GL-GF-1 équipement de formation à la production d’énergie solaire photovoltaïque

I. Aperçu
La production d’énergie solaire photovoltaïque présente l’avantage d’être inépuisable, non polluante et largement disponible. Elle consiste à convertir l’énergie solaire en courant continu et à la stocker grâce à l’effet photoélectrique des panneaux solaires. Elle est largement utilisée dans les communications, les micro-ondes, la transmission par fibre optique, les communications ferroviaires et routières, l’éclairage, l’aménagement paysager, les appareils de recharge mobiles, les systèmes d’observation hydrologique, les stations météorologiques et sismiques, etc. Grâce à ses caractéristiques écologiques et non polluantes, ainsi qu’à ses avantages d’inépuisabilité, de non-pollution et de large disponibilité, elle est devenue une source d’énergie qui suscite un intérêt croissant.
Le kit de formation à la production d’énergie solaire photovoltaïque GL-GF-1 comprend principalement des panneaux solaires (avec supports), des contrôleurs intelligents (avec communication de données), des batteries sans entretien, un système de distribution électrique et d’autres composants. Il permet aux étudiants de comprendre les principes de la production d’énergie solaire photovoltaïque et de maîtriser les applications pratiques en matière de configuration, de structure et de composition du système.
II. Caractéristiques du dispositif
1. Des lampes dont le spectre lumineux est proche de celui de la lumière solaire sont utilisées pour simuler cette dernière. Le projet de formation peut être réalisé à tout moment. Il n’est donc pas tributaire des conditions météorologiques.
2. Ce projet présente une forte valeur pratique. Les panneaux solaires (4 x 20 W), les contrôleurs intelligents, les batteries et les lampadaires utilisés sont identiques à ceux utilisés sur le terrain, ce qui permet aux étudiants d’appréhender en profondeur l’application concrète de la production d’énergie solaire photovoltaïque.
3. Les différents composants du dispositif de formation à la production d’énergie solaire photovoltaïque GL-GF-1 sont entièrement indépendants. Les étudiants peuvent les connecter eux-mêmes en fonction de leur compréhension de l’application de la production d’énergie solaire photovoltaïque au cours de la formation.
4. Des panneaux solaires industriels standard sont utilisés ; ils peuvent être installés en intérieur comme en extérieur et leur angle d’inclinaison est réglable.
5. Diverses applications simulées sont proposées pour la formation : éclairage public solaire, feux de signalisation solaires, onduleurs, etc.
6. Les panneaux solaires sont équipés d’un système de suivi automatique de la lumière.
7. La conception entièrement en alliage d’aluminium répond aux exigences de formation des établissements d’enseignement professionnel et technique. Tous les dispositifs de formation sont installés sur la plaque grillagée. La formation se déroule sous forme de pratique. La plaque grillagée mesure 1200 mm × 600 mm.
III. Caractéristiques techniques
1. Alimentation : 380 V ± 10 %, 50 Hz
2. Puissance : < 1000 VA
3. Conditions de fonctionnement : température de -10 °C à +40 °C, humidité relative < 85 % (à 25 °C), altitude < 4000 m
4. Plateforme de formation : longueur 1280 mm × largeur 600 mm × hauteur 1680 mm ; système de suivi solaire : longueur 900 mm × largeur 1400 mm × hauteur 1640 mm
5. Poids : < 120 kg
IV. Configuration principale du système
Inclut : composants de cellules solaires, système de suivi solaire (dispositif de suivi solaire, système de contrôle du dispositif de suivi, capteur de lumière, source lumineuse analogique), alimentation des instruments de mesure (voltmètre CC, ampèremètre, thermomètre et hygromètre, multimètre CA, alimentation à tension et courant constants), contrôleur photovoltaïque, batterie, contrôleur d’onduleur (autonome, raccordé au réseau), plateforme de formation, plaque de maillage, logiciel de gestion expérimentale.
1. Module de cellules solaires
1) Puissance nominale : 20 × 4 Wc ;
2) Module de cellules solaires en silicium monocristallin à haut rendement, conforme à la norme IEC 61215:1993 ;
3) Indice de protection du module de batterie : IP65 minimum, plage de température de fonctionnement : -20 °C à +60 °C ;
4) Le module de batterie est conforme aux normes nationales en vigueur.
