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ÉTUDE ET DIMENTIONNEMENT D’UN
SUIVEUR SOLAIRE POUR LA GÉNÉRATION
D’ÉNERGIE PV
MOKEDDEM Ali & TAMALI Mohammed
Faculté des Sciences et de la Technologie
Département de Technologie
Université de Bechar
N°185 Hay Elfourssan Dabdaba Bechar
alirad@hotmail.fr & mtamali@gmail.com
ENERGARID Lab. - SimulIA
Abstract—L’intérêt porté à l'énergie solaire, et à son
utilisation dans divers domaines, soit énergétiques, chimiques ou
même médicales, n'est pas nouveau, mais à cause de son
importance qui devenait plus évident chaque jour que son
précédent.
Dans ce contexte, on a essayé de trouver dans ce travail des
solutions pour bien optimiser l'utilisation de cette énergie en
contrôlant le panneau solaire et on le dirigeant vers le soleil,
perpendiculairement à ses rayons le long de sa durée de luminosité,
pour s’adapter à sa vitesse micro-régulière, cet ordre cosmique est
caractérisé par sa rigueur infinie, si on peut trouver des voies et des
lois physiques proches de point de vue précision et exactitude de ce
système, nous pourrons bien exploiter ses ressources et c'est ce qui
s'applique à la coordination du panneau solaire à la vitesse du soleil
et à la verticalité de ses rayons. Cela conduirait à la production
d’une grande capacité électrique qui augmente le rendement du
panneau solaire et donc, dispenser ou abaisser l’utilisation des
sources énergétiques traditionnelles (combustibles), cela conduit à
son tour à une diminution des émissions de gaz responsables de
l’effet de serre et à une maintenance de la stabilité du système
naturel.
I. INTRODUCTION
l’étude effectuée à la licence est convenus que la
définition de l'économie d'énergie correspond à une diminution
de la consommation énergétique, permettre d'identifier les
gisements d'économie d'énergie et de mettre en œuvre rapidement
des actions de maîtrise de l'énergie rentables économiquement et
réduire l'émission de gaz à effet de serre par intégration des
ressources renouvelables (système PV).
On à résumer notre problématique par :
1- Augmentation de la productivité énergétique des
panneaux classiques :
C’est a dire l’augmentation de performance des panneaux
fixes .
2- Source de revenu supplémentaire :
La rentabilité financière étant directement liée à la
productivité énergétique, un suiveur de soleil maximise notre
investissement. Une telle installation n’est pas une source
d’économie mais bien un revenu supplémentaire pour le
particulier ou l’entreprise.
II. LES MODELES MATHEMATIQUES DE LA PRODUCTION DE
PUISSANCES MAXIMALES D’UN MODULE PV
En général, il y’a beaucoup de modèles mathématiques de
puissance permettant de déterminer la puissance maximale
fournie par un générateur photovoltaïque en fonction de
variation de l’irradiation solaire et la température ambiante.
nous présenterons d’abord trois modèles, dont le premier
c’est un benchmark, et les deux autres sont des modèles
mathématiques permettant de déterminer la puissance
maximale en fonction de variation des conditions
météorologiques et puis nous comparons les modèles
présentés.
On a choisier le module 3 de Borowy et Salameh est le
plus optimale pour notre cas à plusieurs raisons :
on peut utiliser ce modèle dans les régions chaude comme
la région de sud d’Algérie (Bechar).
Il nous donner des formules pour calculer le point
optimum de voltage et le courant sous condition d’arbitraire;
Ce modèle fait usage des spécifications des modules PV
offerts par les fabricants, donc il offre une façon très simple
d'accomplir la puissance produite par les modules PV
Il nous donner une relation mathématique pour calculé la
puissance maximale produite pour un nombre de modules
séries et parallèles.
III. CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DU PANNEAU
PHOTOVOLTAÏQUE
A. Schéma Cinématique
Le schéma cinématique simplifié du mécanisme
d’entraînement des deux panneaux photovoltaïques mobile
est représenté dans la figure n°1.
Fig. 1. Schéma cinématique d’un panneau photovoltaïque
B. Etude mécanique
la vitesse de rotation du panneau ; ά=15dg/h = 0,26 rd/h.
longueur d’une journée (à Béchar) ; est égale à 12h
La puissance totale est : PT= PP+ PV +PF
PT= 61.1+16.19.24=96.82W ; PT ≈100
IV.LOGICIEL DE SIMULATION PV EN LIGNE
Ce logiciel nous permit de calculer la position du soleil dans
le ciel en un point de la terre à un moment donné de la journée.
