Transcript Présentation PowerPoint - ERM Automatismes Industriels

Kit photovoltaïque
Kit COMMUNICANT pour études et projets autour de la production d’énergie solaire photovoltaïque
Kit photovoltaïque en un clin d’œil
Sections
Electrotechnique , Energétique
Points Forts & Activités Clés :
Support de projet élèves autour du solaire photovoltaïque (ex:
Conception d’un système autonome en énergie) fourni avec un exemple
de scénario pédagogique
Panneaux solaires à inclinaison réglable mobiles ou pouvant être fixés au
sol ou sur un mur
Suivi des données de fonctionnement de l’installation
Logiciel de dimensionnement d’installation photovoltaïque
Étude des technologies de panneaux solaires, des technologies de
stockage (Régulateur et Batteries solaires) et distribution TBT et 230V
(Onduleur)
Étude du rendement énergétique et de l’impact de l’inclinaison sur le
rendement
Activités de mesurage, réalisation (Câblage et raccordement), bilans
énergétiques, dimensionnement et justification de composants,
communication, analyses technico-économiques…
Multiples possibilités d’acquisition de mesure pour diagnostic (Tensions,
Intensités, Températures, Intensité lumineuse…)
Ajout possible d’une éolienne 400W pour compléter les activités liées aux
énergies renouvelables
Evolution possible vers une structure de communication à distance, nous
consulter.
Composants Particuliers
2 panneaux photovoltaïques monocristallins en 90Wc avec sonde
d’ensoleillement
1 ensemble d’alimentation électrique comprenant notamment:
• 1 automate de gestion avec affichage digital pour lecture de données
ayant aussi pour fonction l’acquisition de données
• 1 onduleur 12V / 230V 200W
• 1 batterie gel étanche 12V 75Ah avec sonde de température et coffre
étanche
Logiciel d’acquisition et traitement des données sur PC
Description fonctionnelle
Références :
CH15: Kit photovoltaïque (Composants photovoltaïques seulement: 2
modules 90Wc et support métallique, Onduleur, Automate de gestion,
Logiciel, Batterie avec et coffre, Relais mercure, Shunts et Câbles)
CH15-CH16: Kit photovoltaïque (Tous composants - Ensemble avec
armoire non câblé)
CH15-CH16-CH17: Kit photovoltaïque (Tous composants - Ensemble
câblé)
CH18: Option Chargeur de batterie pour simulation d’une source
électrique auxiliaire
CH19: Kit éclairage TBT et 230V
EO11: Option Eolienne 400W 12V
EO12: Mât pour éolienne
EO13: Support mural pour éolienne
Caractéristiques
Architecture du système
Alimentation électrique : 230 V pour l’alimentation du chargeur
Dimensions de la structure: L x l x H : 1500 mm x 540 mm x 1280 mm
Masse : 110 Kg
Ce produit a été dimensionné pour permettre l’étude de la production
d’électricité par énergie solaire photovoltaïque et de son stockage.
Il met en œuvre une chaîne complète de production, stockage et
distribution d’énergie électrique photovoltaïque.
Son caractère modulaire en fait un support idéal pour la réalisation de
projets élèves autour du photovoltaïque
Exemples de scénarios d’utilisation
Alimentation autonome d’une antenne de télécommunication
Alimentation autonome d’un camping car, voilier…
Sous-ensemble Panneaux solaires
Il permet de convertir l’énergie solaire en énergie électrique.
