque, le composant le plus cher est, de loin, la cel-

lule photovoltaïque. En intercalant un dispositif concentrateur entre le soleil et la cellule, on

peut utiliser une surface de cellule beaucoup plus petite, et ainsi utiliser des cellules à ren-

dement très supérieur, avec des valeurs oscillant typiquement entre 30 et 40 %.

La concentration est obtenue par un système de miroirs paraboliques ou de lentilles de

Fresnel, comme sur les phares d'automobiles. Le rapport de concentration peut atteindre

voire dépasser 1000.

Il faut que la lumière concentrée tombe bien sur la cellule, et non à côté : un tel panneau ne

fonctionne correctement qu'avec un dispositif de "tracking", pour rester en permanence per-

pendiculaire aux rayons du soleil. Favorable au rendement (il augmente la production d'envi-

ron la moitié sur une journée), ce type de dispositif a l'inconvénient d'accroître la complexité

et la maintenance.

Il faut ensuite évacuer la chaleur excessive, préjudiciable au rendement des cellules et sur-

tout à leur durée de vie: sans dispositif de refroidissement, ces dernières fondraient.

12.2.3.2 Les entreprises Françaises sur le marché

- Le constructeur Français Soitec a créé sa filiale de panneaux photovoltaïques à con-

centration (CPV) : Concentrix Solar. Il a commencé à installer des fermes de pan-

neaux photovoltaïques équipées de systèmes de tracking basés sur des cellules à

concentration. Soitec a inauguré, en septembre 2010, sa première centrale en

Afrique du sud. Concentrix Solar s'emploie également au développement d'un autre

projet de ferme solaire de 50 MW dans la province du Cap-Ouest.

Le fonctionnement de ces trackers est basé sur un système 2 axes perpendiculaires

montés sur un mat. L’avantage du système est qu’il ne demande que très peu de

maintenance grâce à sa grande résistance aux fortes températures.



- Le constructeur Français Héliotrop a développé quant à lui, des cellules HCPV ® :

cellules à haute concentration. Il espère notamment installer ses panneaux au Maroc

d’ici 2020, et y produire 2GW. Le HPCV a été développé afin d’augmenter encore le

rendement des cellules PV.

Le fonctionnement de ces trackers est basé sur un système 2 axes perpendiculaires

montés sur un mat.

Heliotrop a pour ambition de capter 20% du marché mondial du CPV d’ici 2015, c'est-

à-dire plusieurs centaines de MW. Pour l’heure, il a déjà reçu plusieurs MW de com-

mande de démonstrateur.

12.3 Etude des revenus potentiels

Cette partie nous permettra de donner une estimation des revenus que va gagner le

client. Il s’agit de gains estimés car nous n’avons pas fait de choix de solutions pour le mo-

ment. En considérant la carte d’ensoleillement suivante, nous avons :

Figure 99 : Carte d’ensoleillement de l’Europe et du Nord de l’Afrique



En considérant un ensoleillement moyen journalier de 6.4kWh/m² au Maroc et 5.2kWh/m² en

Espagne, le client peut espérer les gains annuels suivants :

Maroc Espagne

Ensoleillement journalier moyen (kWh/m²) 6,4 5,2

Ensoleillement (kWh/m²/an) 2336 1898

Surface d'un tracker (m²) 80 80

nombre de trackers 150 150

η 0,15 0,15

Prix rachat (€/kWh) 0,083 0,142231

E délivrée par tracker (MWh) 28,032 22,776

E délivrée par ferme (MWh) 4204,8 3416,4

Gain espéré / an (€) 348 998,40 € 485 917,99 €

On note que l’Espagne paraît plus propice aux bénéfices. Cependant, le gouvernement a

tendance à délaisser l’énergie photovoltaïque du fait d’un gros endettement du pays. En ef-

fet, depuis novembre 2010, le gouvernement a baissé de 45% le prix de rachat du kWh pho-

tovoltaïque. En ce qui concerne le Maroc, l’ensoleillement est plus fort qu’en Espagne mais

le prix de rachat du kWh est trop faible pour espérer une viabilité du projet. Il faudrait avoir

des garanties du gouvernement marocain pour s’implanter dans le pays.



Annexe C : Analyse fonctionnelle

12.3.1 Tracker

12.3.1.1 Bête à cornes

Dans quel but ?

A qui le produit rend-il service ? Sur quoi agit-il ?

Modules PV et

fermes Les modules

TRACKER

Assurer l’orientation des modules perpendiculairement

au soleil avec une précision de 1°



12.3.2 Cycle de vie du tracker

Nous avons défini le cycle de vie du tracker afin de voir toutes les fonctions que le produit

devra remplir dans toutes ses phases de vie.

Fabrication

Montage

Transport

Montage

Mise en fonctionnement

Utilisation normale

Démontage-remplacement

Recyclage

12.3.3 Caractérisation des interacteurs

Il s’agit de caractériser les interacteurs afin d’être d’accord sur les différents termes utilisés.



Intéracteur Description Caractéristiques

Tracker Système permettant d’orienter les panneaux +/- 0,5° par rapport à la normale du soleil

Container Moyen de transport permettant d’acheminer un tracker

-masse : 28t

-volume : 65m3

-Dimensions Intérieures en

mètres (12,03*2,33*2,35)

Environnement

extérieur Environnement dans lequel les trackers seront en contact

-vent

-pluie

-sable

-sel

-Animaux

Installateur personne qualifiée dans l’installation des trackers Personne formée

Normes de sécurité normes environnementales et électriques en vigueur dans le pays où seront ins-

tallés les trackers. A déterminer après recherche

Modules Dispositif (avec cellule à concentration) permettant de capter l’énergie solaire et la

transformer en énergie électrique.

-Volume : 80m2

-Puissance : 10kWp

Gestionnaire Système automatique contrôlant chaque tracker -Microcontrôleur

-Capteurs

Source d’énergie

d’alimentation

source d’énergie extérieure au tracker qui sera utilisée pour actionner les action-

neurs.

- On n’utilise pas directement l’énergie produite par le

tracker

Actionneurs Organes permettant d’orienter les modules par rapport à la normale de l’azimut et

à la normale de l’horizon. Force, couple, vitesse, réactivité…

Atelier Endroit où l’on réalise les sous-ensembles des trackers. L’atelier se situe en Atelier « standard » + sous-traitance en 5 axes pour les



France. pièces de transmission de mouvement

Personnel de l’atelier Techniciens de l’atelier où seront produit les trackers Personne formée en usinage et assemblage

Rayons solaires Trajectoires de photons émis par le soleil Un vecteur

Sous-ensembles Ensemble de pièces qui peuvent être assemblées en atelier et/ou qui nécessitent

un outillage spécifique (Poste à souder, marbres, etc.)

