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Universit du Qubec Chicoutimi

MODULE DINGNIERIE

GNIE LECTRIQUE

PROJET DE SYNTHSE EN INGNIERIE (6GIN555)

Rapport final

ALIMENTATION DUNE MAISON PAR NERGIE SOLAIRE

Prpar par

BA, El Hadji Adama

Pour

Universit du Qubec Chicoutimi

20 Dcembre 2010

CONSEILLER : Issouf Fofana, Ph.D, ing

COORDONNATEUR : Jacques Paradis, ing

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Approbation du rapport dtape pour diffusion

Nom du conseiller

Date

Signature

3

Remerciements

Au terme de ce projet de conception, je tiens remercier toutes les personnes dont

l'intervention a favoris son aboutissement :

- Mr. Issouf FOFANA, Professeur en gnie lectrique lUQAC et titulaire de la chaire de recherche ISOLIME

-Mr Hossein HEMMATJOU, ingnieur lectrique et chercheur lISOLIME.

Mes remerciements sadressent aussi tout le personnel de lISOLIME pour leur prsence et leur soutien.

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Rsum

De nos jours, llectricit a pris une place primordiale dans la vie courante.

En effet, un grand nombre des appareils que nous utilisons, soit pour la distraction, le

travail ou encore dans nos tches domestiques fonctionnent grce lnergie lectrique.

Cependant on estime quactuellement, plus de deux milliards de personnes, soit prs de

30% de la population mondiale, ne sont pas relies un rseau lectrique et ne le seront

pas dans un avenir proche. Surtout pour des questions de rentabilit lies lloignement,

la faible densit de population, la pauvret et la faible demande nergtique.

Les principales modes de production dlectricit ont dautant plus un impact ngatif sur

la couche dozone et les matires premires utilises tendent spuiser.

Cest ainsi que lnergie solaire, lorigine dveloppe pour lalimentation des satellites,

sest impose comme source alternative dnergie.

Lobjectif de ce projet est, travers la conception dune maquette alimentant une faible

charge, dtudier en dtails les lois rgissant linstallation dun systme autonome

aliment par nergie solaire photovoltaque.

Le principe est bas sur la production dlectricit en utilisant lnergie solaire comme

matire premire. Lide est donc de concevoir un dispositif tmoin comprenant une

charge de puissance relativement faible, permettant de simuler le fonctionnement dun

systme de plus grande puissance.

Ainsi, hormis les calculs dingnierie permettant le dimensionnement et lacquisition des

diffrents composants (charge(s), cellule(s) solaire photovoltaque, batterie et onduleur),

nous avons dune part mis en place une boucle dasservissement que lon a programm

avec un microcontrleur PIC et dautres part, nous avons conu, sous lenvironnement

labview, une interface qui permet lutilisateur dacqurir en temps rels les donnes qui

proviennent des diffrents lments du systme.

La boucle dasservissement a pour rle principale de permettre dapporter des solutions

viables dans diffrents cas de situation tels les priodes dclairement faibles ou fortes

versus une demande de puissance respectivement importante ou faible ; mais aussi dans

le cas de bris ventuel ou de simple mal fonctionnement de lun des quipements.

Quant linterface avec lutilisateur, elle permet au propritaire de pouvoir vrifier en

tout temps, le bon fonctionnement de son systme.

La conception de notre systme, travers les calculs ayant permis le dimensionnement

des diffrents composants ainsi que la conception du rgulateur servant contrler le bon

fonctionnement de notre systme, nous a permis davoir une profonde comprhension des

lois inhrentes la conception dun systme photovoltaque autonome.

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TABLE DES MATIERES

I Introduction..7

II Prsentation du projet8

II.1 Description du laboratoire ISOLIME 8

II.2 Description de lquipe de travail..8

II.3 Problmatique et tat de lart relis au projet 8

II.4 Objectifs gnraux et spcifiques du projet9

III Aspects techniques et lments de conception relatifs au projet ..10

III.1 Dimensionnement des quipements......10

III.2 Rgulateur... ..14

III.3 systme dacquisition et interface systme/utilisateur18

IV Bilan des activits...21

IV.1 Arrimage formation pratique/universitaire........21

IV.2 Travail dquipe22

IV.3 Respect de lchancier..22

IV.4 Analyse et discussion.23

V Conclusion et recommandations...25

Bibliographie.26

Annexe 1..27

Annexe 2..28

Annexe 3..30

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Donnes densoleillement de la ville de Montral (2009) ...................................................... 11

Tableau 2: profondeur de dcharge VS tension batterie ............................................................................ 15

Tableau 3: Profondeur de dcharge VS tension batterie 12V ................................................................... 20

Tableau 4: Rsultats prototype onduleur 1 .................................................................................................. 29

