PPE Paneaux solaires

[invitee968005f]

Bonjour,
Je suis élève en Terminale SSI et je fais partie d'un groupe de 4 élèves avec lequels je travaille en PPE sur les Panneaux solaires. Plus exactement, nous avons une lampe de camping (batterie qui se recharge en 12V), et nous devons créer un "chargeur solaire" pour recharger la batterie à partir du soleil.
Ma partie se porte plus sur l'étude du panneau solaire, mais n'étant pas une experte dans ce domaine, je rencontre quelques problèmes.
Comment d'abbord étudier la Puissance d'un panneau solaire ?
On me parle de courant de court-circuit, de tension de circuit ouvert, et de puissance crête, et je me mélange les pinceaux :S.
Puis-je avoir de l'aide?

Merci beaucoup.
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[Antoane]

Bonjour et bienvenu sur Futura,
Tu choisis un panneau solaire en fonction de la quantité d'énergie dont tu as besoin. Supposons que tu souhaites alimenter une lampe de 10W pendant 5h par jour, avec un panneau que tu considères comme pouvant charger la batterie pendant 1h/jour. Dans ce cas assez d'énergie pour alimenter la lampe pendant 5h, c'est à dire E=P.t=50W.h, et ce pendant 1h, soit P=E/t=50/1=50W. Il faut un panneau de 50W.
Sachant que la puissance donnée par le vendeur n'est jamais atteinte (sauf dans le monde des bisounours), il faut un panneau de 100W.

- courant de court-circuit : courant max débité par le panneau solaire lorsque qu'il est mis en cours-circuit.
- tension en circuit ouvert : tension max que peut sortir le panneau lorsque qu'aucune charge n'est connectée à ses bornes.
Dans ces 2 cas, la puissance récupérée est nulle : P=UI, or, dans le premier cas : U=0 (court-circuit), et dans le second : I=0 (circuit ouvert <=> résistance infinie).
Pour un ensoleillement donné, la puissance maximale sera donc récupérable pour un couple (U,I) "fixé par le panneau", tu ne peux le choisir.

[invitee968005f]

Bonjour antoane,
Tout d’abord merci d’avoir pris du temps pour m’aider, car je suis perdue. :S
Mon problème est que je ne veux pas recharger directement la lampe. En fait, mon PPE consiste à recharger une batterie (A l’intérieur de la lampe), en remplacent le fil qui mène à l’allume cigare, ou le fil qui mène à la prise secteur, par un fil qui mènerait au panneau solaire.
Je n’ai pas de panneau solaire, ni de régulateur, je n’ai que la batterie à recharger.
J’essai donc de comprendre en fonction de quoi varie la puissance des panneaux solaires pour pouvoir ensuite :
- Faire un lien entre la tension qu’il faut a la batterie pour la recharger (12v) ET la puissance que le panneau solaire doit fournir.
- Puis faire un lien entre la puissance la puissance que le panneau solaire doit fournir ET le dimensionnement du panneau.

Encore merci de ton aide.

[Antoane]

Mon problème est que je ne veux pas recharger directement la lampe. En fait, mon PPE consiste à recharger une batterie (A l’intérieur de la lampe), en remplacent le fil qui mène à l’allume cigare, ou le fil qui mène à la prise secteur, par un fil qui mènerait au panneau solaire.

j'avais saisi : sans baterie, pas la peine d'essayer de faire s'éclairer pendant 5h une lampe si tu n'as de soleil que pendant 1h !

Essai d'être logique (non : je ne ferai pas de plaisanterie sexiste -vous êtes trop peu nombreuses sur le forum- , mais j'y pense ): de quoi peut-bien dépendre la puissance fournie par un panneau solaire ?

- Faire un lien entre la tension qu’il faut a la batterie pour la recharger (12v) ET la puissance que le panneau solaire doit fournir.