Plusieurs pièces du tracker. Ne constituent pas néces-

sairement une classe équivalente cinématique unique

et complète.

Accident grave Accident qui nécessite un arrêt de travail pour un membre du personnel. Nombre de jours d’arrêt, taux d’incapacité, type de

blessure

Moyen de manutention Systèmes permettant de déplacer des pièces ou sous-ensembles en toute sécuri-

té. Le système doit être mobile au sein de la ferme.

Poids supportable, système d’accroche, élévation pos-

sible

Position de sécurité Position du tracker lorsque le vent dépasse les 100km/h Position horizontale du tracker avec système de blo-

cage

Surtension Surtension de décharge électrique éclair Voir norme parafoudre onduleur

Surintensité Surintensité de décharge électrique éclair Voir norme parafoudre onduleur

Techniciens/Opérateurs Personne habilitée et compétente pour intervenir sur les trackers ou la ferme. Personne formée

Moyen de transport Véhicule permettant de déplacer des pièces de tracker au sein de la ferme Charge utile/ dimensions pour les pièces



12.3.4 Diagramme des inter-acteurs

12.3.4.1 Fabrication

Désignation

de la fonc-

tion

Nom de la fonc-

tion Acteur(s) Critère Niveau

Flexibilité

(0-3) Contrôle

FP

Réaliser les

sous-ensembles*

à l’atelier

Matières pre-

mières/

Atelier

Temps de fabrica-

tion (h)

En attente de

pré-simulation

1

Bureau

d’étude

FC1 Respecter les

normes Normes Normes oui 0

Entreprise

spécialisée

FC2

Assurer

l’intégrité du per-

sonnel

Personnel/Atelier

-Nbre d’accident

graves/150 track-

ers.

<2 1 Comité

CHSCT -Charges portées

(kg) <25 0

FC3

Assurer une sur-

face de 80 m2

de modules PV

Modules Surface des mo-

dules (m^2) 80 0 Simulation

*Eléments nécessitant un outillage spécifique

TRACKER

Personnel Normes

FC1 FC2

Atelier

Matières premières

Modules Photo-

voltaïques

FC3

FP



12.3.4.2 Transport

Sous-ensembles

du tracker

FC1 Container

FS



Désignation

de la fonction

Nom de la fonc-

tion Acteur(s) Sous-fonction Critère Niveau

Flexibilité

(0-3) Contrôle

FS

Insérer un tracker

démonté dans un

container

Container

Ranger des trackers dans les

containers

Nombre de tracker par

container >= 1 1 Simulation

Respecter le poids maximal

admissible

Poids (tonnes)

28 0 Simulation

Respecter le volume maximal

admissible Volume (m3) 65 0 Simulation

Optimiser le rangement des

pièces Dimensions (m)

12,03*2,33*2,35

Note :

0 Simulation

FC1

Résister à

l’environnement de

transport

Container

Résister aux éléments natu-

rels lors du transport

Taux d’humidité

(%) 90 0 Mesure d’humidité

Eviter les chocs lors du trans-

port

Déplacement autorisé

des sous-ensembles (m) <0,2 1 Simulation

Protéger les éléments élec-

triques % de respect de l’IP45 100 1

Entreprise spécia-

lisée



12.3.4.3 Montage

Tracker

Normes de

sécurité

Installateurs

Environnement

Extérieur

FC1

FS

FC2

FC3 FC4

Moyen de

manutention FC5



Désignation

de la fonction Nom de la fonction Acteur(s) Sous-fonction Critère Niveau

Flexi-

bilité

(0-3)

Contrôle

FS Monter un tracker en

une ½ journée

Installa-

teur/Environnement

Extérieur

Respecter un nombre

d’heures pour le mon-

tage

Temps de mon-

tage

(h)

4 0 Conducteur de travaux

Utiliser le minimum de

personnel

Nombre

de Personnes 5 1 Ressources humaines

FC1

Résister à

l’environnement exté-

rieur

Environnement exté-

rieur

Résister à une chute Hauteur (m)

En attende

de présimula-

tion

2 Simulation

Résister à un choc

Hauteur (m)

équivalent à

une chute

En attente de

présimulation 2 Simulation

FC2 Respecter les normes

de sécurité Normes de sécurité

% de respect

de la Norme 100 0 Entreprise spécialisée



FC3 Simplifier le montage Installateur

Minimiser le nombre

d’outils à utiliser pour

effectuer le montage

Nombre

d’outils 10 2 Conducteur de travaux

Minimiser le nombre de

sous-éléments

à assembler

Nombre de

sous-éléments 50 1 Bureau d’études

Minimiser le poids des

charges à lever par le

personnel

Poids (kg) 25 1 Simulation

FC4 Assurer l’intégrité des

installateurs Installateurs

Minimiser le nombre

d’accidents graves

Nombre acci-

dent pour 150

trackers

2 1 Comité CHSCT

FC5

Rendre les sous-

éléments du tracker

compatibles avec les

moyens de manuten-

tion

Moyen de

manutention

% de compati-

bilité 60 2 Bureau d’études



12.3.4.4 Mise en fonctionnement

Tracker

Autres trackers

Superviseur

Installateur

FC4

FC1

FC2

Environnement

extérieur FS1

Normes

FS2



Dési-

gnation

de la

fonction

Nom de la fonc-

tion Acteur(s) Sous-fonction Critère Niveau

Flexibilité

(0-3) Contrôle

FS1

Résister à

l’environnement

extérieur

Environne-

ment exté-

rieur

Se mettre en position de sécurité en

présence de vents vitesse du vent (km/h) 100 +/-5 0 Simulation

Résister en position de sécurité en

présence de forts vents vitesse du vent (km/h) 200 0 Simulation

Résister à l’environnement extérieur:

sable, sel, humidité % respect de l’IP45 100 0

Entreprise exté-

rieure

Résister aux intempéries: pluie sur

parties mécaniques % oxydation 0 0 Simulation

Résister aux intempéries: foudre sur

parties électriques

Surtension, surintensité

admissible (V, A)

