Projet technique : Tournesol

La Salle Avignon

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Présentation du projet

On a besoin d’une alimentation électrique fiable pour alimenter leséquipements nécessaires mais la présence d’un réseau électriquefonctionnel n’est pas toujours assurée dans les situations suivantes :

installations isolées hors-réseau (phares, hôpitaux de campagne, ...)

évènements organisés en extérieur

Les directives européennes et nationales encouragent fortement la créationd’unités locales de production d’énergies renouvelables et le solaire faitpartie de ces énergies remises récemment au goût du jour.Mais le solaire est un secteur qui reste onéreux ce qui le défavorise face àla concurrence d’autres énergies.Il ressort l’importance d’améliorer le rendement des installations solaires.Celui-ci peut être augmenté en optimisant l’angle d’éclairement dupanneau en fonction de la position du soleil.

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Objectif

Il s’agit donc de réaliser un programme complet qui assure lefonctionnement autonome d’une installation photovoltaïque motoriséepermettant d’optimiser la récolte d’énergie.

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Fonctions du système

Le système doit :

orienter efficacement les panneaux solaires photovoltaïques en toutesécurité pour optimiser la récolte d’énergie

assurer la régulation de l’énergie et le contrôle sécurisé de la chargedes batteries

récupérer les informations de l’ensemble de l’installation et les stocker

signaler et journaliser les alarmes

communiquer avec l’utilisateur via un mini-écran tactile

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Missions du système

Le système Tournesol doit remplir les missions suivantes pour exploiterl’installation :

transformer l’énergie solaire produite par les panneauxphotovoltaïques en énergie électrique

réguler l’énergie qui est réalisée par le régulateur de charge quiprotège les batteries contre les risques de surcharge et les déchargesau-dessous du seuil minimum (décharge profonde)

stocker l’énergie qui est réalisée par le parc de stockage constirué debatteries. Le parc de stockage permet de déphaser la production et laconsommation de l’énergie et de palier aussi à des pointes depuissance ponctuelles

distribuer et protéger

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Architecture matérielleLa station de production d’énergie électrique est composée de panneauxphotovoltaïques motorisés et des équipements nécessaires au stockage et àla régulation de l’énergie :

Suiveur solaire 2 axes SAT CONTROL équipé de deux panneaux80W-12V mono-cristallin2 x Batteries 12V VRLA VITRON ENERGY AGMRégulateur de charge PHOCOS pour kits solaires de 80Wc à 720Wc12V/24VSystème de commande de positionnement 2 axes POZSOL avecinterface USBune station météo CV-7 (Anémomètre / Girouette / Thermomètre /Capteur de luminosité) sur bus NMEA183 RS422un capteur de positionnement solaire BH1750 (I2C)un nano ordinateur Raspberry Pi sur lequel est relié un mini-écrantactile 7 pouces HDMI

Le convertisseur 24V / 220V n’est pas intégré dans ce projet.

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Les batteriestv (La Salle Avignon) Projet technique : Tournesol « 2015 v0.1 10 / 22

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L’application embarquéeL’application embarquée doit donc assurer :

le fonctionnement en mode manuel ou automatique

la commande du positionnement des panneaux solaires en toutesécurité

le pilotage du régulateur de charge

le paramétrage des consignes de protection contre le vent

l’acquisition des données des modules (suiveur solaire, régulateur decharge et station météo)

la surveillance des différents modules

la visualisation des états, des données et des alarmes sur mini-écrantactile

l’archivage des états, des données et des alarmes dans une base dedonnées

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Cas d’utilisation

L’utilisation du système Tournesol permet de distinguer deux modesd’exploitation :

« manuel » : l’exploitant peut commander l’orientation des panneauxlibrement

« automatique » : lorsque l’exploitant active ce mode defonctionnement, les panneaux photovoltaïques sont orientésautomatiquement en respectant un des deux modes de suivi : soit parasservissement de la position du soleil soit par un positionnementastronomique temporel

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Diagramme des cas d’utilisation

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Architecture logicielle

L’architecture du logiciel est « orientée objet » et multitâche. Elles’articule autour de 5 classes actives (thread) préfixées par un ’T’ :

la classe TAcquitionSuiveur réalise l’acquition des données dusystème de positionnement

la classe TAcquisitionRegulateur contrôle l’acquisition desdonnées du régulateur de charge

la classe TAcquisitionMeteo assure l’acquisition des données enprovenance de la station météo

la classe TAsservissementSuiveur assure le suivi automatique parla détection de la position du soleil de la classe CapteurSolaire

la classe TProtectionVent permet la protection contre les ventsviolents

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Classes principalesLes autres classes principales sont :

la classe IHMTournesol qui a la responsabilité de gérer l’interfaceutilisateur et de contrôler les autres classes. Elle est “exécutée” dansle thread principal GUI (Graphical User Interface).la classe SuiveurSolaire qui a la responsabilité de la communicationavec le système suiveur solaire en utilisant la classe Port

la classe Regulateur qui a la responsabilité de la communicationavec le régulateur de charge en utilisant la classe Port

la classe StationMeteo qui a la responsabilité de la communicationavec les capteurs météo, la classe CV7 en utilisant la classe Port et laclasse CapteurLuminosite en utilisant la classe BusI2C

la classe BaseDeDonnees qui offre autres classes de l’application lesservices d’accès à la base de données MySQL. Elle permet d’exécuterdes requêtes SQL de sélection (SELECT), d’insertion (INSERT), demodification (UPDATE) et de suppression (DELETE)d’enregistrement(s).tv (La Salle Avignon) Projet technique : Tournesol « 2015 v0.1 16 / 22

Diagramme de classes

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Base de donnéesLes informations de l’application sont stockées dans une base de donnéesMySQL « Tournesol ». Elle contient les tables suivantes :

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Diagramme de déploiement

Le système est construit autour d’un nano ordinateur Raspberry Pi(processeur ARM à 700MHz / 512MO RAM / carte SD 4GO) sur lequelest installé le système d’exploitation Raspbian (Linux) avec un serveur debase de données (MySQL). Il intègre l’application « tournesol ».

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Écran d’accueil

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Écran spécifique au suiveur solaire

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Écran spécifique au régulateur de charge

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