Projet technique industriel

Installation domestique En

énergie renouvelable

BTS ÉlectrotechniqueJuin 2015

Lycée Antonin Artaud25, chemin Notre Dame de la

Consolation13013 MARSEILLE

MMADI AnissaMOULET SébastienPERICAUD Rémy

Table des matièresA. - Présentation générale :.............................................................................................1

1. Présentation du projet.................................................................................................12. Cahier des charges et objectifs.....................................................................................33. Répartition des tâches.................................................................................................3B. - Choix et études des équipements...............................................................................5

1. Études des panneaux photovoltaïque ...........................................................................51.1 Le fonctionnement d’un panneau photovoltaïque...........................................................51.2 Principe de fonctionnement des panneaux polycristallins :.............................................51.3 Panneaux fournies par PHOTOWATT ...........................................................................61.4 Caractéristique des panneaux photovoltaïques PHOTOWATT :.........................................72. Choix des batteries et du chargeur...............................................................................83. Choix de l’éclairage et sa mise en place.........................................................................94. Choix du chauffage et sa mise en place.......................................................................115. Étude de l'ECS..........................................................................................................115.1 Principe du chauffe-eau thermodynamique.................................................................125.2 Les différents types de cumulus électrique ................................................................125.3 Test du cumulus......................................................................................................136. Choix d'une VMC adaptée .........................................................................................146.1 La VMC simple flux..................................................................................................146.2 La VMC double flux..................................................................................................156.3 Principe d'un moteur à courant continu :....................................................................177. Choix des convertisseur.............................................................................................177.1 Alimentation à découpage........................................................................................177.2 Convertisseur HERGEL ............................................................................................187.3 Le schéma de principe de l’alimentation Flyback.........................................................187.4 Flyback dimensionnement........................................................................................207.5 Transistor :............................................................................................................217.6 Système HERGEL :..................................................................................................227.7 Schéma de câblage.................................................................................................248. Automate :..............................................................................................................268.1 Programmation.......................................................................................................28..................................................................................................................................288.2 Bouton poussoir .....................................................................................................298.4 Pilotage de l'installation...........................................................................................29C. – Calculs et test.......................................................................................................30

1. Calculs des besoins en énergie...................................................................................301.1 Essais des panneaux avec charge variable..................................................................322. Dimensionnement des disjoncteurs :...........................................................................323.Test.........................................................................................................................33Conclusion ..................................................................................................................34D. – Annexe.................................................................................................................35

1. Schéma de câblage...................................................................................................352. Schéma d’implantation..............................................................................................353. Devis......................................................................................................................35

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A. - Présentation générale :

1. Présentation du projet

Avec une consommation d'environ une tonne d’équivalent pétrole par an par habitant, le secteur du bâtiment est actuellement le plus gros consommateur d’énergie en France. Cela équivaut à 40% de l'énergie finale totale. Le bâtiment génère 123 millions de tonnes de CO2, soit 23% des émissions nationales.

Le Grenelle Environnement prévoit , avec la RT de diviser cette consommation par trois. Ainsi, la consommation moyenne qui été de 150kWhep/m²/an passera à 50kWhep/m²/an.

La RT2012 impose le recours aux énergies renouvelables pour les maisons individuelles ou accolées.

La production d'eau chaude sanitaire doit être d'origine renouvelable. Les « réseaux chaleur » doivent être alimentés à plus de 50% par une énergie renouvelable ou de récupération. Il faudra la mise en place d'un dispositif ( horloge, détecteur,..) permettant l'extinction automatique de l’éclairage ou son abaissement au niveau minimal réglementaire.

Le but est d'optimiser les besoins énergétiques par une bonne conception bioclimatique et le

recours aux énergies renouvelables .Dans notre projet, nous utiliserons des panneaux

photovoltaïques, associés à des équipements performants afin de limiter la consommation

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conventionnelle d’énergie primaire sur le chauffage ,l'eau chaude sanitaire et l’éclairage.

