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ILAND
ILAND est un générateur solaire portable et autonome : Une chaîne d’énergie Photovoltaïque
complète gérée par microcontrôleur et instrumentée pour la validation des performances.
Domaine des Energies renouvelables pour l’enseignement en STI2D
Des technologies issues des dernières innovations :•Capter l’énergie : Panneau solaire amorphe souple (3mm d’épaisseur)
•Stocker l’énergie : Batterie LiFePO4 (Lithium - Phosphate de Fer) dernière génération
•Gérer l’énergie : Carte de contrôle à micro-contrôleur pour la gestion de la charge,
la gestion des sorties et la régulation de courant
•Utiliser l’énergie : Leds de puissance monopuce à « pad thermique » pour l’éclairage
Un procédé de fabrication innovant : Le panneau souplePrincipe du panneau souple : Cellules photovoltaïques souples déposées sur film polyamide
•Métallisation par procédé PVD (pulvérisation cathodique)
•Structuration de la couche métallique par procédé « Lift Off »
•Dépôt de la couche de silicium amorphe par procédé PEVCD (Dépôt par voie de plasma basse température)
Une éco-conception intégrée dans le choix des technologies :•La batterie LiFePo4 est actuellement la plus écologique : Elle ne contient aucun élément toxique et possède la durée de
vie la plus élevée
•Le panneau souple à silicium amorphe nécessite beaucoup moins de silicium que le panneau rigide à silicium cristallin
Une étude de design dans la conception :•Une étude de l’aspect pratique : Portabilité, intégration de tous les éléments dans un seul volume
•Une étude d’un carénage adapté au terrain : Absorption des chocs, suppression des arêtes vives
•Une utilisation de matériaux caoutchoucs déformables pour l’étanchéité (IP67)
DIDASTEL PROVENCE – 13400 Aubagne – 04 91 80 00 48 – http://www.didastel.fr
Présentation
Programme STI2D
Mise en situation
Centres d’interêt
Eco-conception
L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
ILAND
Modalités d’enseignement
Elles privilégient les activités pratiques d’analyse de systèmes techniques réels et actuels ainsi que le
projet.
La mise en œuvre du programme implique d’associer étroitement l‘observation du fonctionnement
et des solutions constructives d’un système, l’expérimentation et la simulation de tout ou partie du
système ainsi que le raisonnement théorique pour l’exploitation et la compréhension des résultats.
L’enseignement s’appuie sur des études de systèmes qui nécessitent la mise en œuvre d’outils
d’analyse, de représentation, de recherche et de validation de modèles ainsi qu’une culture des
solutions constructives mises en œuvre.
Les enseignements du tronc commun
Trois objectifs sont assignés à ces enseignements.
Le premier consiste à acquérir des concepts de base de la technologie industrielle et à les appliquer
dans une logique de limitation de l’impact environnemental. Pour cela l’enseignement est organisé
en collaboration directe et étroite avec ceux de sciences physiques et chimiques, fondamentales et
appliquées et de mathématiques, de façon à coordonner les apprentissages et à garantir le niveau
scientifique nécessaire aux poursuites d’études.
Le deuxième, adossée à une pédagogie de l’action, à dominante inductive, consiste en une approche
pluri technique mettant en évidence la richesse et la diversité des solutions techniques actuelles
intégratrices de la mobilisation des trois champs : gestion de l’énergie, traitement de l’information,
utilisation et transformation de la matière. Ces trois champs doivent être abordés de manière
globale, équilibrée, non exclusive ni indépendamment les uns des autres.
ILAND dans le programme STI2D (enseignement transversal)
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Présentation
Programme STI2D
Mise en situation
Centres d’interêt
Eco-conception
L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
ILAND
Présentation
Programme STI2D
Mise en situation
Centres d’interêt
Eco-conception
L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
ILANDILAND et les objectifs de formation en STI2D (enseignement transversal)
Présentation
Programme STI2D
Mise en situation
Centres d’interêt
Eco-conception
L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
ILAND - Eco-conception
ILAND
Etude des matériaux
Etude du Design
Analyse fonctionnelle
Etude du Cahier des Charges
Présentation
Programme STI2D
Mise en situation
Centres d’interêt
Eco-conception
L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
Etude du bilan carbone
Etude du cycle de vie
ILANDILAND - Eco-conception
Choix des constituants
Choix des technologies
Efficacité:
Validation des performances
Justification
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Programme STI2D
Mise en situation
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Eco-conception
L’aide Multimédia
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La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
Etude des solutions constructives
Etude de l’efficacité énergétique
ILANDILAND - Eco-conception: Optimisation de la ligne de fabrication
Evolution de la ligne de fabrication
Structuration du panneau Principe de fabrication
Optimisation de la ligne de fabrication Incidence sur le coût de fabrication
Etude comparative des coûts de fabrication
Présentation
Programme STI2D
Mise en situation
Centres d’interêt
Eco-conception
L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
Etude de l’évolution technologique
Bilan énergétique de production Evolution du « coût » énergétique de production
ILANDILAND - Eco-conception: Diminution du « coût » énergétique de fabrication
Synoptique des 3 étapes de l’évolution de la ligne de fabrication
Procédé de fabrication / étapes et capacités:Le procédé de fabrication des cellules solaires flexibles de VHF-Technologies peut êtreséparé en trois sections principales: la métallisation (préparation du substrat), le front-end(dépôt de la cellule), et le back-end (fabrication des modules).