Il est destiné à une utilisation externe et est principalement constitué de :
• Un châssis monté sur 4 roulettes supportant un ensemble de 2
panneaux solaires (12V - 90Wc – 16.8% de rendement)
• Une cellule de mesure de l’ensoleillement
Un câble de liaison entre les panneaux et le coffret de commande
Plus d’informations sur www.erm-automatismes.com
1/8
MàJ: 20130902
Architecture du système (suite)
PC local
Capteur luminosité
Alimentation
photovoltaïque (Dans
CH15, CH16 et CH17)
AUTOMATE DE
GESTION,
COMMUNICATION
TBT ( cc)
230V
BATTERIE
Capteur
température
CHARGEUR
230V
EDF
ONDULEUR
Protection 10A
Distribution sur bornier
Protection 6A avec
différentiel 30mA
Distribution sur bornier
Protection et Distribution
électrique (Dans CH16 et
CH17)
Option Chargeur
(Dans CH18)
Sous-ensemble Eolienne 12V 400W (Option)
Il permet de convertir l’énergie du vent en énergie électrique. La
production électrique est assurée par un alternateur qui produit du
courant électrique, un alternateur et un régulateur permettent de
transformer cette production en courant continu
Il est destiné à une utilisation externe et est principalement constitué
d’une éolienne 400W 12V (Diamètre 1.15m) sur mât ayant les
caractéristiques suivantes:
• Régulateur de charge interne avec réglage externe pour tous types
de batteries
• Pales en carbone à pas variable par déformation suivant la force du
vent
• Alternateur sans balai à aimant permanent
• Contrôle électronique de la tension
Ce sous ensemble est raccordé à l’armoire du kit photovoltaïque
Deux types d’installation proposés
Fixation de l’éolienne sur un mur vertical
(10 m de câble fournis) : Réf EO13
Une notice d’installation est
fournie avec le système
Fixation de l’éolienne sur un mat haubané
de 8,8m (20 m de câble fournis): Réf EO12
2/8
Architecture du système (suite)
Diamètre du rotor
1.15 m
Poids
5.85 Kg
Vitesse de démarrage
3.13 m/s
Tension
12 V
Puissance maximale
400 Watts à 12.5 m/s
Régulateur intégré
Vitesse de rotation et tension
Pales (3)
Fibre de carbone
Corps
Aluminium moulé de qualité aviation
Kwh/mois
38 kWh/mois à 5.4 m/s de moyenne
Vitesse du vent limite
177 Km/h (49.2 m/s)
Sous-ensemble Coffret électrique de gestion et
distribution
Il permet de gérer la production, distribuer et convertir l’énergie électrique.
Il est principalement constitué de :
• Une coffret électrique 1000 x 750 x 320 avec porte transparente
• Un onduleur 12V ↔ 230V, 200VA, 94% de rendement
• Un automate de gestion (Régulation de charge, acquisition et
communication de données) avec shunts et relais mercure
• Disjoncteurs, sectionneurs et relais de distribution électrique
• Un système de gestion des sécurités
• Un chargeur de batterie (En option) ayant deux rôles:
– Simuler l’utilisation d’une source auxiliaire (ex: groupe électrogène)
en complément des modules photovoltaïques
– Assurer la charge de la batterie en cas de non exposition prolongée
des panneaux
Caractéristiques
de l’éolienne
Sous-ensemble Stockage d’énergie
Il permet de stocker l’électricité produite par les panneaux photovoltaïques
Il est principalement constitué:
• D’une batterie gel étanche 12V, 75Ah
• D’un coffre d’implantation des batteries avec aérations
• D’une sonde de température
Principaux composants
Fonctions de l’automate de gestion
L’automate de gestion assure:
• La régulation de charge simple ou double (Charge normale ou charge
d’égalisation) et la compensation en température des seuils de
régulation de charge
• La limitation de décharge par délestage de récepteurs
• L’acquisition des données de production
– Tension batterie
– Courant entrant dans la batterie et
courant sortant de la batterie
– Courants DC production panneaux,
productible panneaux
– Courant DC production auxiliaire
– Courants DC consommation 1 et 2
– Température des batteries
– Ensoleillement (W/m²)
• Le traitement des données de production (Moyennes, sommes…)
• Le stockage des données de production (6 mois de valeurs horaires,
4 ans de valeurs journalières)
• La communication des données vers un ordinateur (Protocole USB)
et leur traitement avec le logiciel (Fourni) Phaesoft ou un modem
externe (Nous contacter pour cette configuration)
• L’automate possède un afficheur LCD 2 lignes de 16 caractères avec
défilement des mesures et de l’état du système
Fonctions du logiciel Phaesoft
Phaesoft est le complément logiciel de l’automate de gestion. Il permet de
récupérer les données stockées dans l’automate de gestion et d’en gérer
les fonctions (câble fourni).
Il est possible de contrôler en temps réel et à distance la configuration et
le bon fonctionnement des installations.
Il assure trois fonctions principales:
• Paramétrage de l’automate de gestion (Aussi possible avec le menu
déroulant de l’automate)
– Ajustement des paramètres de régulation (Seuils de tension,
Temporisation…)
• Visualisation, pilotage et contrôle des flux énergétiques de
l’installation en temps réel
• Récupération et mise en forme des données de production
– Connaissance des différentes alarmes
– Analyses automatiques mensuelles et annuelles des courbes des
tensions batteries minimales, moyennes et maximale
– Répartition de la production électrique entre panneaux et source
auxiliaire (ex: Groupe Electrogène)
– Bilan Consommation / Production comparé à la consommation
prévue lors du dimensionnement initial
L’ensemble des données peut être exporté vers Excel pour des
traitements complémentaires.