En attente de pré-

simulation 1 Simulation

Résister aux intempéries: foudre sur

parties mécaniques

Nombre d'impacts de

foudre supporté

En attente de pré-

simulation 2 Simulation

FS2

Vérifier les infor-

mations trans-

mises au supervi-

seur

Superviseur

% d’informations justes 95 1 Supervision

FC1

Garantir le fonc-

tionnement nor-

mal des autres

Autre track-

ers Eviter les collisions

Nombre de collisions

entre trackers 0 0 Simulation



trackers

FC2

Respecter les

normes de sécuri-

té

normes % respect à la norme 100 0 Entreprise spé-

cialisée

FC3 Assurer l’intégrité

de l’installateur installateur

% accidents graves ad-

missible par an 2 1 CHSCT



12.3.4.5 Utilisation normale

Tracker

Source d’énergie

d’alimentation

Ferme

Trackers

Soleil

Normes de

sécurité

Techniciens

Environnement

Extérieur Modules

FC1

FC2 FC4

FC5

FS

FC6

FC3

FC7 FC8

FC9



Dési-

gnation

de la

fonction

Nom de la fonction Acteur(s) Sous-fonction Critère Niveau

Flexi-

bilité

(0-3)

Contrôle

FS

Assurer la colinéari-

té des normales aux

modules par rapport

aux rayons solaires

Modules/Soleil

Angle entre les normales

aux modules et les vec-

teurs caractéristiques des

rayons solaires (°)

+/- 0,5 [ ] 0 Outil de supervision

FC1

Résister à

l’environnement ex-

térieur.

Environnent exté-

rieur

Fonctionner normalement sous

vent Vitesse du vent (km/h) =< 100 +/- 5 0 Outil de supervision

Se mettre en position de sécuri-

té

Azimut (°)

Elévation (°)

En attente de

pré-simulation 0

Campagne de mesures

sur tracker cobaye

Résister à des vents Vitesse du vent (km/h)

=< 200 0

Campagne de mesures

sur tracker cobaye

Résister à l’environnement local

(sable/Sel).

Respect de l’IP45

(%) 100 1

Campagne de mesures

sur tracker cobaye

FC2

Garantir le fonction-

nement optimal des

autres trackers.

Trackers

Interdire l’ombre sur les pan-

neaux PV lors du solstice

d’hiver.

Ombres non 0 Etude du placement

des trackers.

Eviter les collisions Distance entre 2 trackers

(m)

En attente de

pré-simulation 1 Conducteur de travaux

FC3 Gérer l’autonomie

de fonctionnement

Ferme Autoriser l’autonomie % d’autonomie 100 1 Superviseur

Ferme Autoriser le forçage des action- % d’actionneurs forçage 100 1 Superviseur



neurs

FC4 Fournir de l’énergie

Sources

d’énergies

d’alimentations

U (V)

I (A)

En attente de

pré-simulation 0 Conducteur de travaux

FC5 Respecter les

normes de sécurité

Tracker/Normes

de sécurité % de respect aux normes 100 0 Entreprise spécialisée

FC6

Assurer une surface

de 80 m2 de mo-

dules PV.

Mo-

dules/Technicien Nettoyer les panneaux Fréquence (Hz) 3,88*10^(-7) 2 Fiche de suivi

FC7

Assurer une surface

de 80 m2 de mo-

dules PV.

Technicien Maintenir une surface de 80m²

opérationnelle Durée de vie (ans) 5 2

Maintenance préven-

tive

FC8

S’assurer de la mise

en position de sécu-

rité en cas de cou-

pure du réseau élec-

trique

Technicien Mise en position de sécuri-

té effectuée Binaire 1 Simulation

FC9

Assurer l’intégrité du

technicien de main-

tenance

Technicien

Porter les équipements de pro-

tection Equipements portés Oui 0

Signature de la charte

de sécurité

Déconnecter le tracker pour la

maintenance Tracker dé-connectable Oui 0 Bureau d’étude

Tolérer les accidents Nombre d’accidents

graves par an 2 1 CHSCT



-Hiérarchisation des fonctions : Il faut comparer toutes les fonctions entre elles pour déterminer les fonctions principales. -Exemple : On compare la fonction FS-1 et FS-2. Si la fonction FS-1 est légèrement supérieure à la fonction FS-2, on lui attribue une note de 1. Lorsque l’on a comparé toutes les fonctions avec FS-1, on compte le nombre de points que l’on a attribué à FS-1. On fait de même pour toutes les fonctions.