LISTE DES FIGURES

Figure 1: Comparaison des modes de production dlectricit mondiale .................................................. 9

Figure 2: Schma de principe du systme solaire .......................................................................................... 9

Figure 3: Algorithme du rgulateur ............................................................................................................... 16

Figure 4: Schma de cblage circuit rgulateur ........................................................................................... 17

Figure 5: Diagramme bloc systme dacquisition ....................................................................................... 18

Figure 6: Interface systme/utilisateur .......................................................................................................... 19

Figure 7: Profondeur de dcharge VS tension batterie 12V....................................................................... 20

Figure 8: Diagramme de GANTT volution du projet .............................................................................. 22

Figure 9: Rsultats simulations pour charge OFF .................................................................................... 24

Figure 10: Rsultats simulations pour charge ON .................................................................................... 24

Figure 11: 1er

modle donduleur test ......................................................................................................... 28

Figure 12: 2e modle donduleur test .......................................................................................................... 30

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I Introduction

Le soleil rayonne la terre chaque anne 40000 fois les besoins nergtiques que

lhumanit consomme sous forme dnergies fossiles.

Malgr cela, lnergie solaire reste un domaine assez peu exploit.

Nanmoins la prise de conscience collective en fait une nergie douce davenir (mme si

elle est connue et utilise depuis des millnaires)

Il existe 2 principales utilisations de lnergie solaire

- La production de chaleur : le solaire thermique

- La production dlectricit : le solaire photovoltaque

De nombreuses recherches sont en cours dans ces 2 domaines, essentiellement pour le

photovoltaque.

Il est donc intressant dtudier le fonctionnement dun systme photovoltaque

autonome

Ainsi dans ce document, nous nous attlerons concevoir un systme alimentant, grce

aux rayonnements solaire, une charge de faible puissance. Ceci nous permettra de cerner

en dtails tous les aspects lis de prs ou de loin un systme solaire photovoltaque

autonome.

Dans une premire tape, nous valuerons la puissance de charge raccorder, pour

ensuite dimensionner tous les quipements de notre systme (cellule(s) solaire,

batterie(s), onduleur).

Une fois la puissance de charge et les caractristiques des quipements trouves, nous

attaquerons la conception dtaille du cur des systmes photovoltaques autonomes,

savoir le rgulateur.

Et pour terminer nous mettrons sur pied une interface entre le systme et lutilisateur.

Interface qui affichera les donnes du systme en temps rel. Ce qui permettra au

propritaire de pouvoir vrifier en tout temps, le bon fonctionnement de son systme.

8

II Prsentation du projet

II.1 Description du laboratoire ISOLIME

La chaire de recherche du Canada (CRC), de niveau 2, sur les isolants liquides et mixtes

en lectrotechnologie (ISOLIME) est active depuis septembre 2005. Cette CRC implique

lvaluation de la performance des isolants liquides et dilectriques mixtes en utilisant

des techniques de laboratoire sur une base scientifique solide. Les programmes de

recherche bnficient de laccs diverses ressources disponibles sur le campus ainsi que

dautres quipements fournis par les collaborateurs / partenaires. En combinant une

varit de techniques (technologie optique de pointe, lectrique, mcanique aussi bien

que les outils de diagnostic physiques et chimiques), lquipe dISOLIME espre

amliorer la fiabilit des systmes existants ainsi que procdures d'entretien prventives.

II.2 Description de lquipe de travail

Dans llaboration de ce projet, lappui de deux personnes a t dune grande utilit.

savoir le conseiller et titulaire de la chaire de recherche du canada sur les isolants

liquides et mixtes en lectrotechnologie, Mr Issouf Fofana ainsi que son assistant, Mr

Hossein Hemmatjou.

II.3 Problmatique et tat de lart relis au projet

Llectricit, qui de nos jours est utilis dans toutes les sphres de la vie courante, a pris

une place primordiale dans la vie courante.

En effet, un grand nombre des appareils que nous utilisons, soit pour la distraction, le

travail ou encore dans nos tches domestiques fonctionnent grce lnergie lectrique.

Cependant on estime quactuellement, plus de deux milliards de personnes, soit prs de

30% de la population mondiale, ne sont pas relies un rseau lectrique et ne le seront

pas dans un avenir proche. Surtout pour des questions de rentabilit lies lloignement,

la faible densit de population, la pauvret et la faible demande nergtique.

Les principales modes de production dlectricit ont dautant plus un impact ngatif sur

la couche dozone et les matires premires utilises tendent spuiser.

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Figure1 : comparaison des modes de production dlectricit mondiale

Cest ainsi que lnergie solaire, lorigine dveloppe pour lalimentation des satellites,

sest impose comme source alternative dnergie.