3/8
Principaux composants (suite)
Exemples de courbes récupérées sur l’automate de gestion et le logiciel Phaesoft
Graphique Production / Consommation
Graphique Balance Batterie
Lignes principales des nomenclatures
Module photovoltaïque monocristallin ET Solar 90Wc 12V
Structure métallique 3 positions 30, 45 et 60 degrés
Régulateur PN-GM 12V et bornier débrochable
Câble USB /jack PN-GM 2m
Sonde d’ensoleillement
Sonde température PT1000 5m
Logiciel Phaesoft
Accumulateur SB 12V 75Ah
Coffre batterie 70L
Onduleur Sinus AJ275 200W 12V
Shunt mono
Socle isolant Shunt mono
Varistance fusible
Relais mercure 35NC-12V
Coffret IP65 1000x750x320
Kit de support platine pour coffret
Inter-sectionneur bipolaire 40A de tête à déclenchement à distance
Auxiliaire de commande à émission de courant 12V DC
Coup de poing d’arrêt d’urgence
Disjoncteur Uni+Neutre 2A
Disjoncteur Uni+Neutre 10A
Disjoncteur Uni+Neutre 20A
Disjoncteur différentiel 6A 30mA
Relais de puissance 30A 12Vcc
Presse-étoupes plastiques, Ecrous, Etiquettes, Colliers, Manchons, Embouts, Câbles,
Fils, Support boutonnerie, Flasque d’extrémité, Equerres de blocage, Repères Rail
DIN, Goulotte, Vis, Lampes, Barre de terre…
Montage
Qté
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
1
1
1
2
1
1
CH15
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
Non
CH15-CH16
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
CH15-CH16-CH17
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
…
Non
Oui
Oui
…
Non
Non
Oui
4/8
Approche pédagogique
Activités pédagogiques envisagées
Dimensionnement & Bilans énergétiques
Analyse fonctionnelle
Dimensionnement d’une installation et évaluation de la production
d'énergie
• Tracé du masque solaire & Utilisation de données météo pour
déterminer le potentiel solaire
• Estimation des consommations électriques
• Détermination du champ photovoltaïque, des batteries, de l’onduleur
• Utilisation d’un logiciel de dimensionnement d’une installation
Vérification des données de dimensionnement de l'installation (Puissance
photovoltaïque, Sections de câbles, Puissance onduleur, Capacité des
batteries, Taille protections...)
Analyses économiques et environnementales
Analyses technico-économiques (Cas d'un particulier, d'une entreprise,
d'une collectivité...)
• Temps de retour sur investissement en fonction des subventions
• Comparaison d’un investissement photovoltaïque avec un
raccordement au réseau EDF
• Production d’électricité dans les pays en voie de développement
Analyses environnementales
• Emissions de CO2 évitées
• Problématique de la production décentralisée comparée à la
production centralisée (Pertes en ligne…)
Automate & Communication
Programmation et paramétrage de l’automate de gestion (ex:
Récupération et paramétrage des données de production)
Étude des problématiques de délestage
Etude et mise en place de l’architecture de communication suivant le
protocole choisi (Choix et Paramétrage du modem...)  (Nous consulter
pour le matériel adéquat)
Etude des protocoles de communication (RTC, Ethernet, Gsm, Satellite...)
Mise en service & Réalisation
Câblage du coffret électrique, raccordement des panneaux, des
batteries…
Mise en service de l’installation
Mise en place de l'acquisition de données d'ensoleillement et température
Mise en place d’un groupe électrogène (Réel ou simulé par un chargeur
de batterie)
Mesurage
Mesures et interprétation de données (Courant, Tension, Charges,
Températures, Ensoleillement)
• Détermination de l’inclinaison optimale
• Rendement global de l’installation, Rendement de l’onduleur
Maintenance
Diagnostic (Création de pannes: Couverture sur panneaux, Câble
déconnecté...)
Planification et organisation des interventions de maintenance (Vérification
des connexions, Nettoyage des panneaux, Surveillance des batteries...)