2. Cahier des charges et objectifs

Il s’agit de dimensionner et réaliser une installation photovoltaïque comprenant :

‐ 8 panneaux photovoltaïques ( PHOTOWATT)

‐ Un convertisseur de courant continu 96V/230V et un convertisseur AC/DC

‐ Un éclairage fluo compacte ( 2x15W ) et un éclairage LED ( 2x32W)

‐ Un chauffe-eau ( 50L-1200W )

- Chauffage électrique

- Moteur MCC 62W ( VMC)

- Un commutateur 3 positions

Cette installation étant une simulation d'un logement de Type 2 de 30m² à Marseille, il faudra établir :

- Une estimation de la consommation moyenne par an

- Un dimensionnement de l’installation

- Le choix des équipements

- La réalisation partielle de l’installation

- Les mesures de consommation

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3. Répartition des tâches

PERICAUD Rémy

• Etude des panneaux photovoltaïques • Choix des batteries et du chargeur • Choix du chauffage et mise en place • Estimation moyenne de la consommation• Mise en place VMC

MMADI Anissa

• Etude des panneaux photovoltaïques • Choix des batteries et du chargeur • Choix d’un système ECS et sa mise en place • Choix d’une VMC adaptée • Réalisation des schémas d'implantation

MOULET Sébastien

• Etude du tableau électrique et réalisation des schémas électriques

• Etude du convertisseur courant continu • Mise en place et réglage des éléments choisis• Installation des disjoncteurs

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B. - Choix et études des équipements

1. Études des panneaux photovoltaïque

PERICAUD Rémy

Il existe différents types de panneaux solaires. Il y a, tout d’abord, les panneaux thermiques ou capteurs solaires qui récupèrent l’énergie lumineuse produite par le soleil et la transforme en chaleur. Cette chaleur est par la suite utilisée dans l'eau chaude sanitaire ou le chauffage par exemple.

Et il y a les panneaux photovoltaïques. On distingue là encore deux types : Les panneaux monocristallins qui ont un rendement entre 14 et 16%. Les panneaux polycristallins qui ont un rendement de 12 à 14% mais qui ont un coût

moins élevé que les monocristallins. Les panneaux amorphes qui ont l’avantage d’être léger et souple pour les surfaces pas

plates mais leur rendement est de seulement 6 à 8%.

1.1 Le fonctionnement d’un panneau photovoltaïque

Dans les panneaux, il y a une bande de silicium dopé négatif et une dopé positif. Les électrons s’attirent mais ne peuvent pas passer car il y a une bande qui est négatif – positif (stable). Lesélectrons chargés + qui sont attirés par les électrons chargés – le seul moyen de se rejoindre est de parcourir l’ampoule.Le déplacement d’électrons crée un courant.

1.2 Principe de fonctionnement des panneaux polycristallins :

Contrairement aux panneaux monocristalins qui sont composés d'un seul cristaux de silicium de grande taille, les panneaux polycristallins sont composés d'une fine couche formée d'une multitude de petits cristaux de silicium de couleur gris bleuté et de taille et d'orientation variées. Le rendement de ces panneaux est moins élevé que celui des monocristallins, leur coût est donc aussi moins élevé. Cependant, leur durée de vie est similaire : 30 à 35 ans.

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1.3 Panneaux fournies par PHOTOWATT

Chaque panneau permet une puissance crête de 150W. Avec une tension nominale de 24V et une intensité de 4.45A

Technologie

La technologie des panneaux est : polycristallin

Câblage des panneaux :

4 panneaux branchés en série en parrallèles avec 4 autres panneaux.

Tension et courant fournit par les panneaux

Tension

En série, la tension s’ajoute. Donc l’installation fournit 24 x 4 = 96V

Courant

En parallèle, le courant s’ajoute. Donc l’installation fournit 4.45 x 2 = 8.9A

Terre

Les terres sont mises en commun. C'est-à-dire tous les câbles de terre sont reliés.

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1.4 Caractéristique des panneaux photovoltaïques PHOTOWATT :

Nous utilisons le site de la JRC pour connaître l’inclinaison des panneaux par apport à la géo localisation des panneaux, la puissance fournie, la technologie utilisée. Nous trouvons une inclinaison de 38 degrés d’inclinaison.

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2. Choix des batteries et du chargeur

MMADI Anissa

Les batteries ne seront pas installées car leur coût est trop élevé pour l'utilité qu'ils ont pour nous, de plus les conditions de stockage ne sont pas conformes aux normes. Il n'y a pas d'autre endroit disponible prévu pour les stocker (problèmes de sécurité en milieu scolaire).