II.4 Objectifs gnraux et spcifiques du projet

Lobjectif de ce projet est, travers la conception dune maquette alimentant une faible

charge, dtudier en dtails les lois rgissant linstallation dun systme autonome

aliment par nergie solaire photovoltaque. .

Figure2 : Schma de principe du systme solaire

10

III Aspects techniques et lments de conception relatifs au projet

Dans cette section il sagira dexposer les diffrentes tapes ayant men la ralisation

du projet.

Nous traiterons ainsi en premier, du dimensionnement des quipements, pour ensuite

tomber sur la conception du rgulateur.

Pour finir, nous tudierons en dtail le circuit ainsi que le programme labview ayant

permis de faire lacquisition des donnes ainsi que linterface systme/utilisateur.

III.1 dimensionnement des quipements

Dans la conception dun systme photovoltaque autonome, il y lieu de respecter les

tapes suivantes dans le but de bien dimensionner les quipements utiliser.

Dtermination des besoins de lutilisateur : tension, puissance des appareils et

dures dutilisation.

Chiffrage de lnergie solaire rcuprable selon lemplacement et la situation

gographique

Dfinition des modules photovoltaques : tension de fonctionnement, technologie,

puissance totale installer

Dfinition de la capacit de la batterie et choix de la technologie

Dfinition du type donduleur utiliser

1- On value la consommation lectrique de lapplication sur 24h qui est gale la

puissance consomme multipli par la dure de fonctionnement sur 24 heures. Par

exemple, pour notre appareil consommant 10W (sous 12VDC), la consommation totale

de lapplication par jour sera de 10W*6h=60Wh.

2- Le rayonnement lumineux solaire ntant pas uniforme sur la surface du globe, il

est primordial de chiffrer les donnes densoleillement relatives la rgion o nous

voulons installer notre systme photovoltaque.

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Le tableau suivant donne un aperu de lensoleillement reu par la ville de Montral

durant lanne 2009.

Tableau 1 : Donnes densoleillement de la ville de Montral (2009)

Jan Fv Mar Avr Mai Juin Juil Ao Sept Oct Nov Dc

Gh 1471 2438 3472 4401 5295 5620 5817 4784 3727 2229 1277 1091

G 60oSud 3130 4163 4365 4193 4198 4122 4414 4186 4168 3183 2210 2266

Gh = Global horizontal (en Wh/m2.j)

G 60oSud = Global lorientation Sud et linclinaison 60o (en Wh/m2.j)

On estime la production de panneaux solaires mettre en uvre. Pour ce faire, on divise

la consommation par lensoleillement journalier le plus dfavorable sur la priode

dutilisation du lieu dimplantation, et dans la position du panneau (orientation et

inclinaison retenues).

Pour notre tude, en Novembre, lorientation Sud et linclinaison optimale de 60o par

rapport lhorizontale, la valeur globale densoleillement journalier moyen est de 2,266

kWh/jour (voir annexe 2)

Do la puissance des panneaux solaires mettre en uvre :

Puis, on augmentera ce rsultat dun coefficient de pertes de 0,7 pour une premire

estimation.

Ce qui donne une puissance relle compte tenu des pertes :

Ainsi pour notre application nous aurons dun panneau de 40Wc

Ce calcul peut paraitre trange. Pourquoi diviser la consommation par lensoleillement?

En fait puisque lensoleillement nest pas constant lors dune journe, on ne calcule pas

ce que produit le panneau chaque instant, mais globalement sur la journe. Pour cela on

considre schmatiquement que le rayonnement instantan pendant la journe tait

constant, gal 1000W/m2, et ceci pendant un certain nombre dheures quon appelle

nombre dheures quivalentes. Dans notre exemple, 2210 kWh/m2.jour est assimil

2,21 heures dun ensoleillement de 1000W/m2.

12

On peut calculer le courant STC (Standard Test Conditions) demand au panneau laide

de la formule suivante, avec un coefficient de pertes en courant Cp de 0,8 en premire

approximation :

Qcons= consommation lectrique journalire

Esol=rayonnement solaire journalier

3- Le stockage se calcule partir du nombre de jours dautonomie ncessaire (nous

prendrons ici 3jours pour pallier les successions de jours mal ensoleills). On rsonne

alors en Ah,

Le besoin de capacit est donc thoriquement de :

Mais comme la batterie verra sa capacit rduite par le froid et dautres contraintes

techniques, il faut diviser ce rsultat par un coefficient de pertes quon prendra gal 0,7

dans notre cas.

La capacit relle ncessaire est donc de :

Rappelons que seules quelques applications utilisant lnergie au fil du soleil comme par

exemple du pompage ou de la ventilation peuvent se passer daccumuler lnergie; aussi

la maitrise des batteries est-elle un lment essentiel au succs des systmes autonomes.