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Présentation
Programme STI2D
Mise en situation
Centres d’interêt
Eco-conception
L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
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Etude des solutions pour diminuer le coût énergétique de production
Description de l’objectif terminal
Explication du principe de fonctionnement de la couche active NIP
Explication et séparation des différentes étapes de
fabrication
Explication du procédé par animations 3D pour chaque étape
Processus de fabrication du
film par étapes
ILAND
UN EXEMPLE:Explication du principe de fonctionnementde la cellule amorphe et description parsynoptiques et animations du processus defabrication étape par étape avec séparationdes procédés / processus
ILAND - Le logiciel d’aide Multimédia
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Programme STI2D
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Centres d’interêt
Eco-conception
L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
La carte électronique de l'iLAND est équipée d'unmicrocontrôleur PIC permettant de gérer la chargeet la décharge des éléments de la batterie. Elle Comporte également les composants de puissance (régulateurs de tension etc..) ainsi que la connectique faisant interface entre la platine de connexion et le pack batterie.
Les fonctions du microcontrôleur sont les suivantes :- gestion du MPPT*- mesure des courants et tensions du panneau et de la batterie- empêcher la décharge profonde et la surcharge de la batterie-permettre d’afficher l’état du système grâce aux LEDs
ILANDILAND - La gestion électronique – Introduction à la simulation
Les principes des contrôleurs MPPT (Maximum Power Point Tracking) sont souvent basés sur le « coude » de la caractéristique P-V du panneau. C'est plus ou moins une méthode par tâtonnement, comme le montre la courbe.On se place à un endroit de la courbe, et l'on regarde si la valeur du point suivant est supérieure ou non. Si oui, on se déplace au point suivant, jusqu'au moment où le terme suivant (MPP n+1) sera inférieur au précédent (MPP n-1). A ce moment, on prend un intervalle de valeur entre chaque point plus faible, et l'on recommence à partir de (MPP n-1), jusqu'à obtenir le MPP.
Présentation
Programme STI2D
Mise en situation
Centres d’interêt
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L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
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Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
La fréquence de rafraichissement est de 10Hz ce qui permet de rester stable en toute situation, y compris lors de passages de nuages ou autre.
Légende de l’algorithme :• Vin = Tension panneau;• Iin = Intensité Panneau;• Pin = Puissance panneau.• MPP = Point de puissance maxi.• Ic = Intensité de charge batterie (commande PWM).
ILAND - La simulation
MPPT: Régulation de type suiveur en boucle ouverte
Expérimenter… Acquérir les grandeurs physiques… et créer un modèle de comportement simulé:
L’algorithme Explication graphique
Détermination du coefficient k:Par expérimentation à l’aide d’une alimentation variable: - Limitation 1A- Réglages V fixe: 16, 17… 21, 22V
On connait la constante de temps:On peut modéliser
Création du modèle de comportement sous Mathlab/Simulink:
Entrée variable aléatoire (simulation U panneau)Identification des variables du modèlesEssais avec différents coefficients k
Peut-on améliorer?Le système peut-il devenir instable?
ILAND
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Eco-conception
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La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
Cette configuration permet de connecter au pupitre d'autres charges (moteurs, lampes incandescentes etc) que celle fournies avec l'iLAND.
Cette configuration permet d'utiliser le panneau comme seule source d'énergie du pupitre.
Cette configuration permet de simuler des variations de tension au niveau de l'entrée "Panneau"du générateur
A partir du pupitre de mesures permettant différentes configurations de raccordements pour des expérimentations sur les différents sous-ensembles
ILANDILAND - Les expérimentations
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Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
Permet de visualiser en continu lesmesures courantes et l’état du Générateur :o la tension en volts et l’intensité en Ampèreso la consigne courant de chargeo le courant de charge o la tension de la batterie et l’intensité en sortie o le niveau de charge de la batterie
Mesure longue durée (7heures)Pour validation du rendement
Courbe de décharge de la batterie sur une charge de 4A
Réaction de la boucle MPPT à une perturbation
Performances de l’acquisition:
• échantillonnage max : 10ms• Nombre de points sauvegardés : 10 000• Sauvegarde graphique + fichier txt• Outils de post-traitement (Zoom,…)
ILANDILAND - Le logiciel d’acquisition
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Présentation
Programme STI2D
Mise en situation
Centres d’interêt
Eco-conception
L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
Analyse SysML en cours de réalisation.Déjà réalisée sur le système HEMOMIXER et disponible en téléchargement libre sur notre site didastel.fr
ILANDILAND - L’analyse SysML
Présentation
Programme STI2D
Mise en situation
Centres d’interêt
Eco-conception
L’aide Multimédia
La gestion électronique
La simulation
Les mesures
L’acquisition
L’analyse SysML
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