Tracker Solaire

Sommaire

  1. Introduction
  2. Définition du besoin
  3. Analyse solaire
  4. Analyse mécanique
  5. Analyse électrique
  6. Réalisation
  7. Conclusion

 

Introduction

Dans le cadre d’un projet de deuxième année de DUT partagé entre le département GEII et le département GMP, nous travaillons sur un système de tracker solaire. L’objectif du projet est de créer un système asservi capable de suivre la trajectoire du soleil afin de maximiser le rendement de la production d’un panneau solaire. A travers ce document, nous allons présenter les différentes études menées, les problématiques rencontrées et les solutions proposées pour répondre à la problématique du projet.

Notre groupe est ainsi composé de 6 étudiants :

  • Kelian Khassani – GMP
  • Arnaud Zehringer – GMP
  • Timothé Roussel – GMP
  • Boubacar Diallo – GEII
  • Sofian Beldi – GEII
  • Hugo Houillon – GEII

Définition du besoin

La première étape de la réalisation de ce projet est la réalisation du cahier des charges et la définition du besoin ainsi que des différentes contraintes que nous serons amenés à rencontrer.

La but premier de ce projet est d’établir un système permettant pour l’instant à un panneau solaire de suivre la trajectoire du soleil afin de maximiser sa production.

 

Analyse solaire

La trajectoire du soleil se définie selon deux paramètres exprimés en degré :

 

  • L’azimut : Représente la position du soleil selon les 4 points cardinaux

 

  • La hauteur : Représente l’inclinaison du soleil par rapport à l’origine du plan horizontal

 

Les panneaux solaires devront donc être orientés de façon à être perpendiculaire aux rayons du soleil.

 

Afin de déterminer exactement les intervalles de position des panneaux selon ces deux paramètres, nous avons utilisé le site internet SunEarthTool. Ce site permet de calculer automatiquement la position du soleil dans l’année selon des coordonnées GPS.

Nous avons donc renseigné à ce site internet la position à laquelle nous souhaitons installer les panneaux solaires :

Une fois le site choisi, le site nous donne la position du soleil selon les mois de l’année :

 

Nous avons donc pu déterminer que le panneau solaire devra avoir une course de 50 à 310 ° en azimuth et de 20 à 90 ° en hauteur.

Afin d’estimer la production du panneau solaire tracké sur deux axes, nous avons utilisé un second site qui calcule automatiquement la production d’un panneau solaire selon les mois de l’année.

Nous avons renseigné les caractéristiques du panneau dont on dispose :

  • Puissance maximale : 145 W
  • Courant de court-circuit : 4,7 A
  • Tension maximum : 34 V
  • Courant maximum : 4,26 A

Nous avons regardé combien produirai potentiellement un panneau fixe incliné à 35° et combien produirai potentiellement un panneau tracké sur deux axes. Nous avons ensuite comparé les deux tableaux pour voir s’il est rentable d’effectuer un panneau solaire tracké sur deux axes.

 

En moyenne, nous remarquons qu’un système de panneau solaire tracké sur deux axes pourrait produire 30% de plus qu’un panneau fixe et incliné à 30°.

Il faut également faire attention au fait que le tracker ne doive pas consommer plus que le surplus produit par un système tracké pendant le mois le plus défavorable. Il faut donc que le tracker ne consomme pas plus de 1,2 kWh mensuel.

Analyse mécanique

Afin de permettre au panneau solaire de se déplacer sur 2 axes les GMP ont imaginé un système équipé d’un motoréducteur pour suivre l’azimut du soleil et d’un vérin électrique pour suivre la hauteur du soleil.

 

Analyse électrique

Toute l’énergie produite par le panneau solaire est acheminée au travers d’un régulateur de charge qui va s’occuper de charger les batteries correctement.

Pour ce projet, nous avons fait le choix de travailler en 24V. C’est pourquoi, nous avons acheté 2 batteries de 12V 12Ah branchées en série. Le motoréducteur et lé vérin électrique fonctionneront donc en 24V.

D’après l’analyse mécanique et électrique, nous devions trouver un vérin électrique avec les caractéristiques suivantes :

  • Course du vérin : 300mm
  • Force : 900N
  • Tension de fonctionnement : 24V

Nous avons donc acheté le vérin électrique MPP-EC 90kg 300mm 900N 24V.

 

Nous avons également acheté un motoréducteur qui fonctionne en 24V capable de faire tourner l’axe du système du tracker solaire.

 

Afin de capter la position du soleil, nous avons nous avons conçu un système composé de 3 photorésistances qui délivrent une tension analogique en fonction de l’intensité lumineuse. Ces trois photos résistances sont séparées chacune par une paroi opaque. Ce capteur est perpendiculaire aux rayons du soleil lorsque les trois photorésistances mesurent la même valeur d’intensité lumineuse.