Dans ces systmes, le stockage dnergie reprsente environ 20 30% des

investissements initiaux mais sur une dure dexploitation de 20ans, ce cout peut

atteindre 70% des frais totaux; il est donc primordial dessayer de rduire ce prix en

augmentant la dure de vie de ce composant. En effet, elle est toujours infrieure a celles

des panneaux, il faut donc remplacer les batteries plusieurs fois au cours de la dure de

service du systme (tous les 2,5 ou 10ans selon le cas).

Le type de batterie que nous utiliserons dans ce projet sera de la technologie que celles

utilises dans les systmes solaires autonomes sont en gnral de type plomb-acide (Pb)

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Cycles et dure de vie des batteries :

Le nombre de cycle maximal et la dure de vie sont fortement dpendants de la

technologie de fabrication et des conditions dutilisation. Par exemple, en utilisant en pas

trs chaud (temprature ambiante >35 oc), si on fait lhypothse que les phnomnes de

corrosion seront les premiers limiter la dure de la batterie et que le nombre maximal de

cycles ne sera pas atteint, on aura tendance limiter la capacit et ainsi linvestissement

matriel au dpart et on choisira des cycles journaliers de charge/dcharge de lordre de

80%. Par contre en pays temprs, en utilisant un rgulateur de qualit, les phnomnes

de corrosion peuvent tre limits et le choix du dimensionnement de la batterie et de la

profondeur de dcharge dpendra de nombreux critres comme :

-lautonomie dsire en tenant compte des variations densoleillement;

-les cots de remplacements des batteries en fonction du transport, de la facilit daccs

au site, des cots de la main-duvre;

-des capacits dinvestissements au dpart et les frais financiers damortissement;

Laspect environnemental, comme recycler localement les batteries

Une batterie au plomb, quelle que soit sa technologie, voit sa dure de vie diminuer dun

facteur 2 tous les 10oC, du fait de la corrosion.

4- Le dimensionnement de londuleur utiliser devra se baser sur 3 critres

essentiels

La puissance de la charge

La tension dentre

La tension dsire en sortie

Ainsi pour notre application, nous utilisons un onduleur 12Vdc vers 120Vac avec une

puissance admissible maximale de 17W

NB : rappelons toutefois que durant ce projet, nous avons exprriement deux types

donduleur. Cependant, malgr quon ait russir concevoir nous mme un onduleur, il

ne fut pas retenu pour les buts de ce projet car ayant un rendement trs faible. Nous

exposerons ainsi en annexe les dtails de la conception de cet onduleur

14

III.2 Rgulateur

Dans un systme photovoltaque autonome, le rgulateur reprsente en gnral moins de

5% du cout total du systme, ce qui tout dabord laisse penser que ce composant nest

pas important. Au contraire sa fonction est primordiale et ses qualits vont profondment

influencer le cout final de lnergie produite. La batterie reste llment le plus dlicat du

systme et la qualit de son contrle et son entretien influencent grandement sa dure de

vie et donc le prix du kWh final. Jusqu aujourdhui, relativement peu de choses ont t

faites pour optimiser ce composant souvent produit dans les pays en dveloppement pour

les petits systmes familiaux (SHS Solar Home System). Une tude rcente qui compare

27 rgulateurs 1 du march montre que les techniques utilises pour le contrle de la

batterie sont trs diverses et que les paramtres typiques de contrle trs dispers. Il ny a

donc pas aujourdhui unanimit dide chez les concepteurs sur le meilleur moyen de

rguler une batterie de systme photovoltaque.

Le rgulateur est llment central dun systme photovoltaque autonome : il contrle les

flux dnergie. Il doit protger la batterie contre les surcharges (solaires) et dcharges

profondes (utilisateur). Dans les systmes les plus labor, il peut aussi commander la

recharge par dautres sources dnergie (gnratrices dappoint, olienne, hydraulique).

Dans certains cas, il peut raliser1 une adaptation dimpdance (recherche du point de

puissance maximum, Max Power Point Tracker, MPPT).

Accessoirement, il affichera des indications concernant ltat de charge des batteries et

les paramtres de fonctionnement du systme.

Le contrle de charge est la fonction la plus critique dterminant la dure de vie de la

batterie. La difficult de ce travail provient de la nature de lnergie disposition qui

nest pas toujours disponible. Pour garantir une dure de vie leve dune batterie, il

faudrait aprs chaque dcharge pouvoir la recharger 100%. Or, avec la nature alatoire

de lensoleillement, il nest pas toujours possible deffectuer une recharge complte et la

batterie va souvent rester plusieurs jours dans un tat de charge moyen , ce qui long

terme peut rduire la dure de vie de ce composant.