Points %

FC1-1 FC1-2 FC1-3 FC1-4 FC2-1 FC2-2 FC3-1 FC3-2 FC4 FC5 FC6 FC7 FC8 FC9-1 FC9-2 FC9-3

FS FS FS FS FS FC2-2 FS FS FS FS FS FS FC9-2 FS

3 1 / 2 1 1 1 2 2 1 2 / / 1 1 1

FC1-1 FC1-1 FC1-1 FC1-1 FC1-1 FC1-1 FC3-2 FC1-1 FC1-1 FC1-1 FC1-1 FC1-1 FC1-1

1 / 1 2 1 2 1 2 1 2 / / 1 1 1

FC1-2 FC1-3 FC1-2 FC1-2 FC1-2 FC1-2 FC3-2 FC1-2 FC1-2 FC1-2 FC1-2 FC1-2 FC1-2

1 2 1 1 1 2 1 1 2 1 / 1 / 1

FC1-3 FC1-3 FC1-3 FC1-3 FC1-3 FC3-2 FC1-3 FC1-3 FC1-3 FC1-3 / FC1-3 FC1-3 FC1-3

2 2 1 1 1 2 1 2 1 1 1 1

FC1-4 FC1-4 FC1-4 FC3-1 FC3-2 FC1-4 FC1-4 FC8 FC1-4 FC1-4 FC9-3

1 1 2 2 1 / 1 / 1 1 1 1

FC2-1 FC2-2 FC3-1 FC3-2 FC4 FC2-1 FC2-1 FC2-1 FC8 FC2-1 FC9-2 FC2-1

1 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1

FC2-2 FC2-2 FC3-2 FC2-2 FC2-2 FC2-2 FC8 FC2-2 FC9-2

1 1 1 / 1 2 1 1 1 /

FC3-1 FC3-2 FC4 FC3-1 FC3-1 FC8 FC3-1 FC9-2 FC9-3

1 2 / 1 1 2 1 1 1

FC3-2 FC3-2 FC3-2 FC3-2 FC3-2 FC8 FC3-2 FC9-2

1 1 1 1 2 1 1 /

FC4 FC4 FC6 FC4 FC8 FC4 FC9-2

1 1 2 1 1 1 /

FC5 FC5 FC5 FC8 FC5

2 1 2 / / 2

FC6 FC8 FC9-1 FC9-2 FC9-3

/ 2 1 2 1

FC7 FC8 FC9-1 FC9-2 FC9-3

2 2 1 1

FC8 FC8 FC9-2 FC8

1 1 1

FC9-1 FC9-1

/ 1

FC9-2

/

FC9-3

1 : Légèrement supérieure

2 : Moyennement supérieure

3 : Nettement supérieure

/ : Egale importance



FS Assurer la colinéarité des normales aux modules par rap-

port aux rayons solaires 18 10,3

FC1-1 Fonctionner normalement sous vent 15 9,1

FC1-2 Se mettre en position de sécurité 12,0 7,3

FC1-3 Résister à des vents 15 9,1

FC1-4 Résister à l’environnement local (sable/Sel). 7 4,2

FC2-1 Interdire l’ombre sur les panneaux PV lors du solstice d’hiver. 5 3,0

FC2-2 Eviter les collisions 9 5,5

FC3-1 Autoriser l’autonomie de gestion 6 3,6

FC3-2 Autoriser le forçage des actionneurs 17 10,3

FC4 Alimenter par de l’énergie extérieure au tracker 7 4,2

FC5 Respecter les normes de sécurité 5 3,0

FC6 Nettoyer les panneaux 1 1,6

FC7 Assurer une surface de 80 m2 de modules PV. 0 0,0

FC8 S’assurer de la mise en position de sécurité en cas de

coupure du réseau électrique 17 10,3

FC9-1 Porter les équipements de protection 4 2,4

FC9-2 Déconnecter le tracker pour la maintenance 11 6,7

FC9-3 Eviter les accidents 4 2,4

TOTAL 165 100

En gras, les fonctions prioritaires à traiter



12.3.4.6 Démontage-remplacement

Tracker

Normes de

sécurité

Technicien

FC2

FC1

Moyens de

transport

FS



Désignation de la fonc-

tion Nom de la fonction Acteur(s) Sous-fonction Critère Niveau

Flexibilité

(0-3) Contrôle

FS Démonter les sous

ensembles défectueux

Track-

er/Technicien

/Moyens de

transport

Durée (jour)

Nombre de techni-

ciens

1

3

1

1

Fiche de suivi

Fiche de contrôle

FC1 Assurer l’intégrité du

technicien Technicien

Déconnecter le

tracker en

maintenance

Tension (V)

Courant (A)

En attente

de pré-

simulation

0 Appareil de mesure

Tolérer les

accidents

Nombre

d’accidents graves

par an

2 1 CHSCT

Porter les

équipements

de protection

individuels

Port des équipe-

ments oui 0

Signature de la charte de

sécurité


de sécurité

Normes de

sécurité

% de respect aux

normes 100 0 Entreprise spécialisée



12.3.4.7 Recyclage

Désignation

de la fonction

Nom de

la fonc-

tion

Acteur(s) Sous-

fonction Critère Niveau

Flexibilité

(0-3) Contrôle

FP Recycler

le tracker

Tracker/Entreprise

de recyclage

% de maté-

riaux recy-

clables

60 3

Compte ren-

du entreprise

extérieure

Tracker

FP

Entreprise de

recyclage



12.4 Ferme

12.4.1 Bête à cornes

Pour qui le produit rend-il service ? Sur quoi agit-il ?

Compagnies

d’exploitation

L’énergie transformée et

délivrée par les pan-

neaux

FERME

Collecter, convertir et renvoyer l’énergie au réseau électrique.

Dans quel but ?



12.4.2 Cycle de vie de la ferme

Nous avons défini le cycle de vie de la ferme afin de voir toutes les fonctions que le produit

devra remplir dans toutes ses phases de vie.

Fabrication

Transport

Montage


Utilisation normale


Recyclage.

12.4.3 Caractérisation des intéracteurs

Inter-acteur Description Caractéristiques

Superviseur Le superviseur est un dispositif permettant de visualiser l’état de fonctionnement de chaque

tracker simultanément

-1 écran

-5 données par tracker

Tracker Système permettant d’orienter les modules -Précision de +/- 0.5deg par rapport a la

normale du soleil

Compagnie d’exploitation Il s’agit de l’exploitant de la ferme solaire

Normes de sécurité Ce sont les normes que la ferme solaire devra

respecter. -NORMES :

Environnement extérieur Il s’agit de l’environnement dans lequel les

trackers seront en contact.

-Vent : 200 km/h

-Pluie

-Sable : D<= 1mm

-Sel

-Foudre

Réseau électrique C’est le réseau sur lequel on renvoie l’énergie

électrique

-Tension : 220/240 V

-Fréquence : 50 HZ

Installateur L’installateur sera en charge de la pose des trackers. Ce sera un salarié de l’entreprise

-Formation requise par l’entreprise

Outils Ce sont les outils qui sont à disposition des

opérateurs pour assurer la pose des panneaux

-Outils utilisables par tous

-Outils transportables après la pose.

Camion Il s’agit du moyen de transport acheminant les

containers sur site.

-Longueur : 13.6m (remorque)

-Largeur : 2.55m

-Hauteur : 4m

Container Moyen de transport permettant d’acheminer un

tracker

-Volume en m3: 65

-Masse en tonnes : 28

-Dimensions en m : 12,03*2,33*2,35






Flexibilité (0-3)

Contrôle

FP

Fabriquer les sous-éléments de la ferme de ma-nière optimale

Usines de fa-brication/ Ma-

tières pre-mières

Assurer un temps de fabri-cation minimal

Temps de production

En at-tente de

pré-simulation

1 Date de livraison

FC1 Respecter les

normes de sécuri-té

Normes de sécurité

Utiliser des processus,

matériaux et pièces certi-

fiées

% de res-pect des normes

100 0 Entreprises spécialisées

FC2 Respecter les

normes environ-nementales

Environnement extérieur

Utiliser des matières pre-

mières respec-tueuses de

l'environnement

% de res-pect de la

norme 14001

100 0 Entreprises spécialisées

Ferme

Usine de

fabrication

Environnement

Extérieur

Normes de

sécurité

FP

FC1

FC2

Matières

premières



12.4.3.2 Transport

Désignation de la fonction

Nom de la fonc-tion

Acteur(s) Sous-fonction Critère Niveau Flexibilité

(0-3) Contrôle

FS Transporter la ferme par con-

tainer Container

Insérer les sous-

éléments de la ferme (hors

trackers) dans des con-

tainers

Nombre de container

2 1 Simulation

Assurer une cadence de

transport

Nombre de trackers li-

vrés par jour >=2 0

Date de livrai-son

FC1 Assurer une

non-ouverture des containers

Container Sceller le container

Etat du scel-lé

Conservé ou détruit

0 Vérification de plombage à la

livraison

FC2

Résister à l’environnement

de transport (hors trackers)

Container

Résister aux éléments na-turels lors du

transport

Taux d’humidité

(%) 90 0 Hygromètre

Eviter les chocs lors du

transport

Déplacement autorisé des

sous-ensembles

(m)

