Travaux Pratiques : étude d'une valise solaire

Travaux pratiques : étude d'une valise solaire

Préambule

Ce TP est une initiation à la technologie des panneaux photovoltaïques (PPv).

Certains aspects fonctionnels ont été volontairement "simplifiés" (linéarisation approchée des composants etc...) afin de donner un aperçu général d'un système équipé de PPv, de le resituer facilement dans son environnement et par rapport aux autres composants électriques (traitement, batterie, accumulateur...).

Nous vous présentons donc ici l'énoncé du TP tel qu'il est traité en présentiel, mais en version "dépliée" puisque pour chaque questions, des éléments de réponses vous sont proposés afin de vous aider à préparer "théoriquement" et en autonomie ce TP avant de réaliser de vraies mesures en séance de TP réelle, avec votre enseignant !

Il est donc évident qu'en dehors des calculs théoriques, les valeurs présentées dans les tableaux et sur les courbes sont extraites des "vraies" mesures moyennes obtenues lors des séances de TP en présentiel, et données à titre indicatif afin de visualiser les ordres de grandeurs auxquels nous devons nous attendre avec le type de matériel utilisé et décrit ci-dessous. Les courbes proposées et les valeurs données par les appareils permettent donc quasiment de "faire", de préparer dans de bonnes conditions, l'entièreté du TP en ligne.

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Présentation du matériel

Si l'installation de panneaux photovoltaïques sur le toit d’une maison reste encore coûteuse (en 2014) et difficile à amortir malgré une politique de rachat avantageuse de l’électricité, les panneaux solaires sont bien utiles pour alimenter des systèmes difficilement raccordables au secteur EDF (radar pédagogique, feux de signalisations provisoires, avertisseurs routiers, stations météos…).

L'utilisation de ces panneaux permet également d'exploiter des endroits où aucune source d’électricité n'est disponible afin d'assurer un minimum d’énergie pour recharger de petits systèmes de télécommunication par exemple et ainsi ne pas pas être isolé du monde.

C'est pourquoi nous allons étudier une valise solaire dont les caractéristiques sont développées ci-dessous :

  • Surface totale 420x680 mm²
  • Puissance totale 25 W
  • 17 kg au total

La valise comprend deux panneaux solaires, connectés en parallèle, de 36 éléments chacun de 4 cm*8 cm (36 x 0,5 V = 18 V).
PANNEAU SOLAIRE
  • tension & courant typique 17,5 V • 1,7 A
  • courant de court-circuit : 1,9 A
  • tension circuit ouvert : 21,5 V

Sous le panneau solaire, se trouvent :

  • une batterie plomb 20 Ah 12 VDC typique, 6 éléments. 14,4 V en tension maximum.
  • un convertisseur 12 VDC / 230 VAC 50 Hz 150 V.A
  • il est possible de remplacer la batterie plomb par une batterie Li-ion 20 Ah 15VDC typique, 4 éléments, 16,4 V maximum.

TABLEAU DE COMMANDE
  • un disjoncteur de protection contre les surintensités
  • une prise femelle 230 VAC 50 Hz avec voyants marche et défaut
  • un afficheur LCD à 2 lignes délivrant des messages concernant la batterie : température, % de charge, courant et tension de charge, courant et tension d’utilisation, batterie en sous charge, en surcharge, température excessive etc… ainsi que la puissance de sortie.

Nota : il s’agit d’indications, non de mesures précises.


PROTECTIONS DES COMPOSANTS EN CAS DE
  • surcharge de la batterie : quand sa tension atteint 16,5 V, le courant de charge est coupé automatiquement pour en préserver la durée de vie.
  • décharge excessive de batterie : quand sa tension atteint 11,5 V alarme sonore ; en dessous de 10,5 V, la sortie est automatiquement déconnectée.
  • élévation anormale de température de la batterie
  • surcharge ou court-circuit sur la sortie du convertisseur