1 . (IEA PVPS Task 3, Management of batteries used in Stand Alone PV Power Supply Systems)

15

On peut imaginer plusieurs techniques utilisant soit la mesure de la tension, soit la

mesure du courant entrant et sortant pour rguler une batterie. En fait, la mesure de la

tension est beaucoup plus simple et la grande majorit des rgulateurs utilise ce

paramtre.

Le tableau 2 nous informe de faon assez prcise sur la profondeur de dcharge versus la

tension aux bornes de notre batterie.

Tableau 2 : profondeur de dcharge VS tension batterie

Ainsi lors de llaboration de notre rgulateur, il nous faudra prendre en compte quelques

notions primordiales que sont.

La tension disponible la sortie de notre panneau solaire

La profondeur de dcharge de la batterie

Lalgorithme de la figure 4 donne un aperu global des diffrents points qui seront

surveiller ainsi que les solutions quil faudra adopter dans la conception du rgulateur.

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Tension dlivr par

cellule solaire

Suffisante pour alimenter

batterie

YesNo

Batterie pleine

Charge ON

Charge ON

No

Yes

No

Charge batterie

Yes

dbut

no

yes

Batterie dcharg

plus que 80%

Alimentation charge par

rseauNo

YesCharge batterie

No

Yes

Batterie dcharg

plus que 80%

Alimentation charge par

rseau et charge batterie

et ALARME charge haute

Figure 3: algorithme du rgulateur

17

Par la suite, cet algorithme devra bien videmment tre implment dans un

microcontrleur PIC de type 18F4221.

Les microcontrleurs PIC18F nacceptant que des tensions dentr dun maximum de 5V,

nous devrons diviser par nos tensions de panneau et de batterie par un ratio de 3 avant de

les faire traiter par le PIC. Ensuite nous utiliserons des relais lectromcaniques afin de

permettre aux diffrentes modes de connexion de se produire.

Rappelons que pour viter que la cellule solaire ne soit charge par la batterie, nous avons

du mettre plac une diode afin dimposer le sens du courant, de la cellule solaire vers la

batterie et non linverse.

La figure 2 donne un aperu du schma de cblage du systme de rgulateur

Figure 4 : schma de cblage circuit rgulateur

18

III.3 systme dacquisitions et interface systme/utilisateur

Fig. 5 : Diagramme bloc systme dacquisition

19

Fig. 6 : interface systme/utilisateur

Comme son nom lindique, le systme dacquisition permet de rcuprer les donnes

(niveaux de tension au niveau de panneau et de la batterie ainsi que le mode de

raccordement) qui pourront tre stock dans un fichier Excel au cas o lon voudrait les

consulter ultrieurement. Ces donnes seront ensuite traites par le rgulateur et les

rsultats pourront tre affichs en temps rel sur linterface systme utilisateur. La prise

de donnes se fera un dbit dune donne pas seconde. Ce qui est trs bon vu que les

tests seront chelonns sur plusieurs heures.

Toutefois, pour que lutilisateur puisse avoir la donne relative lautonomie de la

batterie, nous avons du faire appel au tableau de la tension VS la profondeur de dcharge

pour les batteries de type plomb-acide de 12V identique celle que nous avons utils.

Ce tableau nous a permis de tracer la courbe de la figue 5 et ainsi de faire ressortie une

quation avec 99,74% de prcision. quation qui sera programm dans le systme

20

dacquisition afin que le rsultat puisse tre disponible dans linterface

systme/utilisateur.

Tableau 3 : Profondeur de dcharge VS tension batterie 12V

Fig. 7 : profondeur de dcharge VS tension batterie 12V

21

IV Bilan des activits

IV.1 Arrimage formation pratique/universitaire

Lors de la ralisation de ce projet, nous avons pu mettre en pratique une trs grande partie

de nos connaissances acquises tout au long de notre cheminement acadmique.

En effet llaboration de ce projet a fait appel des connaissances tant informatiques,

lectroniques, qunergtiques.

Lusage des notions lectroniques sest grandement manifest lorsquil a fallu concevoir

le rgulateur, et dimensionner les quipements; mais aussi dans la partie qui faisait suite

au PIC, lors de llaboration de schma de cblage du rgulateur.

Les notions nergtiques quant elles se sont manifestes essentiellement quand il

sagissait de dimensionner nos quipements.

Quant aux notions informatiques, nous y avons fait appel quand il a sagit de programmer

notre PIC18F4221 en langage C.

Cependant, les notions acquises travers les cours nont pas suffi elles seules

raliser ce projet.

En effet lors de llaboration du systme dacquisition ainsi que de linterface

systme/utilisateur, nous avons d apprendre maitriser logiciel LABVIEW.

On a aussi du faire de la recherche travers le web ainsi qu travers la littrature

disponible afin den savoir davantage sur les notions lies aux systmes photovoltaques.

