Identification et caractérisation des composants Principe de fonctionnement Identification et caractérisation des composants Le phénomène photo-voltaïque Les différentes technologies Applications industrielles Les panneaux photo-voltaïques Régulateur de charge Batterie Chargeur solaire Onduleur Chargeur Lampes Cellule d’ensoleillement Disjoncteurs et interrupteurs ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Principe de fonctionnement Chargeur solaire Principe de fonctionnement Deux modules photovoltaïques différents permettent de charger une batterie en énergie électrique (12V). Cette dite batterie permet par d’alimenter directement un actionneur en 12V continu (ici une ampoule) ou un actionneur en 230V alternatif (ici une ampoule 230V) par l’intermédiaire d’un onduleur. Le tout est géré par un régulateur de charge permettant de contrôler la charge et la décharge de la batterie en temps réel. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Le phénomène photo-voltaïque Chargeur solaire Le phénomène photo-voltaïque Le phénomène physique de conversion du rayonnement solaire en énergie électrique a été observé en 1839. Certains matériaux appelés semi-conducteurs ont la capacité de libérer des électrons périphériques lorsqu’ils sont soumis à un rayonnement solaire. Ainsi on crée une charge positive (atome ayant perdu un électron) et une charge négative (électron libre). ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Le phénomène photo-voltaïque (suite) Chargeur solaire Le phénomène photo-voltaïque (suite) Le principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque au silicium consiste à combiner trois phénomènes physiques : L’absorption de la lumière dans le matériau. La couleur la plus foncée permet d’absorber le maximum d’énergie solaire; Le transfert de l’énergie lumineuse aux électrons. On utilise un matériau capable de libérer un électron en présence d’énergie solaire et un matériau capable d’attirer cet électron. On crée ainsi une différence de potentiel au sein de la cellule. La collecte des charges électriques. Chacun des deux côtés de la cellule est relié a une électrode positive ou négative. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Les différentes technologies Chargeur solaire Les différentes technologies Il existe trois types de panneaux solaires : Monocristallin ; Polycristallin ; Amorphe. Le matériau de base est identique pour tous les panneaux, c’est le mode de fabrication qui produit l’une ou l’autre des technologies citées. Les rendements énergétiques de chacune de ces technologies diffèrent et sont directement proportionnels au coût de fabrication. Technologie Rendement typique Rendement max obtenu en laboratoire Mono-cristallin 12-15% 24-% Poly-cristallin 11-14% 16.6-% Couche mince Amorphe 6-9% 13.5-% ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Les différentes technologies Module mono-cristallin Chargeur solaire Les différentes technologies Module mono-cristallin Le refroidissement lent du Silicium liquide forme un cristal unique dans lequel on découpe des tranches pour en faire des cellules solaires. Un module de 12V nominal est constitué de 36 cellules cristallines qui donnent, lors d’un fonctionnement maximum, 17 à 18Vcc et 1000W/m2 . Ce type de cellule, d’un coût élevé, possède un bon rendement sous un fort ensoleillement. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Les différentes technologies Module amorphe Chargeur solaire Les différentes technologies Module amorphe Le refroidissement rapide et en fine couche sur le support donne un Silicium sans arrangement précis. On dit alors qu’il est amorphe. Ce procédé est rapide et moins coûteux. Chaque cellule photovoltaïque délivre une tension de 12Vcc. Ce type de cellule, moins coûteuse, et fonctionnant malgré un faible ensoleillement possède un rendement médiocre qui de plus diminue avec le temps. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Les différentes technologies Module poly-cristallin Chargeur solaire Les différentes technologies Module poly-cristallin Le refroidissement du silicium provoque l’apparition de cristaux différents. Ce type de cellule est un compromis entre les modules mono-cristallin et amorphe tant au niveau de l’efficacité que du coût. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Applications industrielles Chargeur solaire Applications industrielles Les applications peuvent être de trois types : Système autonome : application se rapprochant du chargeur solaire étudié. Le module solaire charge une batterie. L’énergie est alors utilisée en interne à convenance. Au fil du soleil : pas de stockage d’énergie, l’énergie est directement utilisée par un récepteur. Connecté au réseau : l’énergie fournie par le module solaire est restituée sur le réseau EDF moyennant une rétribution. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Applications industrielles (suite) système autonome Chargeur solaire Applications industrielles (suite) système autonome Fonction : Emmagasiner suffisamment d’énergie électrique dans une ou des batteries à l’aide de modules solaires pour alimenter des récepteurs électriques. La charge et la décharge des batteries sont contrôlées par un régulateur de charge. Plusieurs types de tension sont disponibles pour les récepteurs grâce à l’utilisation d’onduleur. On utilise des systèmes autonomes pour électrifier des maisons trop éloigner du réseau public, des paramètres, stations météo autoroutière. Toit de station service en panneaux solaires ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Applications industrielles (suite) Fil du soleil Chargeur solaire Applications industrielles (suite) Fil du soleil Fonction : Produire de l’énergie électrique directement utilisée par un récepteur. Il n’y a pas de stockage d’énergie, donc le récepteur n’est capable de fonctionner que la journée. Les applications sont destinées essentiellement au stockage d’eau, de production d’eau chaude ou de ventilation. Ce type d’installation peut alimenter des récepteurs en courant continu ou alternatif en utilisant un onduleur. Station de pompage d’eau ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Applications industrielles (suite) Connecté au réseau Chargeur solaire Applications industrielles (suite) Connecté au réseau Fonction : Produire de l’énergie électrique et la redistribuer sur le réseau électrique EDF. Une partie de cette énergie peut être parfois utilisée pour alimenter un récepteur ou pour pallier une panne de distribution du réseau public. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Les panneaux photovoltaïques Chargeur solaire Les panneaux photovoltaïques Fonction : Transformer l’énergie solaire en énergie électrique (courant continu). Le chargeur solaire est livré avec deux modules photovoltaïques de technologie différente : Un module solaire dit « amorphe » plus grand et plus foncé. Un module solaire dit « Mono-cristallin » plus brillant et plus petit. Chacun des deux modules fournit une tension de 12 Vcc. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Les panneaux photovoltaïques Mise en situation Chargeur solaire Les panneaux photovoltaïques Mise en situation Les panneaux peuvent être utilisé : Au sol ; En toiture ; En façade. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Les panneaux photovoltaïques (suite) Chargeur solaire Les panneaux photovoltaïques (suite) Le choix de l’un ou de l’autre des modules solaires pour charger la batterie se fait par l’intermédiaire du sélecteur 3 positions. Les fiches 4mm X1.1 et X1.2 servent à mesurer la tension de charge du module sélectionné à l’aide d’un voltmètre. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