Changement d'un panneau défectueux
Travaux Pratiques proposés par ERM Automatismes
(Orientation Professionnelle)
TP1: Analyse et mise en service du système
Objectif: Effectuer la première mise en service afin de livrer l’installation au
client
Chronologie:
• Préparation de l’intervention de mise en service (Lecture du dossier
technique, Analyse fonctionnelle, Mode opératoire)
• Vérification sur site de la conformité de l’installation et de ses
fonctionnalités
• Paramétrage et mise en service du système
• Explication du fonctionnement de l’installation au client
• Etablissement du rapport de première mise en service
TP2: Maintenance préventive
Objectif: Remplacement d’un composant présentant un défaut de
fonctionnement, les batteries continuant à alimenter les charges
électriques
Chronologie:
• Identifier les caractéristiques de l’élément, trouver une référence et
passer la commande
• Réaliser la demande d’autorisation de travail
• Déconnecter les panneaux solaires et remplacer l’appareil défectueux
• Rétablir les connections et contrôler le fonctionnement
• Etablir le rapport de maintenance et mettre à jour le cahier de suivi
d’intervention
TP3: Réalisation d’une modification du fonctionnement de l’installation et
câblage associé
Objectif: L’automate de gestion PN-GM doit gérer la charge des batteries
en connectant le chargeur de batterie autonome (Groupe électrogène
simulé) sur le circuit (Option Chargeur nécessaire)
Chronologie:
• Modification du schéma de commande et puissance afin de répondre
aux modifications prévues
• Choix des nouveaux composants à utiliser
• Vérification des protections des circuits en fonction des nouveaux
composants
• Implantation du matériel dans l’armoire et réalisation du câblage
• Paramétrage de l’automate, essais et mise en service de la nouvelle
fonction
• Compte rendu de la modification et mise à jour du cahier de suivi
d’intervention sur le système
Fiches activités professionnelles proposées:
• Etablir la nomenclature et le devis de l’installation
• Compléter la nomenclature et implanter les composants de l’armoire
électrique
• Réaliser le raccordement électrique de l’appareillage électrique du
coffret électrique
• Réaliser la mise en service de l’installation
• Réaliser la maintenance corrective de l’installation
5/8
Approche pédagogique (suite)
Travaux Pratiques proposés par ERM Automatismes
(Orientation Technologique)
TP1: Comparer et dater (5h)
Module 1.1: Appropriation du Kit photovoltaïque
• Rechercher les procédés élémentaires mis en œuvre dans le Kit
Photovoltaïque
• Relever l’ensoleillement sur une journée pour estimer l’énergie
disponible
• Mesurer les puissances et énergies demandées par les récepteurs
Module 1.2: Etude comparée d’applications dans leurs contextes
• Comparer 2 systèmes équivalents de production autonome d’énergie
coexistants : Kit photovoltaïque et un groupe électrogène
• Représenter l’organisation fonctionnelle du Kit photovoltaïque en
complétant un diagramme FAST
• Dessiner la structure du Kit photovoltaïque : schémas électriques
normalisés (DAO)
TP2: Analyser et valider les procédés (11h)
Module 2.1: Analyse et validation de la Transformation de l’Energie
• Relever et modéliser la caractéristique d’un panneau photovoltaïque
• Mesurer le bilan énergétique du convertisseur continu/alternatif
Module 2.2: Analyse et validation du Stockage de l’Energie
• Relever un point de fonctionnement de la batterie
• Etudier la caractéristique de la batterie : point de fonctionnement,
capacité Relever du sens de circulation de l’énergie : réversibilité de
la batterie
• Gérer l’énergie : régulation de la charge, délestage de la demande
Module 2.3: Analyse et validation du Déplacement de l’Energie
• Protéger les personnes - Protéger le matériel
• Relever le facteur de puissance sur le réseau alternatif
Module 2.4: Analyse et validation de la Transformation de l’Information
• Relever et modéliser la caractéristique d’un capteur de courant et de
tension
• Configurer le PN-GM
TP3: Concevoir (2h)
 Module 3.1: Dimensionnement et choix des composants
• Dimensionner les principaux composants de l’installation (Nombre de
panneaux, Tension de l’installation, Capacité des batteries…)
• Choisir le relais de gestion de la charge, son dimensionnement et sa
technologie : électro-mécanique ou statique
• Choisir l’électro-pompe : dimensionnement, basse consommation
 Fiches activités technologiques proposées:
• Réaliser l’étude technique de l’affaire proposée
• Réaliser la planification du chantier de l’affaire
Diaporama d’aide au montage
et au câblage
280, rue Edouard Daladier - 84200 Carpentras - France - Tél. + 33 (0) 4 90 60 05 68 - Fax + 33 (0) 4 90 60 66 26
www.erm-automatismes.com - [email protected]
6/8
Informations sur le photovoltaïque
Transformation de l’énergie lumineuse: le photovoltaïque et la jonction PN
Une cellule photovoltaïque est principalement constitué à partir de silicium dopé (Semi-conducteur: jonction p-n).