 

Nous avons réalisé ce capteur et voici à quoi il ressemble :

 

Une fois que nous savons capter la position du soleil, nous avons donc réfléchi à comment piloter le motoréducteur et le vérin électrique pour orienter le panneau perpendiculairement aux rayons du soleil.

Pour se faire, nous avons décidé de travailler avec des modules Arduino. Premièrement, un Arduino UNO est utilisé pour interpréter les mesures des trois photorésistances. En fonction des valeurs lues, l’arduino va estimer s’il est nécessaire de modifier l’angle du panneau en azimut ou en hauteur. Il va envoyer les informations de commande à un Arduino Motoshield qui lui va piloter le motoréducteur et le vérin électrique.

Le MotorShield pilote les actionneurs en PWM. Il utilise en entrée le courant des batteries pour piloter les actionneurs.

Voici le schéma global de notre installation électrique :

 

 

Voici l’algorithme simplifié de l’Arduino qui va permettre d’orienter le panneau dans la bonne direction :

 

 

Nous avons mis en place un coffret électrique qui contient les batteries, le régulateur de charge et les modules Arduino :

 

Réalisation

Afin d’installer toute la structure du tracker et du panneau solaire, nous avons coulé une petite dalle en béton (1.20m * 0.8m) :

 

Conclusion

Nous n’avons pas pu continuer ce projet, malheureusement il nous manquait des pièces mécaniques, ce qui nous a empêché d’installer toute la structure. Nous laissons à disposition du futur groupe d’étudiant un dossier de conception du système de tracker solaire.

Ce projet nous aura permis d’apprendre à travailler en groupe et également a appréhender un projet : les contraintes qui s’y appliquent, la réalisation d’un cahier des charges, le travail de groupe, les dates limites, etc..

Ne pouvant plus nous rendre à l’université, il nous est impossible de joindre les codes arduino utilisés. Afin d’aider les futurs étudiants à la programmation de l’arduino, il va falloir utiliser une librairie arduino motorshield capable de piloter les actionneurs en PWM. Il faut également savoir lire et interpréter les valeurs analogiques fournies par les photorésistances.

Nous remercions l’ensemble des enseignants ainsi que le personnel de l’UHA qui nous auront permis de réaliser et d’avancer au mieux dans notre projet.

Dossier de conception Tracker Solaire


Microbrasserie

Groupe du projet

       Didierjean Romain

       Kettela Antoine

       Kontzler Louis


Sommaire

  1. Présentation du projet

  2. Analyse fonctionnelle

  3. Réalisation du projet

  4. Production de la bière

  5. Conclusion

  6. Annexes


Présentation projet

La bière est une boisson alcoolisée millénaire obtenu par fermentation d’un moût végétal. Il s’en boit des millions de litres chaque années et chaque pays revendique un savoir-faire unique. Nous allons donc nous plonger dans cette boisson et produisant notre propre bière.

Pour produire une bière, il faut 4 ingrédients :

  • De l’eau
  • Du malt
  • Du houblon
  • De la levure

Il y a ensuite plusieurs étapes de la production à respecter pour réussir sa bière :

  • Le concassage
  • Le brassage
  • La fermentation
  • La garde au froid
  • L’embouteillage et la refermentation

Le choix des ingrédients, des quantités utilisées et le temps de fermentation détermineront le goût, le degré d’alcool et la couleur de la bière. Il faut aussi veuillez à respecter au mieux les étapes pour ne pas rater la boisson.

Nous allons donc faire une analyse fonctionnelle du projet, puis nous allons réaliser la partie technique du projet en câblant l’armoire électrique chargé d’alimenter le malaxeur, le malaxeur qui brassera la bière, il faudra aussi créer un GRAFCET et un programme afin d’automatiser le brassage. Ensuite, nous détaillerons la production de notre bière. Et pour finir, nous conclurons sur ce que nous à apporter le projet et des possibles évolutions qu’on pourrait lui apporter.


Analyse fonctionnelle

Un projet de bière avait déjà été fait par initiaux en 2018. Nous avons donc pour objectif de partir de leur projet et de l’améliorer en automatisant le brassage afin de simplifier et fiabiliser cette étape. Le cahier des charges est de faire une bière légèrement ambrée tout en respectant des paliers de températures/ Il faut donc automatiser le brassage avec un automate Siemens S7-1200 pour réguler la température.

La diagramme bête à cornes du projet est le suivant :

Les paliers de températures à respecter :


Réalisation du projet

     1. Câblage de l’armoire

L’armoire était déjà câblée. Il fallait donc optimiser les branchements, sertir des fils, et rendre l’armoire fonctionnelle pour le projet. Pour cela, nous avons utiliser des relais de commandes, des relais de puissance, l’automate, un variateur et il a fallu relier les fils au malaxeur.