ERM automatismes industriels 84973 Carpentras Chargeur solaire Mesures des courants Mesures : Des boucles de courant sont présentes sur la face avant et utilisable avec une pince ampéremètrique DC True RMS pour les mesures de courants des panneaux, de charge ou décharge de la batterie et de consommation des charges. (Les indications du module de régulation étant peu précises) ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Les panneaux photovoltaïques (suite) Chargeur solaire Les panneaux photovoltaïques (suite) L’orientation du panneau solaire définit sa capacité à produire de l’énergie électrique. Pour faciliter et optimiser la production d’électricité, un réglage d’orientation et d’inclinaison est possible. Maintien du module pendant la manipulation ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

ERM automatismes industriels 84973 Carpentras Chargeur solaire Régulateur de charge Fonction : Protéger les éléments environnants de court-circuits et de dysfonctionnement. Afficher toutes les caractéristiques électriques (tension, courant, état de charge ou de décharge) des éléments en présence. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

ERM automatismes industriels 84973 Carpentras Chargeur solaire Batterie de charge Fonction : Emmagasiner l’énergie électrique fournie par les modules solaires ou par un chargeur électrique puis la restituer pour alimenter une ampoule, le tout par l’intermédiaire du régulateur de charge. Cette batterie est étanche et fonctionne en 12Volts pour une capacité de 13,2 Ah. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Batterie de charge (suite) Chargeur solaire Batterie de charge (suite) Module solaire Mode de charge. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Batterie de charge (suite) Chargeur solaire Batterie de charge (suite) Module solaire Mode de décharge. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

ERM automatismes industriels 84973 Carpentras Chargeur solaire Onduleur Fonction : Transformer l’énergie électrique 12Volts courant continu en courant électrique alternatif 230 Volts. Cet élément est nécessaire chaque fois que l’installation solaire doit alimenter des actionneurs fonctionnant en courant alternatif. 12 Vcc 230 Vca ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

ERM automatismes industriels 84973 Carpentras Chargeur solaire Chargeur de batterie Fonction : Transformer l’énergie du secteur (230 Vca) en courant continu (12 Vcc, 2,3 A) de façon à charger la batterie. Cet élément est nécessaire chaque fois que l’énergie solaire est insuffisante pour charger correctement la batterie. C’est une source d’appoint supplémentaire à n’utiliser que ponctuellement. ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

ERM automatismes industriels 84973 Carpentras Chargeur solaire Lampes Fonction : Consommer de l’énergie sous forme de courant continu ou de courant alternatif. L’ampoule 12Vcc est alimentée en direct par le régulateur de charge alors que celle en 230 Vca nécessite la présence d’un onduleur. Ampoule 12Vcc Ampoule 230Vca ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Cellule d’ensoleillement Chargeur solaire Cellule d’ensoleillement Fonction : Fournir une image de la puissance solaire reçu par le module solaire. La cellule d’ensoleillement est directement reliée à un voltmètre digital. Pour information une tension de 70mV représente 1000 Wc/m2 ERM automatismes industriels 84973 Carpentras

Disjoncteurs et interrupteurs Chargeur solaire Disjoncteurs et interrupteurs Fonction : Protéger et mettre en service les différents éléments électriques présents sur l’installation (voir F2.3 du dossier technique pour les attributions). ERM automatismes industriels 84973 Carpentras