Cette partie de recherche personnelle nous a dmontr encore une fois toute la ncessit

que pouvait avoir une culture personnelle.

22

IV.2 Travail dquipe

Tout au long de ce projet, nous avons eu ctoyer quelques reprises, des personnes plus

exprimentes dans certains domaines.

En effet dans la recherche dinformations, sur le logiciel LABVIEW et sur la

programmation du PIC, nous avons notamment eu recours aux connaissances des

membres du laboratoire ISOLIME.

Ce fut pour moi une exprience des plus enrichissantes dans le sens ou elle ma permis de

dvelopper un esprit de travail en quipe et de solidarit entre collgues.

IV.3 Respect de lchancier

Lchancier que nous avions indiqu en dbut de session a plus ou moins t respect

malgr quelques oprations qui ont pris plus de temps que nous lavions prvue.

Ce fut le cas notamment lors de llaboration de londuleur qui rappelons le na

finalement pas pu tre utilis pour des raisons de performances. Le diagramme de

GANTT suivant dcrit de faon prcise lvolution des diffrentes tapes lors de la

ralisation du projet.

Fig. 8 : Diagramme de GANTT volution projet

23

IV.4 Analyse et discussion

Il est prciser que le dimensionnement des quipements t fait pour une charge de 10

W fonctionnant 6h par jour. Et les caractristiques des quipements trouvs taient :

Panneau solaire : 40 W avec un courant STC de 2,82A

Batterie : 12V, 22Ah de type plomb-acide

Onduleur : 12Vdc vers 120Vac avec une puissance maximale de 30W

Cependant, pour des raisons lies la faiblesse du budget allou au projet, nous avons du

revoir nos caractristiques la baisse.

Ainsi nous avons acquis un panneau solaire de 30W la place de 40W et une batterie

toujours de 12V, mais cette fois ci de 15Ah la place de 22Ah.

Vu que ces derniers paramtres modifis dtriorent juste lautonomie du systme et que

pour les besoins de ce projet, la charge ne sera pas connecte pendant longtemps, ces

modifications nauront pas beaucoup dimpacts ngatifs.

Rappelons ici que notre objectif tait de concevoir un dispositif alimentant une petite

charge afin de simuler le comportement dun plus gros.

Aprs avoir ralis entirement notre rgulateur, notre systme dacquisition ainsi que

linterface systme/utilisateur, nous avons pu avoir les rsultats de simulations prsentes

dans les figures suivantes.

Ces rsultats dmontrent bien de la qualit de notre systme.

En effet le systme ralis faible cout a pu respecter tous les scnarios que nous avions

prvus dans lalgorithme du rgulateur prsent la figure 4.

De plus linterface utilisateur donne accs en temps rel des informations trs

importantes parmi lesquelles : le niveau de charge de la batterie, le monde de connexion

de la charge (rseau ou batterie), la tension dlivre par la cellule solaire

24

Fig. 9 : rsultat simulations pour la charge OFF

Fig10 : rsultats simulations pour charge ON

25

V Conclusion et recommandations

Tout au long de ce projet, nous avons eu mettre en pratique des notions trs utiles

savoir : lapplication de plusieurs notions acquises durant notre cheminement

acadmique, le travail en quipe, la recherche personnelle ainsi que lauto- apprentissage.

La mise en pratique de toutes ces notions nous a en effet permis datteindre notre objectif

initial qui tait de concevoir un systme photovoltaque autonome alimentant une charge

de petite puissance.

Aprs tests, et conception complte, il en rsulte que notre systme, plus particulirement

son rgulateur offre une grande prcision et est en mesure de grer la totalit de scnarios

susceptibles de se produire.

Bien quil existe dj sur le march, des rgulateurs destins aux systmes

photovoltaques autonomes, le systme que nous avons mis sur pied est simple raliser

et pu tre ralis trs faible cout.

Ds lors, il serait intressant de faire une tude comparative avec les systmes existants

afin de pouvoir situer la performance relle de notre conomiseur dnergie.

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BIBLIOGRAPHIE

a) Sites web

http://www.aaroncake.net/circuits/inverter.asp consult le 23-09-2010

http://project.irone.org/dc-to-ac-inverter.html consult le 04-10-2010

http://forums.futura-sciences.com/electronique/127305-charge-batterie-via-

panneau-solaire.html consult le 10-11-2010

http://photovolt34.free.fr/systeme_isole.php consult le 04-10-2010

b) Ouvrage et publications

Anne Labouret, Michel Villoz, nergie solaire photovoltaque, 4 dition, Dunod,

2009

c) Personnes ressources

Issouf FOFANA, Professeur en gnie lectrique lUQAC et titulaire

de la chaire de recherche ISOLIME

Hossein HEMMATJOU, ingnieur lectrique et chercheur lISOLIME

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ANNEXE 1

Caractristiques du panneau solaire

Solar power: 30W Short-circuit current Isc: 1,85A Optimum operation voltage Vmp(V) :17.5V Optimum operation current Imp(A):1.71A Size: 450*550*28mm

