2. Introduction – Enoncé du problème
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Description technique et fonctionnelle du suiveur
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Les différents composants du système suiveur solaire
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Présentation de la commande par microcontrôleur
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Programmation de la commande par microcontrôleur
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Plan
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Exploitation pédagogique
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3. Introduction
Le développement de l’exploitation des énergies renouvelables a connu une forte croissance ces dernières années. La
production d’électricité par des sources d’énergie renouvelables offre une plus grande sûreté d’approvisionnement des
consommateurs tout en respectant les normes écologiques de l’énergie.
Actuellement, le Maroc accorde une priorité au développement des énergies renouvelables, et surtout à l’énergie solaire ou
photovoltaïque, car un bel avenir se dessine pour ce type d’énergie.
Station Thermo-solaire Nour 1, 160 MW, Ouarzazate, Maroc
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4. Introduction
Un système photovoltaïque (PV) est destiné à satisfaire un besoin d’énergie électrique selon des conditions spécifiques
d’exploitation. Il est généralement constitué d’un générateur photovoltaïque, d’un système de stockage, des systèmes
d’interface (convertisseurs, réseau) d’un système de control et de commande.
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Système Photovoltaïque:
5. Introduction
L’absorption d’un photon par un semi-conducteur donne naissance à une paire d’électron trou lorsque son
énergie est supérieure à celle de la largeur de la bande interdite du matériau. Le champ électrique interne à la
jonction, entraîne alors le trou vers la région P et l’électron vers la région N.
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Principe de fonctionnement d’une cellule Photovoltaïque:
6. Dans une installation fixe, l’énergie rendue par les modules PV est maximale seulement à midi. Pour cela si
les modules PV sont toujours orientés vers le soleil, c’est comme s’il y avait constamment la condition
correspondante à midi.
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Enoncé de la problématique:
Introduction
Au cours de la journée, le soleil se déplace continuellement, alors qu’un générateur Photovoltaïque est fixe
dans sa position, perdant ainsi une considérable quantité d’énergie, qui pourrait être disponible.
7. Introduction:
Il existe cependant des suiveurs solaires à 1 axe ou 2 axes qui suivent le soleil tout comme le ferait un
tournesol. On propose, dans ce dossier, de découvrir ce qu’est un suiveur solaire, de comparer les résultats
d’une installation fixe et d’un suiveur, puis étudier les différents éléments qui constitue le système.
Dans ce stade, on doit répondre aux questions suivantes:
- À quoi sert un suiveur solaire ?
- Comment fonctionne le suiveur solaire à deux axes?
- Comment organiser les différentes parties du système ?
- Comment programmer la carte de commande du suiveur solaire ?
Comment optimiser la production
d’énergie d’un panneau photovoltaïque?
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Objectif:
8. Au cours d’une journée complètement ensoleillée, un système bien orienté, produit 5,5 kWh d’énergie, alors
que le même système avec suiveur, dans les mêmes conditions d’ensoleillement, produit 11 kWh d’énergie.
Une part importante de l’énergie récupérable est ainsi perdue. Si l’installation s’oriente constamment en
direction du soleil, elle génère un maximum d’électricité.
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Etude Comparative:
Introduction:
9. Description du système:
Le système suiveur solaire à deux axes permet de suivre la trajectoire du soleil, selon la saison, sur l'axe Est-
Ouest (Azimut) et aussi sur la hauteur ou l'élévation (Zénith). Le système de capteur solaire motorisé permet
d’optimiser la production électrique des cellules photovoltaïques par le suivi de la position du soleil. Il assure
le maintien en charge des batteries.
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I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire
Approche classique : Analyse fonctionnelle du Suiveur Solaire
Analyse des Besoins:
La production électrique des panneaux photovoltaïques dépend directement de la quantité de lumière reçue.
Pour augmenter cette production, on se propose de suivre le soleil pour récolter un maximum de flux lumineux.