C'est sans doute un détail, mais une batterie au plomb de 12V, quand elle est completement chargée, fait 14,8V.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee968005f]

Ce que je voulais dire pas là, c’est que la puissance de la lampe nous est égal (La lampe ne peut pas fonctionner lorsqu’elle est en charge)… on veut juste recharger la batterie avec du 12V. :$
Puis-je utiliser alors la capacité de la batterie et la tension (12v) qu’il faut à la batterie pour être chargée, pour déterminer la quantité d’énergie ? : E = 4.5Ah x 12V = 54Wh

alimenter une lampe de 10W pendant 5h par jour, avec un panneau que tu considères comme pouvant charger la batterie pendant 1h/jour.

Mais je n'ai aucun panneau solaire, comment alors pourrais-je estimer qu’il charge la batterie pendant 1h/jour ?

[Antoane]

Ce que je voulais dire pas là, c’est que la puissance de la lampe nous est égal (La lampe ne peut pas fonctionner lorsqu’elle est en charge)… on veut juste recharger la batterie avec du 12V.

Ok.

Puis-je utiliser alors la capacité de la batterie et la tension (12v) qu’il faut à la batterie pour être chargée, pour déterminer la quantité d’énergie ? : E = 4.5Ah x 12V = 54Wh

C'est ça.
Néanmoins, pour ne pas abimer la batterie, il est déconseillé de la vider de plus de la moitié de sa capacité. Il faut donc lui fournir 27Wh à chaque cycle de charge.
Encore un détail : la charge (dans la batterie) n'a pas un rendement de 1, il Faudra donc que ton panneau fournisse une énergie d'environ 1,3*27Wh.
Ajoute à ceci le rendement du circuit de charge (entre 50% et 97% selon la complexité) et tu seras proche du résultat final.

Mais je n'ai aucun panneau solaire, comment alors pourrais-je estimer qu’il charge la batterie pendant 1h/jour ?

Il faut connaitre pendant combien de temps par jour le soleil est suffisamment disponible pour travailler à la charge, ou bien (selon le cahier des charges) en combien de temps la batterie doit être chargée.
Quatre méthodes :
- déclarer péremptoirement qu'il y a n heures de soleil par jour d'accessibles;
- faire des essais ;
- méthode pifométrique (méthode assez proche de la première encore qu'un peu plus poussée) ;
- faire des recherches.

[invitee968005f]

Bonjour,

[QUOTE=Antoane;3531272]Néanmoins, pour ne pas abimer la batterie, il est déconseillé de la vider de plus de la moitié de sa capacité. Il faut donc lui fournir 27Wh à chaque cycle de charge.
QUOTE]
Pourrais-je avoir quelques informations supplémentaires à ce sujet ? Je ne comprends pas très bien se qi se passe concrètement…
La quantité d’énergie calculée représente la quantité d’énergie que demande la batterie ou celle que va fournir le panneau ? Ou est-ce la même ?

Merci beaucoup

[Tilleul]

Ca vient de la réaction de la décharge de la batterie plomb, physiquement les électrodes vont se recouvrir d'un dépot plus lourd au moment de la décharge et plus on décharge la batterie, plus il y a risque qu'une partie de l'électrode se casse emporté par son propre poids.

Si ta lampe nécessite 30 kWh il te faut une batterie capable de stocker 60 kWh pour ne pas l'endommager.

On ne retrouvera pas ce problème sur une batterie litium par contre.

Un point important pour trouver le panneau solaire adéquat : c'est la tension de la batterie qui va décider quel panneau tu choisis.

Illustration d'un mauvais choix de panneau:

Si ta batterie a une tension de charge qui varie entre 12 V et 14 V et que tu utilises ce panneau :

http://www.fonroche.fr/images/storie...P_nov_2010.pdf

tu pourras voir sur la courbe intensité tension qu'à 12 V et un élairement de 1000 W/m² le panneau va délivrer un peu plus de 8 A soit une puissance de sortie de 8 [A] * 12 [V] = 96 W

Si par contre tu lui mets une tension de 28 V il va te sortir 7,7 A soit plus de 200 W : deux fois plus d'énergie récupérable !