Max system voltage: 1000V, Test Condition: AM1.5 1000W/ 25 Temperature coefficient of Isc 0.05% Temperature coefficient of Voc -0.33% Temperature coefficient of power -0.5% Temperature coefficient of Imp +0.08% Temperature coefficient of Vm -0.33% NOCT(nominal operating cell temperature) 45() Insulation 100MOhm Voltage standoff AC2000V, DC 3000V Wind bearing 60m/s(200kg/sq.m) Impact resistance hail impact test 227g steel ball fall down from 1m height Encapsulated with toughened glass Low iron tempered glass with thickness of 3.2mm,light transmittance above91%

Conversion efficiency Cell conversion efficiency14.05%

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ANNEXE 2

Conception du systme onduleur/transformateur

Nous avons eu concevoir et tester lefficacit de deux types donduleur de tension

suppos fournir en sortie une tension de 120 VAC (cf. figure 2 et figure 3).

Modle 1

Composant Quantit Description

C1, C2 2 Condensateur 68 f, 25V

R1, R2 2 Rsistance 10, 5W

R3, R4 2 Rsistance 180, 1W

D1, D2 2 Diode HEP154 ou quivalent

Q1, Q2 1 Transistor NPN 2N3055

T1 1 Tranformateur center tapped

24V

Figure 11 : 1er

modle donduleur test

Le fonctionnement de ce circuit est trs simple et bas sur le principe des systmes

bistables.

29

En effet, en configurant les transistors Q1 et Q2 tels que montr dans la figure ci haut, on

russi avoir une conduction en alternance. Et du fait que les deux bases de transistors

sont relies au milieu de lenroulement primaire du transformateur via deux rsistances

de valeurs quivalentes, nous aurons aux bornes du primaire du transformateur, une

tension oscillant entre -12V et +12V. Ce qui donnera au secondaire de notre

transformateur 24V point milieu/120V une tension alternative de valeur efficace 120V.

Cependant lors des tests que nous avons effectus aprs avoir ralis le circuit, un grand

nombre de problmes sont apparus.

Le tableau 1 offre un rsum des points importants.

Tableau4: Rsultats prototype onduleur 1

Puissance charge (W) 8 20

Frquence dopration(Hz) 240 483

Rendement (%) 25 42

En analysant ces rsultats, nous pouvons remarquer deux choses essentielles. Plus notre

charge est grande, plus la valeur de notre rendement croit. Cependant la croissance du

rendement se fait au dtriment de la frquence dopration qui elle aussi augmente en

sloignant considrablement de la valeur dsir de 60Hz.

Toutefois il est souligner que mme si le rendement croit avec la puissance de la

charge, il reste dans des plages de valeurs trs faibles compar aux onduleurs actuels

disponibles sur le march qui prsentent des rendements facilement suprieurs 84%.

Les remarques prcdentes peuvent sexpliquer par labsence dans le montage dun

oscillateur interne permettant au systme de dcoller adquatement. En effet, lors des

tests effectues, nous avons du utiliser un gnrateur avec un courant assez lev. De

plus, lors de ces mmes tests, le montage tirait un courant de prs de 2A, ce qui a

tendance surchauffer les composants prsents.

Ainsi plutt que de chercher rsoudre chacun de ces innombrables problmes, nous

avons opt pour la conception dun autre type donduleur pouvant tre adapt au

fonctionnant dun microcontrleur.

Ce qui nous amne ainsi au prochain modle donduleur qui a t test.

30

Modle 2

Figure 12 : 2e modle donduleur test

R2 = 100K

R3 = 100 ohm

R4 = 50K potentiomtre

C1, C2 = 0.1F

C3 = 0.01F

C4 = 2700F

Q1 = TIP41A, NTE196, ECG196

Q2 = TIP42A, NTE197, ECG197

L1 = 1H

T1 = Transformer

Nous pouvons diviser ce schma en trois parties pour les raisons danalyse. La premire

partie sera compos du bloc situ gauche de la rsistance R3; la deuxime partie

compose des deux transistors et la troisime partie compose du bloc situ a droite des

deux transistors.

Le premier bloc sert ici gnrer la frquence de 60Hz dsir en sortie de londuleur.

Ainsi nous avons utilis un microcontrleur PIC 18F4221 pour le raliser. En annexe 1

on prsente le programme ayant permis de le raliser.

31

Ensuite nous injectons ce signal de 60Hz au bloc 2 via une rsistance de 100 afin de

limiter le courant dans le microcontrleur.