Les contacteurs utilisés ont les fonctions suivantes :

  • KVAR  =     Mise sous tension
    variateur
  • KA0     =    Relais de maintien du
    disjoncteur de la
    partie puissance
  • KA2     =    Fin de course bas
  • KA1     =    Fin de course haut
  • KAdef  =    Défauts
  • KADE   =    Descendre la pâle
  • KDET   =  Chauffage
  • KAMO =  Monter la pâle

     2. Câblage du malaxeur

Les étapes que nous avons suivi pour faire la partie câble ont été :

  1. Enlever tous les câbles de l’Ecolsab Habils
  2. Câbler selon les anciens schémas
  3. Noter les modifications effectuées
  4. Ajouter une sonde PT100
  5. Modifier les schémas sur QElectroTech (Annexe 1)

     3. Programmation de l’automate

L’automate utilisé est un siemens S7-1200, il nous a été prêté pour le projet et par la suite il faudra en acheter un. Nous avons aussi utiliser un écran pour  d’IHM.  Un switch a fait le lien entre l’IHM  et l’automate.

Il a ensuite fallu élaborer les GRAFCET (Annexes 2 et 3) et développer le ladder sut TIAGrafcet_Choix_du_Mode Portal.

     4. Création de l’IHM

L’IHM a deux vues : vue principale(à gauche) et vue Recette (à droite).

La vue Principale sert à choisir le mode de fonctionnement, acquitter une étape, mettre en marche/ arrêter et de voir si la résistance électrique chauffe. Elle permet d’avoir des informations en temps réel, pour le moment seulement la température relevé par la sonde PT100. Changer le temps et la température des paliers est possible dans la vue Recette.


Production de la bière

     1. Concassage

Concasser les grains permet de mieux faire infuser le malt dans l’eau durant le brassage. La photo nous montre la différence entre le grain concassé (à gauche) et le grain entier (à droite).

Pour notre bière ambrée, nous avons utilisé :

  • 2250g de malt Munich
  • 2250g de malt Vienna

     2. Brassage

Durant cette étape, il faut chauffer et brasser en respectant les paliers du cahiers des charges (voir Analyse fonctionnelle) que nous avons défini dans notre programme. Cette étape va caractériser notre bière.

     3. Rinçage

Le rinçage des drêches permet de séparer les grains du moût à l’aide d’un filtre. Sur l’image, nous observons bien l’utilité du filtrage. Tous les grains son rester dans la cuve, tandis que le moût est passé à travers.

     4. Ébullition

C’est le dernier palier de chauffe, il permet de stériliser la bière. C’est aussi à ce moment que l’on ajoute le houblon. Il y a deux types d’houblon:

  • L’amérisant : nous avons utiliser 33g de Styrian Goldinds pour notre première bière que nous avons du  laisser 60 minutes.
  • L’aromatique : nous n’en avons pas utiliser pour la première bière. Pour la deuxième nous l’avons mis 10 minutes avant la fin.

     5. Refroidissement

La cassure de la température permet de produire des protéines dans la bière. La bière doit impérativement ne pas être chaude pour ne pas tuer les levures incorporées par la suite.

Le refroidissement idéal est rapide et doit se faire avec un serpentin ou refroidisseur à plaque. Nous avons refroidis la première bière en mettant la cuve dans l’eau, ce qui n’est pas un refroidissement optimal.

     6. Fermentation

C’est à cette étape que l’on ajoute la levure pour la première fermentation.La fermentation dure 3 semaines dans une cuve avec un barboteur, à température ambiante (25°).

     7. Mise en bouteille

Avant de mettre en bouteille, on ajoute le sucre dans la bière. C’est la deuxième fermentation. Il faut faire attention a ne pas mettre trop de liquide dans les bouteilles car il y a un risque d’explosion s’il y  a trop de pression. Il faut ensuite mettre les capsules manuellement.

     8. Création d’une étiquette

Nous avons décider de créer une étiquette à mettre sur les bouteilles que nous avons produites. Romain s’est chargé de la créer, elle est libre de droit pour de futures bières.


Conclusion

Ce projet nous a permis de mettre en pratique les notions de supervision et d’automatismes que nous avions reçu. Il nous a aussi permis de nous familiarisé avec des schémas électriques et prendre en main un logiciel pour les modifier. il nous a aussi appris a mieux gérer notre temps car il fallait avoir fini assez tôt pour pouvoir produire la bière en comptant les fermentations.

Donc, c’était un projet très intéressant. Nous avons découvert l’univers de la bière avec pédagogie et il y a eu du concret grâce à la production de notre propre bière, il reste cependant quelques améliorations à faire.

Les futures améliorations du projet auxquelles nous avons pensé sont :

  • Pouvoir lire la température de la plaque dans l’automate sur l’IHM
  • Améliorer l’étape de refroidissement (en ajoutant un serpentin ou un refroidisseur à plaques)
  • Utiliser un PWM ou PID pour la régulation de la température

Annexes

Annexe 1 :  Schémas électrique de l’Ecolsab Habilis

Annexe 2 : Grafcet Choix du Mode

Annexe 3 :  Grafcet du mode Auto