TP N10 : PRODUCTION ET STOCKAGE D’NERGIE (1) ?? d’analyser le stockage de l’nergie lectrique...

download TP N10 : PRODUCTION ET STOCKAGE D’NERGIE (1) ?? d’analyser le stockage de l’nergie lectrique dans une batterie d’accumulateurs au plomb. 1. BALISE MARITIME 1.1. FONCTIONNEMENT

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  • TP N10 : PRODUCTION ET STOCKAGE DNERGIE (1) ETT 2.1.1

    ETT 2.1.1 ORGANISATION FONCTIONNELLE DUNE CHAINE DNERGIE page 1 / 6

    Centres d'intrt abords nergie

    Niveau danalyse Comportemental

    Objectifs pdagogiques 2.1.1 Organisation fonctionnelle dune chane dnergie Connaissances Production et stockage de lnergie lectrique

    Activits (4 H) Simuler la production dnergie par panneau solaire et le stockage par une batterie

    Ressources documentaires Cours : nergies (chap. 10)

    Ressources matrielles Ordinateur avec logiciel PSIM Ce TP porte sur le systme balise maritime. Il met en uvre la simulation dun panneau solaire et dune batterie daccumulateurs laide du logiciel PSIM. Il a pour objectif :

    danalyser la production locale dnergie par un panneau solaire ; danalyser le stockage de lnergie lectrique dans une batterie daccumulateurs au plomb.

    1. BALISE MARITIME 1.1. FONCTIONNEMENT La balise maritime est situe l'entre du port de plaisance de la Grande Motte. Cet difice est quip son sommet d'un systme d'clairage qui sert guider les bateaux dans la nuit et faciliter leur accs au port. Le signal lumineux mis par la balise est intermittent et possde un rythme propre qui permet de l'identifier. Le rythme de la balise est donn par la rpartition des temps de lumire (L) et dobscurit (O) : Dure du cycle : T = 6 secondes (L= 1s, O= 1s, L= 1s, O= 3s). Le fonctionnement de la balise est automatis : la lampe s'allume automatiquement la tombe de la nuit. La balise est dote d'une alimentation lectrique autonome assure par une batterie d'accumulateurs recharge par un panneau solaire photovoltaque.

    1.2. DESCRIPTION DE LA CHAINE DNERGIE

    2. MESURE DES PERFORMANCES DU PANNEAU SOLAIRE BP MSX 60 2.1. DFINITION DE LCLAIREMENT NERGTIQUE Le panneau solaire est constitu de cellules photovoltaques qui convertissent lclairement nergtique du soleil en courant continu. Lclairement nergtique est la puissance du rayonnement solaire reue sur terre sur une surface de 1 mtre carr. Il sexprime en W/m2.

    Les fabricants de panneaux solaires spcifient les performances de leurs panneaux dans les conditions standard de qualification suivantes :

    clairement nergtique S = 1000 W/m2 ; inclinaison du panneau 45 ; temprature 25 C.

    T = 6s

    Rythme (L)

    (O)

    t

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    2.2. MESURE DU COURANT PRODUIT EN FONCTION DE LCLAIREMENT NERGTIQUE

    On utilise le logiciel PSIM pour simuler le fonctionnement du panneau solaire. Vous disposez du document daide lutilisation du logiciel PSIM dans le fichier Notice utilisation PSIM.pdf.

    Avec le logiciel PSIM, ouvrez le fichier nomm panneau solaire 1.psimsch prsent dans le rpertoire : documents en consultation du lecteur de la classe. Complter le schma en plaant un ampremtre pour mesurer le courant de court-circuit Isc produit par le panneau solaire.

    Simuler le fonctionnement en appuyant sur la touche F8. Mesurer la valeur du courant Isc lorsque lclairement nergtique S vaut 1000 W/m2. Reprendre la simulation pour les diffrentes valeurs de lclairement nergtique. Reporter les valeurs mesures dans le tableau.

    S (en W/m2) 200 400 600 800 1000

    Isc (en A)

    Tracer la caractristique Isc = f(S), courant de court-circuit en fonction de lclairement nergtique : Commenter lallure de la caractristique : ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________

    Relever dans la documentation technique (fichier BP MSX 60.pdf) la valeur du courant Isc lorsque lclairement nergtique S vaut 1000 W/m2. Comparer cette valeur celle obtenue par simulation : ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 2.3. MESURE DE LA PUISSANCE LECTRIQUE PRODUITE PAR LE PANNEAU

    EN FONCTION DE LA TEMPRATURE On place une charge (rsistance R1 variable) la sortie du panneau solaire pour utiliser la puissance produite par le panneau solaire dans les conditions standard de fonctionnement. Placer sur le schma les appareils, voltmtre et ampremtre, pour mesurer la tension et le courant produits par le panneau.