A. Schéma Cinématique
Fig. 2. La carte géographique de wilaya de Béchar
B. Graphique cartésien
Fig. 3. Le graphique cartésien de la trajectoire du soleil.
C. Graphique polaire
Fig. 4. Le graphique polaire de la trajectoire du soleil.
D. Tables
TABLE I
L’ANGLE SOLAIRE ZENITHAL, L’ANGLE DE DECLINAISON ET LE
TEMPS DE L’ENSOLEILLEMENT
V. CHOIX ET MODELISATION DU MOTEUR A COURANT CONTINU
Fig. 5. schéma d’asservissement de vitesse
VI. IMPLEMENTATION DU SYSTEME SOUS MATLAB/SIMULINK
A. Modèle sous Matlab/Simulink
Nous avons utilisé le logiciel Matlab par la simulation de
notre système (suiveur de soleil).la figure ci dissous
montre le modèle de système implémenté sous
l’environnement Simulink.
Fig. 6. modèle d’un système de suiveur de soleil sous Matlab/Simulink
Le moteur responsable de faire tourner le panneau est
alimenté par l’énergie électrique générée par le panneau
photovoltaïque.
B. Résultats de simulation
La figure suivante montre les résultats de simulation de notre
système PV asservi en vitesse Ω.
0 1 2 3 4 5 6 7
x 10
4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
t
Ia
Fig. 7. Variation du courant de gâchage
régulateurPI
wm
wref
Iref
Vitessederéference(rad/s)
0.26
Vf24V
Vdc24V
ToWorkspace
PV
Régulateuràhystérésis
Iref
Ia
g
Mosfet
gm
DS
Ls
Filter
D1
Couplerésistant(N.m)
-C-
MCC
TLm
A+
F+
A-
F-
dc
<Speedwm(rad/s)>
<Speedwm(rad/s)>
<Armaturecurrentia(A)>
G
G
0 1 2 3 4 5 6 7
x 10
4
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
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Fig. 8. Variations de la vitesse de référence Ω
On trouve bien que la vitesse de moteur à courant
continue(Ω) suit sa référence Ωréf =0.26rf/s , ζ =0.7 et on
trouve que ζ n’excède pas 0,7.
VII. PROGRAMMATION DU PIC
Le PIC utilisé dans cette application est programmé en
Pascal. L'utilisation du langage Pascal permet d'alléger
considérablement le développement d'une application.
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micro pascal utilisé dans ce projet :
Fig. 9. Configuration de programme
C. Organigramme
NB : Le capteur fin de course
RC0 et RC1 sont fermés au repos
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Tension sur l’LDR >2,5v Nuit
VIII. SIMULATION ET ROUTAGE
A. Présentation de l’ISIS
Début
Initialisation
RB0 et RB1 :
Sorties
RC0 et RC1 :
Entrées
RA0 : Entrée
Analogique
Sortie 0
Lecture de la
tension sur
RA0 (LDR)
Tension
< 2 ,5 V
Oui
N
o
Lecture de
l’état de la
broche RC0
(capteur fin
de course)
RC0 = 1
Oui
N
o
RB0 1 (Moteur
sens avant)
Lecture de l’état de la
broche RC0
I I+1
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I = 50
Ou RC0
= 1
Oui
N
o
RB0 0
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RB1 1 (Moteur
sens arrière)
Lecture de l’état de la
broche
RC1 (capteur fin de
course)
RC1 = 1
Oui
N
o
Fig. 10. Configuration du schéma de simulation par ISIS
B. Fonctionnement de la carte de simulation
Fig. 11. Schéma de routage par ISIS
IX.CONCLUSION GÉNÉRALE
L’électricité solaire PV est l’une des disciplines mondiales
les plus importantes dans le développement durable
actuellement .face a cette importance
Notre proposition pour transformer un panneau
photovoltaïque fixe en un suiveur de soleil afin d’améliorer
son rendement, s’appui sur les données de site lui-même ,
alors notre système est aveugle ne s’appui pas sur des capteurs
Et à cause du changement de caractéristiques de site dans
chaque région géographique, on doit faire une étude détaillée
de site, en exprimant : la durée d’ensoleillement et l’angle
solaire Azimut.
Ces deux données nous permettons de calculer la vitesse
de soleil. Cependant, on doit faire une autre étude mécanique
sur le panneau qui nous permettons de trouver la force
adéquate pour faire tourner le panneau de l’Est vers l’Ouest.