<0,2 1 Simulation

Protéger les éléments

électriques

% de respect de l’IP 45

100 0 Entreprise spé-

cialisée

Container FS

FC1

Sous-

ensemble de

la ferme

FC2



12.4.3.3 Montage


Nom de la fonc-tion


(0-3) Contrôle

FS

Assembler les sous-

ensembles de la ferme

Installa-teurs/

trackers

Temps (h)

En at-tente

de pré-simula-

tion

1 Chronomètre

Nb hommes <30 1 Ressources hu-

maines

FC1

Assurer le pas-sage d’un con-tainer entre 2

trackers

Container/ Tracker

Distance entre 2 trackers

En at-tente

de pré-simula-

tion

1 Conducteur de

travaux

FC2 Respecter les normes de sé-

curité


% respect normes


cialisée

FC3 Avoir un atelier

sur place outils

Disposer d’outils sur

le site d’installation

Nb outils

Surface

>100

>100m²

1

1

Conducteur de travaux

Ferme

Installateurs

Outils

Trackers

FC1

FS

Normes de

sécurité

Container

FC2

FC3





Nom de la fonction

Acteur(s) Sous-fonction Critère Niveau Flexibili-té (0-3)

Contrôle

FS

Vérifier le fonctionne-ment des trackers

Supervi-seur

/Tracker

Décrire l’ensemble de la plage de fonc-

tionnement des trackers

Temps (s)

En at-tente de

pré-simula-

tion

1 Mesure tempo-

relle

Vérifier les fonc-tions principales du la supervision

% de fonc-tions erro-

nées 0 1 Supervision

FC Vérifier par-tie électrique des trackers

Réseau électrique

Vérifier la qualité du signal élec-

trique envoyé au réseau

% de con-formité à la norme du réseau électrique

100 1 Sur place, techni-

cien du réseau électrique

Ferme

Tracker

Réseau électrique

FC

FS

Superviseur





tion

Nom de la fonc-tion


(1-3) Contrôle

FS1

Collecter, convertir et ren-voyer l’énergie

au réseau

Track-ers/Réseau

Nb MWh/an 2500 1 Réseau

électrique

FS2

Interagir avec le fonctionnement

des trackers

Superviseur / trackers

Collecter les informations de tous les track-

ers

Poste de contrôle

>= 1 1

Supervi-sion

Superviser la ferme à dis-

tance

Distance (Km)

>2 2

Traiter et affi-cher les infor-

mations

I

Oui/non 1

V

P

T°C

Position

FERME

Superviseur

Réseau

électrique

Environnement

extérieur

Techniciens

FC2

FS2

FS1

Normes de

sécurité

Trackers

FC1

FC3

FS3

Centre météoro-

logique

FC4



Rendement

Forcer les ac-tionneurs en

cas de nécessi-té

% d’actionneurs forçables

100 1

FS3

Maintenir le sys-tème en fonc-

tionnement

Superviseur

Conserver le fonctionnement

de la ferme avec des track-ers défaillants

Nb trackers en fonction-

nement >120 1

Supervi-sion

Signaler les défaillances au poste de con-

trôle

% des dé-faillances signalées

100 0

FC1

Respecter les normes de sécu-

rité


Respecter les normes élec-

triques

% respect normes

100 0 Entreprise spéciali-

sée

Respecter les normes envi-

ronnementales

% respect normes

100 0

FC2 S’adapter à

l’environnement extérieur


Résister aux intempéries

V vent <200 km/h

0

Simulation en BE

D grêle <20mm 1

Tempéra-ture

20°C<80°C

1

FC3

Pouvoir interve-nir sur chaque

tracker

Techniciens/ trackers

Garantir un accès à chaque

tracker

Espace entre 2 trackers

>3m 2

Technicien Assurer

l’intégrité des personnes

Nb acci-dents

graves/an <2 3

FC4

Collecter la vi-tesse du vent, le

temps d’ensoleillement/jour prévisionnels pour adopter la

stratégie de fonc-tionnement

Centre météo-rologique local

Nbre d’heures

avant l’instant t

12h 1 Supervi-

seur



-Hiérarchisation des fonctions : FS1 FS2-1 FS2-2 FS2-3 FS2-4 FS3-1 FS3-2 FC1-1 FC1-2 FC2 FC3-1 FC3-2 FC4

FS1 FS1 FS1 FS2-4 FS1 FS1 FC1-1 FC1-2 FC2 FS1 FC3-2 FS1 FS1

2 3 3 2 1 2 2 1 2 1 3 2

FS2-2 FS2-1 FS2-4 FS3-1 FS3-2 FC1-1 FC1-2 FC2 FC3-1 FC3-2 FC4 FS2-1

2 2 3 2 1 2 3 2 2 3 2

FS2-3 FS2-4 FS3-1 FS3-2 FC1-1 FC1-2 FC2 FC3-1 FC3-2 FC4 FS2-2

1 2 2 2 2 2 3 1 3 2

FS2-4 FS3-1 FS3-2 FC1-1 FC1-2 FC2 FC3-1 FC3-2 FC4 FS2-3

3 2 1 2 2 3 2 3 1

FS3-1 FS3-2 FC1-1 FC1-2 FS2-4 FS2-4 FC3-2 FS2-4 FS2-4

2 1 1 1 1 1 2 1

FS3-1 FC1-1 FC1-2 FC2 FC3-1 FC3-2 FS3-1 FS3-1

2 2 2 2 1 2 1

FC1-1 FC1-2 FC2 FC3-1 FC3-2 FC4 FS3-2

2 2 2 2 3 2

FC1-1 FC1-1 FC1-1 FC3-2 FC1-1 FC1-1

1 2 2 2 2

FC1-2 FC1-2 FC3-2 FC1-2 FC1-2

1 2 2 2

FC2 FC3-2 FC2 FC2

2 2 2

FC3-2 FC3-1 FC3-1

2 1

FC3-2 FC3-2

2

Points %

FS1 Collecter, convertir et renvoyer l’énergie lors d’un fonctionnement à rende-

ment énergétique global positif 14 9,4

FS2-1 Collecter les informations de tous les trackers 2 1,34

FS2-2 Superviser la ferme à distance 2 1,34

FS2-3 Traiter et afficher les informations 1 0,67

FS2-4 Forcer les actionneurs en cas de nécessité 13 8,72

FS3-1 Conserver le fonctionnement de la ferme avec des trackers défaillants 11 7,38

