Soutenance mémoire
L’énergie photovoltaïque
SYSTEME DE POURSUITE SOLAIRE A DEUX AXES
Introduction :
L’orientation des capteurs est un problème important dans l’utilisation des capteurs à rayonnement concentré. En effet, le principe même de la concentration suppose que le rayonnement parvienne à la surface réfléchissante dans une direction déterminée. Puisque la position apparente du soleil par rapport à un point de captation est constamment variable à l’échelle d’une journée, nous serons donc obligés de modifier constamment la position du concentrateur afin de suivre celle du soleil en utilisant un système de poursuite automatique.
Position du soleil et orientation de la surface réceptrice :
Position du soleil par rapport à un observateur
L’énergie solaire que reçoit une surface est régie uniquement par des lois astronomiques et géométriques. Ces dernières faisant intervenir la latitude de lieu, la déclinaison solaire, l’heure du jour et enfin l’orientation de la surface réceptrice. La position du soleil dépend du temps solaire, du numéro du jour et de l’année, elle est exprimée par différents angles : Angle de zénith : C’est l’angle entre la verticale d’une surface et le rayon du soleil, il est donné par l’équation suivante : Angle d’azimut : C’est l’angle sur le plan horizontal mesuré à partir du sud avec la projection horizontale des rayons directs du soleil. Il est également donné comme angle entre le méridien local et la projection de la ligne de la vue du soleil dans le plan horizontal. Angle extérieur d’azimut: C’est l’angle mesuré à partir du sud sur le plan horizontal avec la projection horizontale de la normale sur la surface, il est également donné comme angle entre le méridien local et la projection horizontale de la normale avec la surface. Angle d’incidence : C’est l’angle entre le rayon solaire direct et la normale extérieure du la surface du plan, il est donné par l’équation suivante : ce inclinée.
Orientation de la surface réceptrice
La position du soleil dans le ciel change tout au long du jour et de l’année. Pour une surface : Suivre le mouvement apparent du soleil équivaut à orienter cette surface par la rotation de ses axes.
Rotation suivant un axe
Certains types de collecteur à concentration fonctionnent avec la rotation autour d’un seul axe, il existe deux modes : Axe vertical et inclinaison fixe de la surface : Ce mode utilise une surface orientable avec une pente extérieure fixe β et l’angle extérieur d’azimut variable γ. Tournant autour d’un axe vertical comme montré sur la figure II.2 Pour ce cas, le rayonnement solaire est maximum quand γ = γѕ. Axe horizontal et surface parallèle à l’axe : Pour ce deuxième mode, la surface tourne autour d’un axe simple qui est toujours parallèle à la surface. Pour un axe horizontal, l’inclinaison extérieure de la surface est donnée par : Si la surface tournant autour d’un axe simple qui est toujours parallèle à la surface mais n’est pas vertical ou horizontal, l’angle extérieur d’azimut et la pente de la surface change avec le temps.
Rotation suivant deux axes
Le collecteur tournant autour de deux axes (bi-axiales), dans ce cas l’ouverture du collecteur sera toujours normale au soleil, par conséquent l’angle d’incidence est zéro tout le long de la journée (cos = 1). Ceci est défini par : Cette rotation est toujours exigée pour des collecteurs qui suivent le déplacement du soleil à tout moment de la journée. Cela signifie que le collecteur devra être placé sur une monture permettant de suivre le mouvement du soleil.
Différents types de montures
Monture altazimutale
La monture altazimutale est mobile autour de deux axes perpendiculaires, l’un vertical, l’autre horizontal. Le concentrateur tourne autour d’un axe horizontal porté par une monture qui elle même tourne autour d’un axe vertical. Ce système est couramment utilisé pour les radars, les cinéthéodolites, les canons anti-aériens. La rotation autour de l’axe horizontal assure la poursuite en hauteur (de haut en bas), en d’autres termes la normale du capteur solaire suit la hauteur angulaire du soleil. Alors que l’autre axe assure le déplacement en azimut (de gauche vers la droite). Cette disposition très simple ne pose pas de problèmes mécaniques particuliers.
Les mouvements en hauteur et en azimut sont difficiles à coordonner et le coût du système est exorbitant à cause de l’apport de deux moteurs, donc d’une consommation en énergie beaucoup plus importante.
Monture équatoriale
La monture équatoriale est la monture idéale pour assurer un suivi sidéral. Elle emploie une rotation autour d’un axe parallèle à l’axe polaire du globe terrestre (mouvement en angle horaire) et un axe orthogonal au précédent (mouvement en déclinaison). Cette solution est plus délicate sur le plan mécanique, mais le mouvement autour de l’axe polaire est pratiquement uniforme au cours de la journée. Donc la poursuite du soleil est grandement facile.
