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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 souple Principe 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

Domaine des Energies renouvelables pour … · SysML. Analyse SysML en cours de réalisation. Déjà réalisée sur le système HEMOMIXER et disponible en téléchargement libre sur

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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)

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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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ILANDILAND et les objectifs de formation en STI2D (enseignement transversal)

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ILAND - Eco-conception

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Etude des matériaux

Etude du Design

Analyse fonctionnelle

Etude du Cahier des Charges

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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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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

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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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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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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.

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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?

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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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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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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

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