FS3-2 Signaler les défaillances au poste de contrôle 5 3,36

FC1-1 Respecter les normes électriques 20 13,42

FC1-2 Respecter les normes environnementales 18 12,08

FC2 Résister aux intempéries 18 12,08

FC3-1 Garantir un accès à chaque tracker 9 6,04

FC3-2 Assurer l’intégrité des personnes 29 19,46

FC4 Collecter la vitesse du vent, le temps d’ensoleillement/jour prévisionnels

pour adopter la stratégie de fonctionnement 7 4,7

TOTAL 149 100



12.4.3.6 Démontage/Remplacement



Flexibilité (0-3)

Contrôle

FP Assurer un dé-montage d'élé-

ment sans danger

éléments de la ferme -

Technicien

Pouvoir isoler le (ou les) éléments

concernés pour démon-

tage

% Isolation électrique,

informatique ou/et méca-

nique

100 0 Simulation

FP2

Assurer un dé-montage sans

détérioration des éléments pour déplacement

Eléments de la ferme/ Autre site

Démonter la ferme sans

détérioration des éléments

principaux

% Destruc-tion des éléments principaux

<5% 0 Directeur de tra-

vaux

FP3

Assurer un tri pour le recyclage des éléments avant

destruction

Eléments de la ferme - Usines de traitement

des déchets

Séparer les éléments re-cyclables des

non-recyclables

% d'élément triés

>80% 1 Contrôles ponc-

tuels

Ferme

Technicien

Eléments de

la ferme

Autre site

Usine de traitement

des déchets

FP

FP3

FP2



12.4.3.7 Recyclage


tion

Nom de la fonction

Acteur(s) Sous-


Flexibilité (0-3)

Contrôle

FS

Séparer les ma-

tières re-cyclables des non

recyclables

Container - élé-

ments de la ferme

triés

Affecter un con-tainer pour

chaque type de produit

Nombre de contai-

ners >2 1

Contrôle avant envoi.

FC1

Assurer une non-ouverture du contai-

ner

Container Sceller le container

Etat du scellé

Conservé ou détruit

0 Vérification de plombage au

déchargement

FC2

Assurer le traitement des dé-

chets triés

Usine de traitement

des dé-chets

% de dé-chets trai-

tés 100 1

Feuille de route

Ferme

FC1

Container

Eléments de

la ferme

FS

Usine de

traitement

de déchets

FC2



12.5 Tracker de démonstration

12.5.1 Bête à cornes

12.5.2 Cycle de vie du tracker de démonstration

Nous avons défini le cycle de vie du tracker de démonstration afin de voir toutes les fonc-

tions que le produit devra remplir dans toutes ses phases de vie.

Fabrication

Transport

Montage


Utilisation normale


Fin de vie

A qui le produit rend-il service ? Sur quoi agit-il ?

Concepteur Visi-

teurs/Industriels/Clients potentiels.

Démonstrateur

Support de démonstration/ Epater

les clients



12.5.3 Caractérisation des inter acteurs

Inter-acteur Description Caractéristiques

Démonstrateur Système permettant d’orienter les panneaux +/- 0,5° par rap à la normale du

soleil

Container Moyen de transport permettant d’acheminer

un démonstrateur

-masse : 28t

-volume : 65m3

-Dimensions Intérieures en

mètres (12,03*2,33*2,35)

Environnement

extérieur

Environnement dans lequel les démonstra-

teurs seront en contact

-vent

-pluie

-sable

-sel

-Animaux

Installateur personne qualifiée dans l’installation des dé-

monstrateurs

Personne formée

Normes de sécurité normes environnementales et électriques en

vigueur dans le pays où seront installés les

démonstrateurs.

A déterminer après recherche

Modules Dispositif (avec cellule à concentration) per-

mettant de capter l’énergie solaire et de la

transformer en énergie électrique.

-Surface : 4 modules PV/6m².

-Puissance : 650 W

Source d’énergie

d’alimentation

source d’énergie extérieure au démonstrateur

qui sera utilisée pour actionner les action-

neurs.

- On n’utilise pas directement

l’énergie produite par le démons-

trateur.

Atelier Endroit où l’on réalise les sous-ensembles

des démonstrateurs. L’atelier se situe en

France.

Atelier « standard » + sous-

traitance en 5 axes pour les

pièces de transmission de mou-

vement

Personnel de

l’atelier

Techniciens de l’atelier où seront produits les

démonstrateurs

Personne formée en usinage et

assemblage

Rayons solaires Trajectoires de photons émis par le soleil Un vecteur

Sous-ensembles Ensemble de pièces qui peuvent être assem-

blées en atelier et/ou qui nécessitent un outil-

lage spécifique (Poste à souder, marbres,

etc.)

Plusieurs pièces du démonstra-

teur. Ils ne constituent pas néces-

sairement une classe équivalente

cinématique unique et complète.



Accident grave Accident qui nécessite un arrêt de travail

pour un membre du personnel.

Nbre de jours d’arrêt, taux

d’incapacité, type de blessure

Moyen de manuten-

tion

Systèmes permettant de déplacer des pièces

ou sous-ensembles en toute sécurité. Le sys-

tème doit être mobile.

Poids supportable, système

d’accroche, élévation possible

Position de sécurité Position du démonstrateur lorsque le vent

dépasse les 100km/h

Position horizontale du démons-

trateur avec système de blocage

Surtension Surtension de décharge électrique (éclair) Voir norme parafoudre onduleur

Surintensité Surintensité de décharge électrique (éclair) Voir norme parafoudre onduleur

Techni-

ciens/Opérateurs

Personne habilitée et compétente pour inter-

venir sur les démonstrateurs.

Personne formée

Moyen de transport Véhicule permettant de déplacer des pièces

de démonstrateur.

Charge utile/ dimensions pour les

pièces

Milieu environnant Ce sont les objets solides qui pourraient gê-

ner le fonctionnement du démonstrateur

Arbres/Poteau,…



12.5.4 Diagramme des inter acteurs


Désigna-tion de la fonction

Nom de la fonction

Acteur(s) Sous-fonc-tion

Critère Ni-

veau

Flexibi-lité (0-3)

Contrôle

FP

Réaliser les sous-

en-sembles* à l’atelier

Person-nel/atelier

Temps 3

jours 1

Chef d’atelier


Normes Normes oui 0 Entre-

prise spé-cialisée

FC2

Assurer l’intégrité du per-sonnel

Person-nel/Atelier

Nbre d’accident/15

0 trackers. <2 1

Comité CHSCT EPI Oui 0

Moyens de manutention

Oui 0

*Eléments nécessitant un outillage spécifique

Démonstrateur

Personnel Normes

Atelier

FP

FC1 FC2



12.5.4.2 Transport

Démonstrateur

Normes de

sécurité

Environnement

Extérieur

FC1

FC2

Container

FP




tion

Nom de la fonc-tion


(0-3) Contrôle

FP

Insérer un tracker démon-té dans un con-

tainer

Container

Respecter le poids maximal

admissible Poids (t) 28 t 0 Simulation

Respecter la taille maxi-

male admis-sible

Volume (m3)