Lorsqu’une cellule est exposé au rayonnement électromagnétique solaire, les photons de la lumière transmettent leur énergie aux atomes de la jonction.
Cette énergie permet aux électrons de libérer des atomes, générant ainsi des électrons (charges N) et des trous (charges P).
Ces charges sont alors maintenues séparées par un champ électrique qui constitue une « barrière de potentiel ».
Une fois les charges P et N isolées, il suffit de fermer le circuit entre ces 2 zones (P et N) pour mettre en mouvement les électrons et crée ainsi un courant
électrique.
Rendement des modules photovoltaïques
Le rendement des modules en fonction des différentes technologies fait apparaître des différences importantes.
Calcul du rendement:
• Puissance de rayonnement à l’entrée de l’atmosphère (Constante solaire): 1350W/m²
• Puissance de rayonnement au niveau du sol: 1000W/m²
• Puissance obtenue par conversion photovoltaïque: 110 à 150W/m²
• Rendement: 11 à 15%
Le Watt Crête (Wc)
Unité de puissance de référence qui permet de comparer les cellules et modules
Puissance maximale délivrée sous des conditions de test standard (Rayonnement au sol: 1000W/m² - Température: 25°C)
Caractéristique Courant-Tension
La caractéristique Courant-Tension d’un module cristallin fait apparaître un point de puissance maximum dont la tension est proche des 17/18Volts à 25°C
et 1000W/m2.
L’évolution en fonction de la température montre que la tension décroît et le courant augmente quand la température s’élève.
7/8
Informations sur le photovoltaïque (suite)
Ensoleillements moyens en France
Ensoleillement moyen pour une
orientation Sud à 30°
Marseille
Toulouse
Nantes
Lyon
Paris
Mulhouse
5.0 kWh/m².j
4.2 kWh/m².j
3.7 kWh/m².j
3.7 kWh/m².j
3.2 kWh/m².j
3.2 kWh/m².j
Impacts de l’orientation et de l’inclinaison (1 = Orientation Sud, Inclinaison 30°)
Orientation Sud: Horizontal  0.93, Inclinaison 60°  0.91, Inclinaison 90°  0.68
Inclinaison 30°: Orientation Est  0.9, Orientation Sud-est  0.96
Potentiel de production d’électricité photovoltaïque sur le territoire français
A titre indicatif, l’installation d’un kWc nécessite environ 8m² de panneaux solaires
Les trois applications principales du solaire photovoltaïque
Système autonome
• Le module charge une batterie qui permet d’utiliser l’énergie à convenance. La charge et la décharge de la batterie sont contrôlées et gérées par un
dispositif de gestion d’énergie.
• Sur certains systèmes un dispositif d’acquisition de données permet de surveiller le fonctionnement du système
• Généralement des appareillages de conversion d’énergie sont également intégrés:
– Onduleur : pour fournir à l’utilisateur une tension alternative conventionnelle (230Vac)
– Chargeur : pour apporter une charge complémentaire à partir d’une source auxiliaire (Groupe électrogène, Eolien)
• Ce type de système nécessite un dimensionnement du système tenant compte de la localisation, du besoin et de l’autonomie de la batterie.
Fil du soleil
• L’énergie électrique produite par les modules solaires est directement utilisée par le récepteur. Il n’y a donc pas de stockage électrochimique.
• Généralement les générateurs « au fil du soleil » sont destinés à alimenter des moteurs électriques en courant continu ou alternatif (dans ce cas un
appareil de conversion d’énergie est requis).
• Les principales applications sont celles où l’on peut envisager un stockage d’énergie sous une autre forme que l’énergie électrique (par exemple :
stockage d’eau, stockage de froid…)
• Autres applications : application pour lesquelles le service rendu ne nécessite pas des contraintes spéciales liées à la fourniture d’énergie : aération,
ventilation…
Connecté au réseau
• Tout ou partie de l’énergie produite est injectée dans le réseau de distribution électrique.
• Il existe principalement deux variantes :
– L’ « injection simple » : la totalité de l ‘énergie produite est injectée dans le réseau.
– L’ « injection secours », avec batterie, permet de fournir de l’énergie de façon autonome en cas de d’absence du réseau public (Coupure due a des
aléas climatiques ou techniques). Ainsi une garantie de service de distribution électrique est assurée.
280, rue Edouard Daladier - 84200 Carpentras - France - Tél. + 33 (0) 4 90 60 05 68 - Fax + 33 (0) 4 90 60 66 26
www.erm-automatismes.com - [email protected]
8/8