Le système qu’on a proposé peut être utiliser tous seule
pour piloter un panneau suiveur solaire et même on peut
introduire dans un système de poursuite avec des capteurs (ou
quelque soit système défirent) et joue un rôle de système
auxiliaire qu’on peut utiliser dans les cas au les capteur sont
perturbé (neige,sable,……. ) ou détruire c’est qui assuré la
continuité de service.
REFERENCES
[1] S. M. Metev and V. P. Veiko, Laser Assisted Microtechnology, 2nd ed.,
R. M. Osgood, Jr., Ed. Berlin, Germany: Springer-Verlag, 1998.
[2] J. Breckling, Ed., The Analysis of Directional Time Series:
Applications to Wind Speed and Direction, ser. Lecture Notes in
Statistics. Berlin, Germany: Springer, 1989, vol. 61.
[3] S. Zhang, C. Zhu, J. K. O. Sin, and P. K. T. Mok, “A novel ultrathin
elevated channel low-temperature poly-Si TFT,” IEEE Electron Device
Lett., vol. 20, pp. 569–571, Nov. 1999.
[4] M. Wegmuller, J. P. von der Weid, P. Oberson, and N. Gisin, “High
resolution fiber distributed measurements with coherent OFDR,” in
Proc. ECOC’00, 2000, paper 11.3.4, p. 109.
[5] R. E. Sorace, V. S. Reinhardt, and S. A. Vaughn, “High-speed digital-
to-RF converter,” U.S. Patent 5 668 842, Sep. 16, 1997.
[6] (2007) The IEEE website. [Online]. Available: http://www.ieee.org/
[7] M. Shell. (2007) IEEEtran webpage on CTAN. [Online]. Available:
http://www.ctan.org/tex-archive/macros/latex/contrib/IEEEtran/
[8] FLEXChip Signal Processor (MC68175/D), Motorola, 1996.
[9] “PDCA12-70 data sheet,” Opto Speed SA, Mezzovico, Switzerland.
[10] A. Karnik, “Performance of TCP congestion control with rate feedback:
TCP/ABR and rate adaptive TCP/IP,” M. Eng. thesis, Indian Institute
of Science, Bangalore, India, Jan. 1999.
[11] J. Padhye, V. Firoiu, and D. Towsley, “A stochastic model of TCP
Reno congestion avoidance and control,” Univ. of Massachusetts,
Amherst, MA, CMPSCI Tech. Rep. 99-02, 1999.
[12] Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer
(PHY) Specification, IEEE Std. 802.11, 1997.

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  • 1. ÉTUDE ET DIMENTIONNEMENT D’UN SUIVEUR SOLAIRE POUR LA GÉNÉRATION D’ÉNERGIE PV MOKEDDEM Ali & TAMALI Mohammed Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Technologie Université de Bechar N°185 Hay Elfourssan Dabdaba Bechar alirad@hotmail.fr & mtamali@gmail.com ENERGARID Lab. - SimulIA Abstract—L’intérêt porté à l'énergie solaire, et à son utilisation dans divers domaines, soit énergétiques, chimiques ou même médicales, n'est pas nouveau, mais à cause de son importance qui devenait plus évident chaque jour que son précédent. Dans ce contexte, on a essayé de trouver dans ce travail des solutions pour bien optimiser l'utilisation de cette énergie en contrôlant le panneau solaire et on le dirigeant vers le soleil, perpendiculairement à ses rayons le long de sa durée de luminosité, pour s’adapter à sa vitesse micro-régulière, cet ordre cosmique est caractérisé par sa rigueur infinie, si on peut trouver des voies et des lois physiques proches de point de vue précision et exactitude de ce système, nous pourrons bien exploiter ses ressources et c'est ce qui s'applique à la coordination du panneau solaire à la vitesse du soleil et à la verticalité de ses rayons. Cela conduirait à la production d’une grande capacité électrique qui augmente le rendement du panneau solaire et donc, dispenser ou abaisser l’utilisation des sources énergétiques traditionnelles (combustibles), cela conduit à son tour à une diminution des émissions de gaz responsables de l’effet de serre et à une maintenance de la stabilité du système naturel. I. INTRODUCTION l’étude effectuée à la licence est convenus que la définition de l'économie d'énergie correspond à une diminution de la consommation énergétique, permettre d'identifier les gisements d'économie d'énergie et de mettre en œuvre rapidement des actions de maîtrise de l'énergie rentables économiquement et réduire l'émission de gaz à effet de serre par intégration des ressources renouvelables (système PV). On à résumer notre problématique par : 1- Augmentation de la productivité énergétique des panneaux classiques : C’est a dire l’augmentation de performance des panneaux fixes . 