5) Le panneau solaire est assemblé en réseau et se compose principalement de 4 petits panneaux photovoltaïques. Il est possible de les connecter en parallèle ou en série, offrant ainsi deux modes de fonctionnement : haute intensité ou haute tension.
6) Les paramètres des panneaux fournis sont les suivants :
Puissance de sortie maximale : 4 × 20 W
Tension en circuit ouvert : 21,87 V (parallèle), 4 × 18 V (série)
Courant de court-circuit : 4 × 0,72 A (parallèle), 0,72 A (série)
2. Système de suivi solaire
1) Dispositif de suivi solaire
Le dispositif de suivi photovoltaïque est principalement composé de cellules photovoltaïques, de capteurs de lumière, de boîtiers de commande pour capteurs de lumière, de mécanismes de déplacement horizontal et vertical, de micro-interrupteurs, de supports de fixation et d’autres équipements et dispositifs.
2) Système de commande du dispositif de suivi
Ce système offre des modes de commande manuel et automatique permettant de contrôler les différentes trajectoires de la source lumineuse ainsi que les positions des mécanismes de mouvement horizontal et vertical. Les étudiants peuvent ainsi appréhender pleinement le fonctionnement du système de suivi. Plusieurs structures sont prévues pour des développements ultérieurs.
Le système de commande de suivi solaire utilise un automate programmable Siemens CPU226 comme unité centrale et fournit un environnement de développement PLC dédié.
A. Contrôleur programmable CPU226 (AC/DC/RELAIS)
B. E/S numériques intégrées (24 entrées numériques / 16 sorties numériques)
C. Deux ports de communication RS-485
D. Compteur haute vitesse biphasé avec une fréquence maximale de 100 kHz (TTL ~ 24 V CC)
E. Deux ports de sortie d’impulsions haute vitesse intégrés
F. Communication PPI intégrée ; compatible avec le câble de programmation PC/PPI.
3) Capteur de lumière
A. Mode de suivi : suivi automatique biaxial
B. Précision : ±0,5°
C. Angle de rotation horizontale : 360°
D. Angle d’inclinaison : 180°
E. Alimentation du contrôleur : 12 V CC
F. Alimentation du moteur : 12 V CC
G. Conception en alliage d’aluminium 40 × 80 mm
4) Source lumineuse analogique
Utilisation de deux lampes de projection de 300 W installées sur le support, tension 220 V, puissance maximale 300 W. L’actionneur est contrôlé par un moteur à courant alternatif, ce qui permet de simuler fidèlement la course du soleil d’est en ouest et ainsi de reproduire la composition du système solaire.
3. Instruments de mesure
1) Voltmètre et ampèremètre CC
Un voltmètre numérique CC, conçu avec un convertisseur analogique-numérique haute performance et une unité de traitement du signal (MPU) haute vitesse, offre une interface homme-machine avec clavier et affichage numérique. Il dispose de modes de mesure automatique et manuel, et sa plage de mesure est de 0 à 300 V. Précision de mesure : 0,5.
Un milliampèremètre numérique CC, conçu avec un convertisseur analogique-numérique haute performance et une unité de traitement microprocesseur (MPU) haute vitesse, offre un mode de contrôle interactif par touches et affichage numérique. Il dispose de gammes automatiques et manuelles, et sa plage de mesure est de 0 à 5 A. Précision de mesure : 0,5.
2) Thermomètre-hygromètre
Plage de mesure de température : -40 à 120 °C, précision de mesure : 0,5.
3) Multimètre CA
Conçu avec un processeur de signal numérique (DSP) dédié 24 bits, un convertisseur analogique-numérique (AD) haute précision 16 bits et une unité de traitement microprocesseur (MPU) haute vitesse, il offre un mode de contrôle interactif par touches et affichage numérique.
4) Alimentation à courant constant régulé 0-30 V/2 A
4.Contrôleur photovoltaïque
Sortie de contrôle de la lumière + sorties temporisées multiples, tension nominale : 12 V, courant nominal : 10 A, sortie normalement ouverte. Protection contre la surcharge, la décharge excessive, la surtension de charge, la surcharge, les courts-circuits, la charge inverse nocturne, les courts-circuits de sortie et compensation de température.