65 m3 0 Simulation

Optimiser le rangement des pièces

Dimensions (m)

12,03*2,33*2,35 0 Simulation

Réduire le temps de dé-chargement des premières pièces à utili-ser

Temps 30 1 Fiche de

suivi

FC1 Résister à

l’environnement extérieur


Résister aux éléments na-turels lors du

transport (humidité)

Taux

d’Humidité

90%

0

Mesure

humidité

Protéger les éléments

électriques

Respect de l’indice de protection

IP45

100% 1 Entreprise spécialisée


curité


Respecter les

normes de sécurité des panneaux

solaires pour le transport

Pourcentage de respect des normes

100%

0

Entreprise spécialisée



12.5.4.3 Montage


tion

Nom de la fonc-tion


Contrôle

(0-3)

FP

Monter un tracker en une

½ journée

Installateur/ Environnement

Extérieur

Temps de montage (h)

4 0 Conducteur de travaux

Nbre 5 1

Ressources humaines

Personnes

FC1


extérieur


Résister à une chute

Hauteur (m)

0,5

2

Simulation

Résister à un choc (équiva-

lent chute) Hauteur (m) 0,5 2

Résister au vent

Vent 50

km/h 1

Démonstra-

teur

Normes de

sécurité

Installateur

Environnement

Extérieur

FC1

FP

FC2

Container

FC3

FC4

Moyen de

manutention FC6

FC5




curité


Pourcentage de respect à

la norme 100% 0

Entreprise spécialisée

FC3 Décharger les pièces du con-

tainer Container

Temps 1 h 1

FC4 Simplifier le

montage Installateur

Minimiser le

nombre d’outils à

utiliser pour effectuer le montage

Nombre d'outils

10

2

Monteur

Minimiser le nombre de sous élé-

ments à as-sembler

Nombres de sous élé-

ments 50 1

Bureau d’étude

Minimiser le poids des charges à

lever par le personnel

Poids (kg) 25 1 Bureau d’étude

FC5 Assure

l’intégrité des installateurs

Installateur Minimiser le

nombre d’accidents

Nombre accidents

grave 0 1 CHSCT

FC6

Rendre les sous-éléments

compatibles avec les

moyens de manutention

Moyens de manutention/ Installateurs

% compati-

bilité 60% 2

Bureau d’étude




désignation de la fonction

Nom de la fonc-tion


(0-3) Contrôle

FP


extérieur


Se mettre en po-sition de sécurité en présence de

vent

vitesse du vent (km/h)

100 +/- 5

0 Simulation

Résister en posi-tion de sécurité en présence de

forts vents.

vitesse du vent (km/h)

200 0 Simulation


extérieur

% de res-pect de l’IP45

100 1 Entreprise extérieure

Résister aux in-tempéries: pluie

sur parties méca-niques

% oxyda-tion

0 1 Simulation

Démonstrateur

Milieu envi-

ronnant

Normes Modules

Installateur

FC4

FC1

FC2

Environne-

ment extérieur FP

FC3



Résister aux in-tempéries: foudre sur parties élec-

triques

Surtension, surintensité admissible

(V, A)

? 1 Phase de

tests

Résister aux in-tempéries: foudre sur parties méca-

niques

Nombre d'impacts de foudre supporté

? 2 Phase de

tests

FC1

Garantir le fonctionnement

normal des autres trackers

Milieu environ-nant

Eviter les colli-sions

% collision avec le

milieu envi-ronnant

0 0 Simulation


curité Normes

% respect à la norme

100 0 Entreprise spécialisée

FC3 Assurer la pré-

sence de 4 modules PV

Modules

% de pré-sence des 4 modules

PV

100 0 Simulation

FC4 Assurer

l’intégrité de l’installateur

Installateur

% acci-dents

graves ad-missible par an

2 1 CHSCT




Démonstrateur

Source

d’énergie

d’alimentation

Rayons solaires

Normes de

sécurité

Techni-

ciens

Environne-

ment Exté-Modules

FC1

FC2

FC3

FP

FC4

FC5 FC6

FC7




tion

Nom de la fonc-tion


(0-3) Contrôle

FP Orienter les

modules Rayons solaire

/modules

Assurer la coli-néarité des

normales aux modules par rapport aux

rayons solaires

Angle entre les normales aux modules et les vecteurs carac-téristiques des rayons solaires

(°)

+/- 0,5 [180]

0 Outil de su-pervision

FC1 Résister à

l’environnement extérieur.


Fonctionner normalement

sous vent

Vitesse du vent (km/h)

=< 100 +/- 5

0 Outil de su-pervision

Se mettre en position de sé-

curité

Azimut (°) En attente de pré-

simulation 0

Campagne de mesures sur tracker

cobaye Elévation (°)

Résister à des vents

Vitesse du vent (km/h)

< 200 1


cobaye


local (sable/Sel).

Respect de l’IP45 100 1


cobaye (%)

FC2 Fournir de l’énergie

Sources d’énergies

d’alimentations

U (V) En attente de pré-

simulation 0

Conducteur de travaux

I (A)


curité

Tracker/ Normes de

sécurité

% de respect aux normes

100 0 Entreprise spécialisée

FC4

Assurer une surface de 80

m2 de modules PV.

Modules/ Technicien

Nettoyer le panneau

Fréquence (Hz) 3,88*10^(-

7) 2

Fiche de suivi

FC5

Assurer une surface de 80

m2 de modules PV.

Technicien Maintenir une

surface de 80m² opérationnelle

Durée de vie (ans)

5 2 Maintenance préventive



FC6

S’assurer de la mise en posi-

tion de sécurité en cas de cou-pure du réseau

électrique

Technicien Mise en posi-

tion de sécurité effectuée

Binaire 1 Simulation

FC7

Assurer l’intégrité du technicien de maintenance

Technicien

Porter les équi-pements de protection

Equipements portés

Oui 0 Signature de la charte de

sécurité

Déconnecter le tracker pour la maintenance

Tracker décon-nectable

Oui 0 Bureau d’étude

Tolérer les ac-cidents

Nombre d’accidents

graves par an 2 1 CHSCT

12.5.4.6 Démontage-remplacement

Démonstrateur

Normes de

sécurité

Techni-

ciens

FC2

FC1

Moyens de

transport

FS




Nom de la fonction Acteur(s) Sous-fonction Critère Niveau Flexibilité (0-3) Contrôle