    Avec le logiciel PSIM, ouvrez le fichier nomm panneau solaire 2.psimsch. Complter le schma en plaant les sondes de tension (voltage probe) et de courant (current probe). Double-cliquer sur les sondes pour les nommer Vp et Ip. Simuler le fonctionnement en appuyant sur la touche F8. Afficher la courbe de la puissance lectrique P produite par le panneau en multipliant les courbes : tension et courant. Mesurer la puissance maximale Pmax produite par le panneau lorsque la temprature T est de 25C. Reprendre la simulation pour les diffrentes valeurs de la temprature. Reporter les valeurs mesures dans le tableau.

    T (en C) 0 25 50

    P (en W)

    Commenter lvolution de la puissance produite en fonction de la temprature : ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________

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    Relever dans la documentation technique la valeur de la puissance maximale produite par le panneau. Pour quelle temprature est-elle dfinie ? ___________________________________________________________________________________ 2.4. CALCUL DU RENDEMENT DU PANNEAU SOLAIRE 2.4.1. DFINITION

    Le rendement du panneau solaire est donn par la formule :

    Relever dans la documentation technique les dimensions du panneau solaire. Calculer la surface du panneau solaire : ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________

    Calculer le rendement du panneau solaire : ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________

    2.5. ASSOCIATION DE PANNEAUX SOLAIRES On veut raliser un montage constitu de deux panneaux solaires pour produire un courant continu denviron 8 ampres dans les conditions standard de fonctionnement. Avec le logiciel PSIM, ouvrez le fichier nomm association panneaux.psimsch. Cbler les panneaux pour produire le courant voulu. Complter le schma en plaant un ampremtre pour mesurer le courant de court-circuit Isc produit par le panneau solaire. Vrifier le fonctionnement par simulation. Reproduire le schma ralis

    FAIRE VRIFIER LA SIMULATION PAR LE PROFESSEUR.

    Indiquer le mode dassociation utilis pour les panneaux solaires (srie ou drivation) : ______________________________________________________

    3. DIMENSIONNEMENT DU PANNEAU SOLAIRE DE LA BALISE MARITIME

    On veut dterminer la puissance Pnom du panneau solaire installer pour assurer le fonctionnement autonome de la balise. On procde au calcul de dimensionnement pour la priode hivernale o la dure densoleillement est la plus faible et o la consommation nergtique du systme est la plus importante. On donne la formule gnrale qui permet de calculer la puissance du panneau solaire en fonction du besoin quotidien en nergie et du lieu d'installation :

    Pnom (W) =

    On considrera que la consommation en nergie de la balise est essentiellement due la puissance de la lampe pendant les heures de la nuit Sachant que la lampe de la balise a une puissance de 40W, calculer Wdec l'nergie consomme par la balise pendant une nuit d'hiver (15 heures environ) : Attention : il faut tenir compte du rythme de la balise ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Compte tenu du rendement nergtique (80%) de la batterie, calculer l'nergie Wch fournir quotidiennement la batterie pour assurer sa recharge : ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Le rendement nergtique est le rapport entre lnergie Wdec restitue par la batterie lors de la dcharge et lnergie Wch reue lors de la charge :

    La carte de la page suivante donne la mesure de lclairement nergtique solaire quotidien reu au niveau du sol en kWh/m (moyenne au mois de janvier). La localisation de la balise (port de la Grande Motte) est matrialise par un rond noir. Dterminer lclairement nergtique reu chaque jour par le panneau solaire : ___________________________________________________________________________________ A l'aide des rsultats prcdents, calculer la puissance Pnom du panneau solaire utiliser pour alimenter la balise : ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________

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    ETT 2.1.1 ORGANISATION FONCTIONNELLE DUNE CHAINE DNERGIE page 4 / 6

    4. STOCKAGE DE LNERGIE LECTRIQUE PRODUITE PAR LE

    PANNEAU SOLAIRE 4.1. DIMENSIONNEMENT ET CHOIX DE LA BATTERIE DACCUMULATEURS Le dcalage entre la production dlectricit (le jour) et son utilisation (la nuit) impose dutiliser une batterie daccumulateurs pour stocker lnergie produite par le panneau solaire. Pour des raisons de scurit, l'autonomie de la balise do