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I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire
Approche classique : Analyse fonctionnelle du Suiveur Solaire
Etude des fonctions et des contraintes:
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I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire
Approche classique : Analyse fonctionnelle du suiveur solaire
Décomposition des fonctions de service
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Approche moderne : Langage SysML (Modélisation système)
Diagramme de cas d’utilisation (User Case Diagram )
I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire
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Approche moderne : Langage SysML (Modélisation système)
Diagramme des exigences
I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire
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I. Description technique et fonctionnelle du store
Approche moderne : Langage SysML (Modélisation système)
Diagramme de définition de bloc ( Block definition diagram BBD )
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Approche moderne : Langage SysML (Modélisation système)
Diagramme de bloc interne ( Internal Block diagram IBD )
«Block »
Alimentation
«Block »
Microcontrôleur
«Block »
Interface de
communication
«Block »
Partie opérative
«Block »
Interface
d’entée
230V-50Hz
Capteur LDR
Fin de course
Ordre de rotation
et positionnement
LEDs
I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire
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I. Description technique et fonctionnelle du suiveur solaire
Chaine d’énergie et d’informations:
Chaîne d’information
Chaîne d’énergie
ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE AGIR
Orienter
Energies
d’entrée
ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER
Lumière
du soleil Ordres
Valim =12V
Pont en H
intégré
Moteur à
courant
continu
Réducteur 4 étages
1 pignon/roue
1 étage roue/vis
2 capteurs LDR
4 fins de course
Microcontrôleur
Panneau
Solaire
Panneau
Suiveur
Solaire
Liaison
directe
Positionneur
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II. Les composants du suiveur solaire
Capteur de lumière LDR (photorésistance):
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 Dependent Resistor ou résistance dépendant de la lumière). La principale
utilisation de la photo résistance est la mesure de l'intensité lumineuse, elle est choisit 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.
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II. Les composants du suiveur solaire
Capteur de fin de course:
Un interrupteur de position peut aussi être appelés "Interrupteur de fin de course". Ils coupent ou établissent
un circuit lorsqu'il est actionnés par un mobile.
La détection s’effectue par contact d’un objet extérieur sur le levier ou un galet. Ce capteur peut prendre alors
deux états :
- Enfoncé (en logique positive l'interrupteur est fermé).
- Relâché (en logique positive l'interrupteur est ouvert).
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II. Les composants du suiveur solaire
Pont en H:
Le pont en H permet la commande de moteur dans les deux sens de rotation, sans modification du montage,
seulement en modifiant l'état des commutateurs.
SW1 SW2 Etat Moteur
0 0 ARRET
0 1 SENS 1
1 0 SENS 2
1 1 ARRET
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II. Les composants du suiveur solaire
Moteur à Courant Continu:
Une machine électrique à courant continu effectue une conversion d’énergie électrique en énergie mécanique.
Couple de démarrage important, idéal pour l'entraînement de charges à forte inertie.
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III. Présentation détaillée de la carte de commande
Alimentation Stabilisé
5V et 12V
Unité de Traitement
Microcontrôleur 16F877
Interface circuit de Puissance
Interface circuit de Commande
Alimentation Stabilisé: (Régulateur de Tension)
Un régulateur de tension est un composant dont le rôle consiste à rendre quasi continue une tension qui présente une
ondulation (issue d'un pont redresseur) et à stabiliser sa valeur.
Circuit d’interface de Puissance
Afin de protéger le carte de commande du suiveur solaire contre les courant forts. On exploite un circuit d’interfaçage
de puissance, ce circuit se compose essentiellement de relais magnétique.
Unité de Traitement: Microcontrôleur
Un microcontrôleur est circuit intégrée a pour le rôle: le traitement de l'information prévenante des capteurs et
l’exécution des commandes vers les actionneurs. Il assure un fonctionnement autonome.
Il dispose de plusieurs fonctionnalités tel que:
- Temporisation;
- Conversion Analogique Numérique (CAN);
- Transmission Série des données (RS-232)
Le grand avantage de cette logique programmable est que la modification d’une fonction ou d'une tâche ne nécessite
pas de câblage supplémentaire, mais uniquement un nouveau programme à loger en mémoire.
Circuit d’interface de commande
Le circuit d’interfaçage de commande est un conditionneur pour les capteurs
Photorésistances, ce circuit se compose de:
- Potentiomètres permettre de régler le seuil de la sensibilité aux variations
d’éclairement solaire.