Capteur de la position du soleil
Capteur LDR
Définition
Une photo résistance est un composant dont la valeur en Ohms dépend de la lumière à laquelle il est exposé. On la désigne aussi par LDR (Light Dépendent Résistor ou résistance dépendant de la lumière). La principale utilisation de la photo résistance est la mesure de l’intensité lumineuse (appareil photo, systèmes de détection, de comptage et d’alarme…). Elle est fortement concurrencée par la photodiode, on l’a choisi dans notre projet grâce à son temps de réponse qui est beaucoup plus court. Les matériaux utilisés sont généralement du sulfure ou du séléniure de cadmium qui se comporte comme des semi-conducteurs. Les capteurs photosensibles peuvent être passifs ou actifs. Les capteurs actifs « Cellules solaire ou photopiles » au silicium amorphe ou poly cristallin. Ces composants sont très onéreux et le courant de sortie disponible est très faible pour de petite taille. Les photodiodes dont le courant de court-circuit est fonction du flux lumineux, la petite taille de la surface active 7,5mm² est la cause de la saturation. Les capteurs passifs « LDR » (Light Dépendent Résistor) à résistance photo-dépendante sont des composants électroniques dans la résistivité varie en fonction du flux lumineux incident. La relation liant la résistance R au flux lumineux Ф est de la forme R=A/Фα (Ω) Les constantes A et α sont respectivement des constante de l’ordre de 340 103 et 0.85 et Ф représente l’éclairement lumineux.la taille d’une LDR de 5 mm, le cout vraiment très bas par rapport aux photopiles les LDR présentent une solution optimale. L’étendu de mesure d’une LDR est beaucoup plus important qu’une photopile et utilisation en plein air il faut utiliser un filtre (vitre teintée).
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Table des matières
Introduction générale
CHAPITRE 1 : l’énergie photovoltaïque
I.1- Introduction
I.2- La position du soleil
I.3- Energie solaire
I.4- Le rayonnement solaire et le nombre de masse ’air
I.4.1-Le rayonnent solaire
I.4.2- Nombre de mass d’air
I.5- L’effet photovoltaïque
I.6- Energie photovoltaïque
I.7- Constitution d’un générateur photovoltaïque
I.8- La cellule solaire
I .8.1- Composition
I.8.2- Fonctionnement
I.8.3- Bandes d’énergies
I .8.4- Conduction électrique dans les matériaux semi-conducteurs
I.8.5- Les caractéristique d’une cellule photovoltaïque
I.8.6-Modèle simplifié équivalent d’une cellule PV au silicium
I.8.6.1-D’une seul diode
I.8.6. 2-De deux diodes
I .9- Modules photovoltaïques et champs de modules
I.9.1- Module et groupement de cellules en série
I .9.2- Groupement de cellules ou modules en parallèle
I .10- Protections classiques d’un groupe photovoltaïque
I .10.1- Protection lors de la connexion en parallèle de plusieurs générateurs photovoltaïques
I.10.2- protection du groupe photovoltaïque constitué de la mise en série d’un grand nombre de cellules
I .11- Protection contre les surtensions et la foudre
I .12- Protection du générateur photovoltaïque constituée de la mase en série d’un grand nombre de cellules
I.13- Avantages, inconvénients et limites des systèmes photovoltaïques
I.13.1- Avantages
I .13.2- Inconvénients
I .13.3-Limites
I.14- Intérêt des panneaux solaire photovoltaïques mobiles par rapport aux panneaux fixes
I.15- Conclusion
CHAPITRE 2 : SYSTEME DE POURSUITE
II.1. Introduction
II. 2. Position du soleil et orientation de la surface réceptrice
II.2.1. Position du soleil par rapport à un observateur
II.2.2. Orientation de la surface réceptrice
II.2.2.1. Rotation suivant un axe
II.2.2.2. Rotation suivant deux axes
II.2.3. Différents types de montures
II.2.3.1. Monture altazimutale
II .2.3.2. Monture équatoriale
II.3- Capteur de la luminosité de soleil
II.3.1- Capteur LDR
II.3.1.1- Définition
II.3.1.2. Principe de fonctionnement
II.3.1.3. Précision
II.3.2. Autre forme du capteu
II.4. Conclusion
CHAPITRE 3 : REALISATION PRATIQUE
III.1- Circuit de conditionnement
III .2- Le principe de fonctionnement
III.3- Pont de Wheatstone
III .4- Amplificateur d’instrumentation
III .4.1- Montage amplificateur non inverseur
III .4.2- Montage amplificateur soustracteur
III.5- Montage final
III .6-Résultats pratiques
III.7-Conclusion
Conclusion générale
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