2- Source de revenu supplémentaire : La rentabilité financière étant directement liée à la productivité énergétique, un suiveur de soleil maximise notre investissement. Une telle installation n’est pas une source d’économie mais bien un revenu supplémentaire pour le particulier ou l’entreprise. II. LES MODELES MATHEMATIQUES DE LA PRODUCTION DE PUISSANCES MAXIMALES D’UN MODULE PV En général, il y’a beaucoup de modèles mathématiques de puissance permettant de déterminer la puissance maximale fournie par un générateur photovoltaïque en fonction de variation de l’irradiation solaire et la température ambiante. nous présenterons d’abord trois modèles, dont le premier c’est un benchmark, et les deux autres sont des modèles mathématiques permettant de déterminer la puissance maximale en fonction de variation des conditions météorologiques et puis nous comparons les modèles présentés. On a choisier le module 3 de Borowy et Salameh est le plus optimale pour notre cas à plusieurs raisons : on peut utiliser ce modèle dans les régions chaude comme la région de sud d’Algérie (Bechar). Il nous donner des formules pour calculer le point optimum de voltage et le courant sous condition d’arbitraire; Ce modèle fait usage des spécifications des modules PV offerts par les fabricants, donc il offre une façon très simple d'accomplir la puissance produite par les modules PV
  • 2. Il nous donner une relation mathématique pour calculé la puissance maximale produite pour un nombre de modules séries et parallèles. III. CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DU PANNEAU PHOTOVOLTAÏQUE A. Schéma Cinématique Le schéma cinématique simplifié du mécanisme d’entraînement des deux panneaux photovoltaïques mobile est représenté dans la figure n°1. Fig. 1. Schéma cinématique d’un panneau photovoltaïque B. Etude mécanique la vitesse de rotation du panneau ; ά=15dg/h = 0,26 rd/h. longueur d’une journée (à Béchar) ; est égale à 12h La puissance totale est : PT= PP+ PV +PF PT= 61.1+16.19.24=96.82W ; PT ≈100 IV.LOGICIEL DE SIMULATION PV EN LIGNE Ce logiciel nous permit de calculer la position du soleil dans le ciel en un point de la terre à un moment donné de la journée. A. Schéma Cinématique Fig. 2. La carte géographique de wilaya de Béchar B. Graphique cartésien Fig. 3. Le graphique cartésien de la trajectoire du soleil. C. Graphique polaire Fig. 4. Le graphique polaire de la trajectoire du soleil. D. Tables TABLE I L’ANGLE SOLAIRE ZENITHAL, L’ANGLE DE DECLINAISON ET LE TEMPS DE L’ENSOLEILLEMENT
  • 3. V. CHOIX ET MODELISATION DU MOTEUR A COURANT CONTINU Fig. 5. schéma d’asservissement de vitesse VI. IMPLEMENTATION DU SYSTEME SOUS MATLAB/SIMULINK A. Modèle sous Matlab/Simulink Nous avons utilisé le logiciel Matlab par la simulation de notre système (suiveur de soleil).la figure ci dissous montre le modèle de système implémenté sous l’environnement Simulink. Fig. 6. modèle d’un système de suiveur de soleil sous Matlab/Simulink Le moteur responsable de faire tourner le panneau est alimenté par l’énergie électrique générée par le panneau photovoltaïque. B. Résultats de simulation La figure suivante montre les résultats de simulation de notre système PV asservi en vitesse Ω. 0 1 2 3 4 5 6 7 x 10 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 t Ia Fig. 7. Variation du courant de gâchage régulateurPI wm wref Iref Vitessederéference(rad/s) 0.26 Vf24V Vdc24V ToWorkspace PV Régulateuràhystérésis Iref Ia g Mosfet gm DS Ls Filter D1 Couplerésistant(N.m) -C- MCC TLm A+ F+ A- F- dc <Speedwm(rad/s)> <Speedwm(rad/s)> <Armaturecurrentia(A)> G G