-Deux Comparateurs qui permettre de comparer les tensions au niveau des
LDRs et les tensions de référence.
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Utilisation du convertisseur analogique numérique pour LDR:
Cette solution consiste à exploiter le port A du microcontrôleur qui dispose de CAN, au lieu d’utiliser un
conditionneur pour les capteurs photorésistances.
Résolution: n=10 bits / 8 canaux.
Les registres:
ADCON0: Permet le choix du canal et l’horloge de conversion
ADCON1: Justifier le sens du résultat dans les registre
ADRESL & ADRESH.
III. Présentation détaillée de la carte de commande
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IV. Programmation de la commande par microcontrôleur
Branchement des composants
Microcontrôleur
PIC16F877
LDR N
LDR S
LDR E
LDR O
Fc N
Fc S
Fc E
Fc O
M1
M2
RA0
RA1
RB3
RB2
RB1
RB0
RA2
RA3
RC3
RC1
RC2
RC0
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IV. Programmation de la commande par microcontrôleur
Organigramme de fonctionnement
1- Configuration des Entrées/Sorties par la
configuration des registres: TRISA, TRISB, TRISC.
2- Configuration des registres internes, lors de
l’utilisation des fonction spéciales tel que: le
convertisseur analogique numérique, ou la
transmission série.
3-Effectuer des boucle de test sur les information
acquise
4- Affecter le fonctionnement souhaiter aux
actionneurs.
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V. Exploitation Pédagogique:
Compétences Visés Composantes des compétences Savoir Associé
Fonction Alimenté
Identifier les constituants d’un réseau
d’alimentation.
Identifier les éléments constitutifs de la source
autonome
Source Autonome : Panneau solaire
(photovoltaïque)
Apercevoir les techniques d’exploitation de
l’énergie solaire ;
Comprendre le principe de fonctionnement
d’une cellule photovoltaïque ;
Fonction Distribuer
Exprimer le prince de fonctionnement d’une
commande
Etablir le schéma électrique à partie d’un
cahier de charge
Commande Tout ou Rien : Relais statique
Identifier une fonctionne de commutation dans
un système
Interfaçage en sorte : Pont en H (Hacheur)
Fonction Convertir
Enoncer le principe de fonctionnement d’un
convertisseur
Moteur à courant continu
Fonction Acquérir
Enoncer le principe d’acquisition et de
conditionnement de données
Identifier la fonction d’acquisition dans une
chaine d’information
Fonction globale : Transformation d’une
grandeur physique en signal électrique.
Conditionneur de signal.
Fonction Traiter
Décrire l’architecture d’un environnement
micro-informatique
Elaborer un organigramme suivant un cahier
de charge
Microcontrôleur (Aspect matériel et Aspect
logiciel)
Traduire un organigramme en langage
assembleur ou en C
Transférer un programme dans un
microcontrôleur
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V. Exploitation Pédagogique:
Séquence pédagogique:
Objectif : Comprendre le fonctionnement d’une source d’alimentation à panneau photovoltaïque
Séance N°1 :
Cours+TP
Type Consignes & Taches Durée Matérielle
Etape 1
Cours
Chaîne énergétique à base de panneau solaire 1h
Salle Cours+Rétroprojecteur
+Tableau
Etape 2 Principe de fonctionnement du panneau
solaire
1h
Etape 3
TP Extraire les caractéristiques d’un panneau PV 2h
Salle TP + Maquette panneau
photovoltaïque+Appareils de
mesure
Objectif : Analyse fonctionnelle & Approche moderne du suiveur solaire
Séance N°2 :
Cours
Type Consignes & Taches Durée Matérielle
Etape 1
Cours
Présentation du système suiveur solaire et
monter son importance
1h
Salle Cours+Rétroprojecteur
+Tableau
Etape 2 Principe de fonctionnement des composants qui
constitue le système
2h
Etape 3 Etablir une analyse fonctionnelle du système 1h
Objectif : Programmation de la carte de commande du suiveur solaire
Séance N°3 :
TP
Type Consignes & Taches Durée Matérielle
Etape 1
TP
Programmer le microcontrôleur de la carte de
commande en répondant au cahier de charge
2h
Salle TP+Carte de commande
µC+Logicielle de
programmation+PC