FS Démonter le tracker

défectueux Technicien/Moyens

de transport

Durée (jours) 1 1 Fiche de suivi

Nombre de techniciens

3 1 Fiche de con-

trôle

FC1 Assurer l’intégrité du

technicien Technicien

Déconnecter le tracker en maintenance

Tension (V) En attente de pré-simulation

0

Appareils de mesure

Courant (A)

Tolérer les accidents Nombre

d’accidents graves par an

2 1 CHSCT

Porter les équipe-ments de protection

individuels

Port des équi-pements

oui 0 Signature de la charte de sécu-

rité

FC2 Respecter les

normes de sécurité Normes de sécurité

% de respect aux normes


cialisée



12.5.4.7 Fin de vie


tion

Nom de la fonction

Acteur(s) Sous-


Flexibilité (0-3)

Contrôle

FS1 Améliorer le niveau de recyclage

Ne pas rejeter de dé-chets

polluants

Masse de déchets polluants

rejetés par an (Kg)

En attente de pré-simula-

tion

1 Entreprise spécialisée


FS2

Transporter le tracker

démonté en attente

d’évacuation

Technicien/ Moyen de ma-

nutention

Amener les sous-éléments

du tracker à évacuer

vers l’aire

prévue à cet effet

% de sous-éléments de tracker à évacuer

transportés

100% 1 Feuille de

suivi

Démonstrateur

Environnement

Extérieur

Moyen de manuten-

tion

FS2

FS1

Technicien



Annexe D : Rendu des simulations par éléments finis du support de

modules

12.6 -1 contact avec le mât, au centre :

La flèche maximale est en bout de support et vaut plus de 200mm, soit une erreur d'environ 1,14°.



12.7 -2 contacts avec le mat, proches du milieu :

La flèche maximale est en bout de support et vaut environ 50mm, équivalent à une erreur d'environ

0,41°.

12.8 -2 contacts avec le mat, éloignés :



La flèche maximale se trouve au milieu du support et vaut environ 15mm, soit une erreur d'environ

0,12°.

12.9 -3 contacts avec le mat, un au centre et 2 proches du centre :

La flèche maximale se trouve aux extrémités du support et vaut environ 45mm, soit une erreur d'en-

viron 0,45°.

12.10 -3 contacts avec le mat, un au centre et 2 éloignés :



La flèche maximale se trouve aux extrémités de support, et vaut environ 3mm, soit une erreur d'en-

viron 0,05°.

12.11 -5 contacts avec le mat, sur tous les points de contact :

La flèche maximale se trouve aux extrémités de support, et vaut environ 3mm, soit une erreur d'en-

viron 0,05°. Cette solution est équivalente à la précédente (3contacts avec le mat, un au centre et 2

éloignés).



Annexe E : Inventaire matériaux

Sous-ensemble Nom Quantité Unité Commentaires utilisateur

Architecture Acier courant 750000 kg Architecture

Architecture Acier courant 1053 kg Roulements

Architecture Fabrication moyenne en acier 750000 kg

Architecture Module electronique de commande 60 kg Capteurs

Architecture Fabrication moyenne en acier 750000 kg

Architecture Acier courant 2025 kg Glissière patin

Architecture Acier courant 27675 kg Glissière rail

Electronique Cable trois conduc-

teurs 87000 m cables electricité

Electronique Circuit imprimé com-posants traversants

(masse) 9750 kg Onduleur

Emission sili-cium qualité electronique Verre plat 165,6 kg Silicium QE

Emission sili-cium qualité electronique Verre plat 2595,6 kg Tetrachlorure de silicium

Emission sili-cium qualité electronique HCL 7542,72 kg

Fabriquation de cellules KOH 2151,36 kg

Fabriquation de cellules Eau adoucie 2592 kg

Fabriquation de cellules Azote liquide 286416 kg

Fabriquation de cellules

Electricité moyenne tension France 388800 kWh

Fabriquation des modules Eau adoucie 235440 kg

Fabriquation des modules

Aluminium mix euro-péen 11440,8 kg

Fabriquation des modules Verre plat 31521,6 kg

Fabriquation des modules Boite en carton ondulé 907,2 kg

Fabriquation des modules PEHD 6861,6 kg

Fabriquation des modules PEHD 3902,4 kg

Fabriquation des modules PEHD 10490,4 kg Rebus plastiques

Ferme Maison individuelle 30 m3 Poste supervision

Ferme Brique 432000 kg Mur de la ferme (Estimation)

Ferme Mortier de ciment 48000 kg Mur de la ferme (Estimation)



Ferme Alimentation électro-nique (style PC fixe) 1 unit Poste supervision

Ferme Lecteur CD DVD d'ordinateur 1 unit Poste supervision

Ferme Cable trois conduc-teurs 10 m Poste supervision

Ferme Composants (en moyenne) 5 kg Poste supervision

Ferme Disque dur PC (575g) 1 unit Poste supervision

Ferme Ventilateur 0,3 kg Poste supervision

Moteur azimut Acier courant 7500 kg

Moteur azimut Cable trois conduc-teurs 750 m

Moulage Argon liquide 4302,72 kg

Moulage Eau adoucie 8,2E+07 kg

Moulage Verre plat 3110,4 kg

Moulage Electricité moyenne tension France -155520 kWh

Moulage Verre plat 6998,4 kg

Silicium qualité electronique Verre plat 23950,1 kg Silicium

Silicium qualité electronique HCL 93312 kg

Silicium qualité electronique Hydrogène liquide 3110,4 kg

Verin Acier courant 13500 kg

Verin Cable trois conduc-teurs 750 m

Verin Fabrication moyenne en acier 13500 kg



Annexe F Document SKF pour choix du roulement



Bibliographie

- Fonction : Suivre le soleil

http://www.limsi.fr/Individu/bourdin/master/Calculs_astronomiques_simples.pdf

http://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php?lang=fr

http://www.heliodon.net/downloads/Beckers_2010_Helio_006_fr.pdf


http://star.gs/cgi-bin/wsune.htm

http://www.sensel-measurement.com/es-261-servo-inclinometre-haute-precision-p-

485.html?osCsid=bb97ea8f7dd64adecf88709cfddf1355

http://www.limsi.fr/Individu/bourdin/master/Calculs_astronomiques_simples.pdf

http://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php?lang=fr



http://star.gs/cgi-bin/wsune.htm

http://www.sensel-measurement.com/es-261-servo-inclinometre-haute-precision-p-485.html?osCsid=bb97ea8f7dd64adecf88709cfddf1355

http://www.sensel-measurement.com/es-261-servo-inclinometre-haute-precision-p-485.html?osCsid=bb97ea8f7dd64adecf88709cfddf1355

Engineering

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