Un condensateur sera utilisé pour remplacer les batteries. Il permet de stocker l’énergie électrique afin de la restituer par la suite sur les charges , en fonction des besoins.

Matériel fournie par SE3 :Capacité 3300 µf Tension: 250 VTempérature : 70°c

Ce condensateur est utilisé pour limiter une chute de tension importante sur les panneaux : à la fermeture du transistor, un courant d'appel est généré par le convertisseur et étant très élevé, il provoque une grande chute de tension. Les panneaux produisent 86V , il est indispensable que cette valeur reste constante.

Quand le transistor ne conduit pas, le condensateur se charge.Inversement le transistor conduit, le condensateur se décharge

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3. Choix de l’éclairage et sa mise en place

PERICAUD Rémy

Tube LED

Avantages des LED

Durée de vie très importante Rendement lumineux très bon (environ 6 fois supérieur à celui d'une lampe à

incandescence classique) Aucun risque de pollution Température de l'ampoule sans risque de brûlure

Inconvénients des LED

Prix élevé

Les tubes LED peuvent être utilisés en DC. Le driver qui permettait la conversion 230 V AC / 110 V DC a été retiré afin d’alimenter directement les LED en DC.

Il y a deux bandes de LED câblés en parallèle. 110 V à leurs bornes. En recâblant les bandes de LED en série, cela permet une alimentation 220V (tension de l’installation)

Câblage des bandes Leds en série 220 V DC des ampoules fluocompactes

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Notre installation comprend 2 lampes fluocompactes de 15W

Avantages des ampoules fluocompactes

Le prix est relativement raisonnable comparé aux performances. Durée de vie assez élevé (8000h en moyenne) Rendement lumineux élevé, 5 fois plus que celui d'une ampoule à incandescence

Inconvénients des ampoules fluocompactes

Rendu des couleurs moins bon que les ampoules à incandescence Délai de chauffe variant de quelques secondes à quelques minutes (surtout sur les

anciens modèles) Risques d'intoxication au mercure (en cas de bris de l'ampoule) Doivent être retraitées et non jetées dans la poubelle normale (le mercure et le

béryllium sont tous deux toxiques) Ne supportent pas les marches/arrêts répétés Production d'ondes électromagnétiques, ne convient donc pas à un usage proche de

l'utilisateur (lampe de bureau, lampe de chevet, etc...) Risques de brûlures (70°C)

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DriverBandes de leds

4. Choix du chauffage et sa mise en place

PERICAUD Rémy

Nous avons installé le convecteur électrique de marque CONCORDE et de puissance 500W.

Le thermostat ne supportant pas le continu, nous l’avons retiré afin d’alimenter directement lesrésistances du chauffage.

Nous l’avons essayé sous une tension 200V DC.

Le chauffage fonctionnera ne coupera pas étant donné qu’il n’y a pas de thermostat pour coupé à la bonne température.

5. Étude de l'ECS

MMADI Anissa

Les équipements thermodynamiques permettent, en grande partie, de répondre aux attentes de la norme RT2012. L'utilisation d'un chauffe-eau thermodynamique est le plus adapté si l'on prend en compte les contraintes de notre projet, en adéquation avec les impératifs donnés par l'industriel.

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5.1 Principe du chauffe-eau thermodynamique

Le chauffe-eau thermodynamique utilise l'aérothermie pour chauffer l'eau sanitaire. Il fonctionne comme une pompe à chaleur qui récupère les calories présentes dans l'air afin de chauffer un liquide caloporteur. Ensuite, ce liquide transmet la chaleur au ballon pour produire de l'eau chaude sanitaire. Ce système procure plus d'avantages qu'un chauffe-eau classique notamment au niveau de l'utilisation d’énergie : il permet de couvrir jusqu'à 70% des besoins d’eau chaude sanitaire grâce à l’énergie de l’air. Cela permet d'avoir une économie d’énergie de50 à 70%.

Cependant, un chauffe-eau électrique est déjà fourni avec une capacité de 50 L et une puissance de 1200W. Le cumulus étant électrique, il a fallu le tester en continu pour voir s'il pourrait être utilisé dans ce projet.