En utilisant un transistor NPN et un PNP disposs tel que montrs dans la figure, on

devrait avoir lentre du condensateur une tension carre damplitude +V, -V.

Ensuite, ce signal carr la sortie du bloc 2 sera envoy un filtre compos du

condensateur C4 et de linductance de lissage L1 avant dtre inject au transformateur

qui lui sera charg non seulement dlever la tension mais aussi de la rendre sinusodale.

Cependant lors des essais qui ont t fait, le circuit a t aliment par une source standard

disponible au laboratoire qui ne fournissait pas un gros courant. Ceci a eu pour effet

dcraser la valeur de la tension en sortie du transformateur une valeur beaucoup moins

infrieure celle attendue de 120V.

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ANNEXE 3

PROGRAMME PIC18F4221

#include

#include

#include

#define RD0 PORTDbits.RD0

#define RD1 PORTDbits.RD1

#define chbatt PORTDbits.RD2

#define reseau PORTDbits.RD3

#define charge on PORTDbits.RD4

unsigned float panneau;

unsigned float batterie;

unsigned int counterv;

unsigned int counterb;

// ----------------------------------------------------------------------------

void main (void);

void InterruptHandlerHigh (void);

void InterruptHandlerLow (void);

//----------------------------------------------------------------------------

// Main routine

void

main ()

{

33

//

***************************************************************************************************************

*

// START OF Initializations

//

***************************************************************************************************************

*

//---------------------------------- Ports initializations ------------------------------

TRISA = 0b11111111; // Port A = Input

TRISD = 0b00010000; // Port D = Output

chbatt=0;

reseau=0;

counterv=0;

counterb=0;

//----------------------------------- Oscillator ----------------------------------------

OSCCON = 0b01110010; //8 MHz

//----------------------------------- Timer0 Adjusting ----------------------------------

INTCON = 0xE0; //disable global and enable TMR0 interrupt

INTCON2 = 0x04; //TMR0 high priority

RCONbits.IPEN = 1; //enable priority levels

TMR0H=0XB1; // Timer0 presetting

TMR0L=0XDF; // Timer0 presetting

T0CON = 0x88; //set up timer0 - prescaler 1:2

34

//----------------------------------- Timer1 Adjusting ---------------------------------

T1CON = 0x81; //set up timer1 - prescaler 1:1, external input

IPR1bits.TMR1IP = 0; //Low priority Timer1

PIE1bits.TMR1IE = 1; //enable interrupt Timer1

TMR1H=0xBE; // Timer1 presetting

TMR1L=0xFB; // Timer1 presetting

// A/D Adjusting

ADCON1=0b00001100;

ADCON2bits.ACQT2 = 1; // aquisition time = 20Tad

ADCON2bits.ACQT1 = 1;

ADCON2bits.ACQT1 = 1;

ADCON2bits.ADCS2 = 1; // Tad= 64*Tosc

ADCON2bits.ADCS1 = 1;

ADCON2bits.ADCS0 = 0;

ADCON2bits.ADFM = 1; // justification droite

//

***************************************************************************************************************

*

// END OF Initializations

//

***************************************************************************************************************

*

// Start of Main Loop

//

***************************************************************************************************************

*

35

while (1)

// Start of While Loop

// --------------------------------------------------------------------------------------------------------

{

ADCON0=0x00; // panneau (AN0)

ADCON0bits.ADON=1; // activate convertor

ADCON0bits.GO=1; // start

while(ADCON0bits.GO){}; // si GO passe 0, fin de conversion

panneau = ADRESH*256+ADRESL; // recuperation de la conversion

panneau=panneau*5/1024; // en volt

ADCON0bits.ADON=0; // convertisseur arrt

//panneau=panneau*256/5;

ADCON0=0x04; // batterie (AN1)

ADCON0bits.ADON=1; // activate convertor

ADCON0bits.GO=1; // start

while(ADCON0bits.GO){}; // si GO passe 0, fin de conversion

batterie = ADRESH*256+ADRESL; // recuperation de la conversion

batterie=batterie*5/1024; // en volt

ADCON0bits.ADON=0; // convertisseur arrt

if (panneau>4.2)

{

if (chargeon==1)

{

if (batterie3.95)

{

36

reseau=0; //au dbut

chbatt=1;

}

}

if (chargeon==0)

{

//chbatt=0;

if (batterie600)

{

counterv=0;

}

}

if (batterie>4.17)

{

chbatt=0;

reseau=0;

}

}

}

if (panneau

37

}

}

if (chargeon==0)

{

reseau=0; //au dbut

chbatt=0; //au dbut

}

}

}

// End of While Loop

// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------

}

// End of Main Loop

//

*************************************************************************************************************

//-----------------------------------------------------------------------------------------------

}

}