Le SPS et ses applications

Les TP réalisables (Energies renouvelables, électronique/électrotechnique, mécanique, informatique)

TP liés au fonctionnement TP liés à la conception

Le masque solaire. (Qu’est-ce que la course du soleil, faire un relevé de site).

Simulation de production. (simulation de production en fonction du lieu, de la météo, des ombrages, de l’orientation et de l’inclinaison de la centrale).

Technologie de capteurs. (simulations avec différentes technologies de capteurs: amorphe, silicium monocristallin…).

Travail sur la cellule. (mesure des courants/tensions, Voc, Icc, recherche de MPP, recherche de chute de puissance en fonction de l’angle d’irradiation).

Les systèmes suiveurs. (capteur mobile mono-axe : azimut, capteur mobile mono-axe: hauteur, capteur mobile bi-axe).

Bilan énergétique. (Analyse sur systèmes raccordés réseau, systèmes autonomes, dimensionnement, rendements, extrapolation sur capteurs thermiques).

Mécanique. (Calcul du Bras azimut).

Informatique. (travail sur les tourelles, programmation d’un système suiveur mono-axe, bi-axe en détection de chute de courant, ou sur tripode en comparatif).

Le principe du SPS

Le simulateur est un principe de simulation basé sur la mesure physique du rayonnement solaire reproduit en laboratoire.

Entièrement piloté cet appareil permet de recréer sur un cycle court et de façon répétitives des conditions d’ensoleillement sous quelques latitudes que ce soit en intégrant les conditions météorologiques.

Simple, ludique, et d’une utilisation intuitive il est l’outil idéal pour apprendre, simuler et sensibiliser.

Le principe du SPS

Lampe

Moteur hauteur

Porte échantillon

Interface de test

Obstacle

Bras azimut

Bras hauteur

Moteur azimut

Tourelle interchangeable

Cellule solaire

Ombrage

L’encombrement du SPS

Composition du kit:

Un simulateur.

Un plateau porte échantillon.

Un arbre (obstacle échelle HO).

Une tourelle équipée.

Une cellule amorphe calibrée.

Une cellule Monocristalline calibrée.

Une lampe calibrée.

Un câble d’alimentation.

Un câble USB.

Une licence d’exploitation.

Elle permet essentiellement de faire de la sensibilisation, aux phénomènes d’orientation et d’ombrage pour des centrales solaires intégrées sur des habitations. Elle est plus destinée à expliquer le phénomène qu’à le mesurer, et sert surtout aux architectes, et centre info énergie.

Maison échelle HO (1/87)

La tourelle équipée est l’équipement de base fournie avec le SPS pour l’éducation nationale.

Elle équipe les systèmes destinés aux bureaux d’études et centre info énergie. Elle est motorisée et est contrôlée par la carte intégrée au SPS, et permet, de faire des mesures avec une position de capteur fixe, ou suiveur (mono ou biaxe).

La tourelle équipée

Plus technique, La tourelle autonome est identique à la tourelle équipée, à la différence que celle-ci possède son propre microcontrôleur !

Spécifiquement développée pour l’éducation nationale cette version de tourelle offre plusieurs avantages. Les moteurs de cette tourelle sont programmables par les professeurs et étudiants. Entièrement ouverte, vous pourrez ainsi développer vos propres suiveurs.

La tourelle autonome

Les options (Plug & Play)

L’interface logiciel Intensité lumineuse l

Mode: mois Mode: année Mode: avancé

Sélection de ville l

Technologie de capteur l

Pondération météo l

Surface de centrale l

Puissance du générateur l

I réglage azimut capteur

I réglage hauteur capteur

Mode: jour

I Graphique U et I

Lancer les simulations l

Les TP liés au fonctionnement

I] Le masque solaire. A) Qu’est-ce que la course du soleil.

Les TP liés au fonctionnement

I] Le masque solaire. B) Faire un relevé de site.

Hauteur (°)

Azimut (°)

Hauteur (°)

Azimut (°)

Les TP liés au fonctionnement II] Simulation de production. A) simulation de production en fonction du lieu et de la météo.

Faire des simulations en conditions identiques sur différentes villes.

Retracer, ou vérifier la carte de gisement solaire en France.

www.ademe.fr/midi-pyrenees/a_2_08.html

Source:

Les TP liés au fonctionnement II] Simulation de production.

B) simulation de production en fonction de l’orientation et l’inclinaison de la centrale.

Faire des simulations sur une même ville en faisant varier l’orientation et l’inclinaison des capteurs.

Retracer, et déterminer l’orientation optimale

Retracer, et déterminer l’inclinaison optimale

Les TP liés au fonctionnement II] Simulation de production.

C) simulation de production en mode perturbé (avec des ombrages)

Mettre des ombrages sur le plateau.