5. Batterie plomb-acide à régulation par soupape :
1) Faible taux d’autodécharge ;
2) Longue durée de vie ;
3) Forte capacité de décharge profonde ;
4) Rendement de charge élevé ;
5) Large plage de températures de fonctionnement ;
6) Température de fonctionnement : -18 à 60 °C ;
7) Capacité : 12 Ah
6. Contrôleur d’onduleur
1) Onduleur hors réseau 300 W
A. Sortie sinusoïdale pure (taux de distorsion ≤ 4 %) ;
B. Protection contre les surtensions, les sous-tensions, les courts-circuits, les surcharges et les surchauffes ;
2) Onduleur connecté au réseau 300 W
L’onduleur connecté au réseau possède une structure de conversion d’énergie à deux étages : CC-CC et CC-CA. Le convertisseur CC-CC ajuste le point de fonctionnement du générateur photovoltaïque pour optimiser sa puissance. L’onduleur CC-CA synchronise le courant de sortie avec la tension du réseau et assure un facteur de puissance unitaire.
7. Panneau de protection
Dimensions du panneau : longueur 1200 mm × largeur 600 mm.
8. Écran tactile
Un écran tactile de 10 pouces permet de contrôler le système de suivi solaire biaxial et de visualiser les données des instruments.
V. Projets de formation
1. Expériences sur les caractéristiques des panneaux solaires
1) Test de la caractéristique courant-tension (I-V) du panneau solaire
2) Test du courant de court-circuit
3) Test de la tension en circuit ouvert
4) Test des caractéristiques de charge
5) Test de la puissance de sortie maximale
6) Relation entre la tension en circuit ouvert et l’intensité lumineuse relative
7) Test de conversion de l’énergie lumineuse par les cellules solaires.
8) Expérience de connexion en série et en parallèle de cellules solaires
9) Expérience de rendement d’un module solaire
10) Expérience de test sur l’efficacité de conversion photovoltaïque des ondes lumineuses sous différentes conditions météorologiques et intensités d’ensoleillement.
11) Expérience sur la conversion d’énergie photovoltaïque en fonction des variations de l’orbite solaire au fil des saisons.
12) Expérience sur la conversion d’énergie photovoltaïque en fonction des variations de température ambiante au fil des saisons.
2. Série d’expériences sur le suivi automatique solaire
1) Expérience sur le principe du système de suivi solaire
2) Expérience sur l’impact de l’environnement sur la conversion photovoltaïque
3) Expérience de suivi solaire contrôlé par la lumière
3. Série d’expériences sur les contrôleurs de batteries solaires
1) Expérience de contrôle de la charge des batteries solaires
2) Expérience de protection contre la charge et la décharge du contrôleur
3) Expérience de test de la tension et du courant de la batterie
4) Expérience de contrôle du courant d’entrée et de sortie de la batterie
5) Expérience de contrôle de la sortie du contrôleur par la lumière et le temps
6) Test de la forme d’onde de la charge de la batterie entrant dans l’étape de modulation PWM
7) Expérience de test de charge normale, de surcharge, de court-circuit et de fonctionnement
8) Expérience de test de fonctionnement des modes de contrôle domestique et par la lumière
4. Série d’expériences sur les applications solaires
1) Expérience sur les ventilateurs solaires AC et DC
2) Application et principe des lampadaires solaires
3) Formation au câblage des lampadaires solaires
4) Exemples d’applications des lampadaires solaires
5) Application et principe des feux de signalisation solaires
6) Formation au câblage des feux de signalisation solaires
7) Expérience sur la charge à impédance variable solaire
5. Série d’expériences sur les onduleurs photovoltaïques solaires
1) Principe de l’alimentation par onduleur
2) Formation au câblage de l’onduleur Alimentation électrique
3) Expérimentation d’un onduleur hors réseau
4) Expérimentation d’un onduleur connecté au réseau
6. Formation à la programmation d’automates programmables
1) Expérimentation de la programmation manuelle d’un automate programmable pour un dispositif de suivi à deux axes
2) Expérimentation de la programmation automatique d’un automate programmable pour un dispositif de suivi à deux axes
7. Programmation du logiciel de configuration
8. Programmation du logiciel de surveillance et de contrôle de l’alimentation