  • 4. 0 1 2 3 4 5 6 7 x 10 4 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 t Ω Fig. 8. Variations de la vitesse de référence Ω On trouve bien que la vitesse de moteur à courant continue(Ω) suit sa référence Ωréf =0.26rf/s , ζ =0.7 et on trouve que ζ n’excède pas 0,7. VII. PROGRAMMATION DU PIC Le PIC utilisé dans cette application est programmé en Pascal. L'utilisation du langage Pascal permet d'alléger considérablement le développement d'une application. La figure suivante présente une fenêtre du compilateur micro pascal utilisé dans ce projet : Fig. 9. Configuration de programme C. Organigramme NB : Le capteur fin de course RC0 et RC1 sont fermés au repos Tension sur l’LDR < 2,5v Jour Tension sur l’LDR >2,5v Nuit VIII. SIMULATION ET ROUTAGE A. Présentation de l’ISIS Début Initialisation RB0 et RB1 : Sorties RC0 et RC1 : Entrées RA0 : Entrée Analogique Sortie 0 Lecture de la tension sur RA0 (LDR) Tension < 2 ,5 V Oui N o Lecture de l’état de la broche RC0 (capteur fin de course) RC0 = 1 Oui N o RB0 1 (Moteur sens avant) Lecture de l’état de la broche RC0 I I+1 Attente 10 ms I = 50 Ou RC0 = 1 Oui N o RB0 0 (arrêt moteur) Attente 5 s RB1 1 (Moteur sens arrière) Lecture de l’état de la broche RC1 (capteur fin de course) RC1 = 1 Oui N o
  • 5. Fig. 10. Configuration du schéma de simulation par ISIS B. Fonctionnement de la carte de simulation Fig. 11. Schéma de routage par ISIS IX.CONCLUSION GÉNÉRALE L’électricité solaire PV est l’une des disciplines mondiales les plus importantes dans le développement durable actuellement .face a cette importance Notre proposition pour transformer un panneau photovoltaïque fixe en un suiveur de soleil afin d’améliorer son rendement, s’appui sur les données de site lui-même , alors notre système est aveugle ne s’appui pas sur des capteurs Et à cause du changement de caractéristiques de site dans chaque région géographique, on doit faire une étude détaillée de site, en exprimant : la durée d’ensoleillement et l’angle solaire Azimut. Ces deux données nous permettons de calculer la vitesse de soleil. Cependant, on doit faire une autre étude mécanique sur le panneau qui nous permettons de trouver la force adéquate pour faire tourner le panneau de l’Est vers l’Ouest. Le système qu’on a proposé peut être utiliser tous seule pour piloter un panneau suiveur solaire et même on peut introduire dans un système de poursuite avec des capteurs (ou quelque soit système défirent) et joue un rôle de système auxiliaire qu’on peut utiliser dans les cas au les capteur sont perturbé (neige,sable,……. ) ou détruire c’est qui assuré la continuité de service. REFERENCES [1] S. M. Metev and V. P. Veiko, Laser Assisted Microtechnology, 2nd ed., R. M. Osgood, Jr., Ed. Berlin, Germany: Springer-Verlag, 1998. [2] J. Breckling, Ed., The Analysis of Directional Time Series: Applications to Wind Speed and Direction, ser. Lecture Notes in Statistics. Berlin, Germany: Springer, 1989, vol. 61. [3] S. Zhang, C. Zhu, J. K. O. Sin, and P. K. T. Mok, “A novel ultrathin elevated channel low-temperature poly-Si TFT,” IEEE Electron Device Lett., vol. 20, pp. 569–571, Nov. 1999. [4] M. Wegmuller, J. P. von der Weid, P. Oberson, and N. Gisin, “High resolution fiber distributed measurements with coherent OFDR,” in Proc. ECOC’00, 2000, paper 11.3.4, p. 109. [5] R. E. Sorace, V. S. Reinhardt, and S. A. Vaughn, “High-speed digital- to-RF converter,” U.S. Patent 5 668 842, Sep. 16, 1997. [6] (2007) The IEEE website. [Online]. Available: http://www.ieee.org/ [7] M. Shell. (2007) IEEEtran webpage on CTAN. [Online]. Available: http://www.ctan.org/tex-archive/macros/latex/contrib/IEEEtran/ [8] FLEXChip Signal Processor (MC68175/D), Motorola, 1996. [9] “PDCA12-70 data sheet,” Opto Speed SA, Mezzovico, Switzerland. [10] A. Karnik, “Performance of TCP congestion control with rate feedback: TCP/ABR and rate adaptive TCP/IP,” M. Eng. thesis, Indian Institute of Science, Bangalore, India, Jan. 1999. [11] J. Padhye, V. Firoiu, and D. Towsley, “A stochastic model of TCP Reno congestion avoidance and control,” Univ. of Massachusetts, Amherst, MA, CMPSCI Tech. Rep. 99-02, 1999. [12] Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification, IEEE Std. 802.11, 1997.