Faire plusieurs simulations Avec des ombrages à différentes positions, et vérifier en mode jour et annuel Leurs influences.

Faire la corrélation avec le masque solaire vu précédemment.

Les TP liés au fonctionnement III] Technologie de capteur.

A) Simulation avec différents technologie de capteurs .

Cellule amorphe calibrée

Cellule monocristalline calibrée

Grâce à son porte échantillon magnétique, vous pouvez tester tout type de cellule à votre convenance.

Reprendre les protocoles précédents pour chaque cellule.

Les TP liés au fonctionnement IV] Travail sur la cellule.

A) Mesure des courants/Tensions Icc et Voc, recherche de MPP.

Montez sur la tourelle la cellule de votre choix (fournie ou non par Freevolt)

Oter la résistance de charge, et la remplacer par une boite à décade. Faire varier R(Ω) pour trouver le MPP.

Lecture directe de U et I, ou passer par l’interface graphique.

Déterminer le maximum de puissance pour une cellule solaire (MPP)

UMPP

IMPP

Max de Puissance

Les TP liés au fonctionnement IV] Travail sur la cellule.

B) Recherche de chute de puissance en fonction de l’angle d’irradiation.

Montez sur la tourelle la cellule de votre choix (fournie ou non par Freevolt)

Aller dans le mode avancé:

Relever U et I en fonction de l’angle d’irradiation

Faire varier l’angle de la lampe par rapport à la cellule.

Tracer P en fonction de l’angle

Faire quelques recherches de MPP sous différents angles. Conclure sur le mode de fonctionnement d’un onduleur.

Les TP liés au fonctionnement V] Systèmes suiveurs.

B) capteur mobile mono-axe : azimut.

Charger le programme Suiveur azimut

Montez la tourelle autonome sur le SPS

Faite des simulations en capteur fixe et suiveur.

Comparez

Les TP liés au fonctionnement V] Systèmes suiveurs.

B) capteur mobile mono-axe : hauteur.

Charger le programme Suiveur Hauteur

Montez la tourelle autonome sur le SPS

Faite des simulations en capteur fixe et suiveur.

Comparez

Les TP liés au fonctionnement V] Systèmes suiveurs.

C) capteur mobile bi-axe : azimut + hauteur.

Charger le programme Suiveur azimut + hauteur

Montez la tourelle autonome sur le SPS

Faite des simulations en capteur fixe et suiveur.

Comparez

Les TP liés au fonctionnement VI] Bilan énergétique.

A) Analyse sur système raccordé réseau.

Comparatif Pic de consommation journalier et production solaire. Comparatif entre besoin énergétique

annuel et production solaire. Courbe de consommation

Courbe de production

Compensation Puisage réseau

Surproduction

Déficit Déficit

Kwh

Les TP liés au fonctionnement VI] Bilan énergétique.

B) Analyse sur systèmes autonomes.

Courbe de production

Compensation par stockage batterie lors de périodes de surproduction

Besoin énergétique

Surproduction

Déficit Déficit

Kwh

Les TP liés au fonctionnement VI] Bilan énergétique.

C) Extrapolation sur capteur Thermique.

Courbe de production Capteur incliné à 40°

Surproduction Courbe de production Capteur incliné à 90°

Déficit Déficit

Besoin énergétique Thermique

Kwh

Les TP praticables (Energies renouvelables, électronique/électrotechnique, mécanique, informatique)

TP liés à la conception

Mécanique. (Calcul du Bras azimut).

Informatique. (travail sur les tourelles, programmation d’un système suiveur mono-axe, bi-axe en détection de chute de courant, ou sur tripode en comparatif).

Les TP liés à la conception I] Mécanique.

A) Calcul sur bras azimut.

éclaté

Entrainement Bras

Les TP liés à la conception I] Mécanique.

A) Calcul sur bras azimut.

Axe de rotation

Centre de gravité

Réducteur 1:5

Calculer la force minimale du moteur pour entrainer le bras sans contrepoids

Calculer le contrepoids nécessaire pour entrainer le bras avec le moteur spécifié.

Masse = 474 grammes

Les TP liés à la conception II] Informatique.

A) Programmation d’un système suiveur mono-axe, bi-axe.

Programmation sur ATMEGA 328. Autoalimenté par le port USB.

Courbe de la variation de U en fonction d’angle d’incidence du spot lumineux (vu en TP travail sur la cellule)

Tension de seuil

• Mono-axe en azimut. • Mono-axe en hauteur. • Bi-axe.

Programmer la Tourelle en mode suiveur:

Servomoteur Azimut (entrainement direct)

Servomoteur Azimut (entrainement indirect) (réducteur :2, avec inversion de sens de rotation)