(à savoir dans cette courbe : quand on diminue l'éclairement on diminue l'intensité dans la même proportion mais la tension reste du même ordre)

Dans les grandes installation on utilise un circuit électronique pour faire varier la tension en sortie des panneaux pour trouver la tension la plus intéressante qui permet d'extraire le plus de puissance (MPP tracker), pour une utilisation comme vous souhaitez le faire il est plus simple de trouver des panneaux qui fonctionnent bien avec le niveau de tension de votre batterie ou adapter la configuration de vos batterie au niveau de tension nominale du panneau (en en branchant deux ou trois en séries par exemple).

Le plus simple : tu peux prendre une batterie et fait un cycle de charge et de décharge complet en regardant l'effet sur la tension et ensuite comparer ça avec les datasheets de différents panneaux. La tension nominale d'utilisation est marquée VMPP : Voltage at the Maximum Power Point. Par exemple pour une batterie de 12 V soit vous trouver un panneau avec un VMPP entre 12 et 14V, soit vous trouvez un module avec un VMPP de 24-26 en mettant deux batteries en séries.

[invitee968005f]

Je ne comprends pas alors pouquoi 27Wh et pas 108...
Le panneau va fournir 54Wh à la batterie car c'est la quantité d'energie qu'elle demande pour alimenter la lampe. Ensuite, elle va consomer tout se qu'elle a chargé. Il faut donc lui fournir 2 fois plus en quantité d'energie pour qu'elle se décharge qu'à moitié puisqu'elle ne consomera toujours que 54Wh, non ?

[Tilleul]

Exact.

Evidemment tout dépend de ce que tu veux et de ce que tu as en matériel, si t'as le choix de ta batterie et de ton panneaux et ce qui t'intéresse c'est de faire marcher la lumière un certain nombres d'heures tu passe à 108 Wh... par contre si t'as juste le choix d'une batterie qui a 54Wh on fera marcher la lumière moitié moins longtemps que prévue...

[invitee968005f]

Cependant, la batterie ne peut pas encaisser une infinité de Wh non ? Il doit y avoir une limite non ?

[Antoane]

Prend celle-ci par exemple : http://www.piecesetpneus.com/F-1001-...-formula-fb621
Capacité : 62Ah
tension : 12V
soit : 12*62=740Wh stockés au maximum.

[invitee968005f]

Bonjour Antoane,

Après avoir fait beaucoup de recherche sur le sujet, notre projet avance à petit pas…
Je pense avoir trouvé la puissance crête du panneau, peux-tu me dire si d’après toi elle convient ou pas… ? …car je n’ai pas vraiment d’ordre de grandeur dans la tête et je suis incapable de dire si ce que j’ai trouvé est cohérent ou pas pour une batterie 12V.

1) Calcul du besoin journalier (E) :
E = C x U x 0,7 x 1,3 = 54,6 Wh

Avec :
C : capacité batterie : 5Ah
U : Tension de charge 12V
0,7 : Profondeur de charge
1,3 : car la batterie n’a pas un rendement de 1 etc […]

2) Calcul de Ne
Avec Ne : « nombre d’heures équivalentes », soit le nombre d’heure ou nous avons un ensoleillement de 1000 W/m²
Ne = Esol / 1000
Pour bordeaux : 3630 / 1000 = 3,63 h (3,63 kW/m² étant une moyenne à l’année)

Avec :
Esol : IGP de la région

3) Calcul de la puissance crête
Pc = E / Ne = 54,6 / 3,63 = 15Wc


J’ai donc une puissance crête de 15Wc, il me faudra donc un panneau de 15Wc, 12V.

Question n°1 : La puissance qui sera délivrée du panneau dépendra de l’ensoleillement et donc le temps de charge dépendra aussi de l’ensoleillement. Est-ce vrai ?

Question n°2 : Pour calculer le temps de charge, j’ai vu qu’il fallait multiplier par un coefficient de 1,2. Pourquoi ce nombre ?

Question n°3 : Mon temps de charge pour un panneau de 15Wc correspond à peu prés à 7h avec un ensoleillement de 3,63 kW/m². Comment peut-on réduire ce temps de charge ?? (en restant avec des cellules amorphe)

Merci beaucoup de ton aide.