5.2 Les différents types de cumulus électrique

Il existe deux types de cumulus électriques.

➔ Le cumulus électrique équipé d'une résistance blindée est le chauffe-eau le plus utilisé. La résistance de ce type de cumulus est directement plongée dans l'eau ce qui limite sadurée de vie.

➔ Le cumulus électrique équipé d'une résistance hybride. Cette résistance est protégée par un fourreau qui limitera les dépôts de tarte, de plus, elle possède une protection

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dynamique anti-corrosion prolongeant la durée de vie du chauffe-eau même dans les eaux les plus agressives.

5.3 Test du cumulus

MMADI Anissa

Une alimentation a été branchée au cumulus et était réglée sous une tension de 230 V. Au boutde quelques minutes, le thermostat s'est mis à chauffer anormalement :avec une tension continue quand le contact s'ouvre l'arc électrique qui se forme est plus important qu'en alternatif pour une valeur de tension similaire. Donc le thermostat ne supportant pas un tel arc, il a dû être retiré pour éviter de l’abîmer et en même temps d'endommager le cumulus. Lefournisseur a été contacté pour pouvoir avoir des information sur une éventuelle solution afin de pouvoir utiliser le cumulus en continu. Le technicien qui nous a répondu qu' avec cet appareil, il n'y a pas de thermostat adapté dans notre cas. La solution retenue est de retirer le thermostat et de brancher la résistance chauffante directement au réseau.

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6. Choix d'une VMC adaptée

MMADI Anissa

Il existe deux types de ventilation mécanique contrôlée :

• Simple flux • Double flux

6.1 La VMC simple flux

La VMC simple flux est dite « simple » car la circulation de l'air se fait dans un seul sens . On distingue parmi ces VMC:

➢ La VMC auto-réglable : l'air frais pénètre dans les pièces principales ( salon, chambres bureau,..) . Cet air va par la suite se charger de chaleur et d'humidité. Pour finir, il va être évacué dans les pièces telles que la salle de bain, la cuisine, en passant par des bouches et des gaines d’extraction, puis elle est expulsée à l’extérieur. Le débit d'air est constant quelque soit les conditions internes ou externes

➢ La VMC simple flux hygroréglable (À ou B) : Contrairement à la VMC simple flux, le débit d'air n'est pas constant. En version A, il est modulé lors de l' extraction et en version B, la modulation se fait d'une part à l'extraction, d'autre part au niveau des entrées d'air.

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6.2 La VMC double flux

Pour la VMC double flux, la circulation d'air se fait sur deux réseaux de conduit. Un échange calorifique à l’intérieur des conduits permet à l'air extrait de réchauffer l'air neuf filtré qui pénètre à l’intérieur.les avantages de la VMC double flux par rapport à la simple flux sont :

L'économie importante sur le coût du chauffage La réduction jusqu’à 90 % des pertes de chaleur liées au renouvellement Le confort : pas de sensation de courant d'air, La meilleure répartition de la chaleur dans les pièces de vie, La filtration de l'air : amélioration de la qualité de l'air entrant , L'isolation acoustique grâce à la suppression des entrées d'air vers l'extérieur, Le préchauffage ou rafraîchissement de l'air entrant.

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Une VMC double flux statique peut aussi être équipée d'un « by-pass » échangeur, module qui permettra de mettre en mode rafraîchissement.

Voici les inconvénients de la VMC double flux :

• Le coût : plus chère qu'une VMC simple flux hygroréglable,• L'entretien régulier nécessaire,• L'encombrement important,• Le besoin de prévoir une évacuation d'eau pour évacuer la condensation,

Pour le choix de la VMC plusieurs critères doivent être pris en compte : • le type de logement : • taille du logement• les besoins en énergie • le rendement

Dans notre cas, le critère le plus important est le rendement : en effet choisir une VMC avec unrendement important permet d'avoir moins de pertes de chaleur et donc moins d’émission de CO2. La VMC double flux est la mieux adaptée dans notre situation grâce à l’échange calorifique qui est fait entre l'air entrant et l'air sortant.Après recherche, Le Kit VMC double flux Modelio HBH est le mieux adapté pour notre prototype:

▪Consommation électrique : 62 W. ▪Nombre de vitesses : 2. ▪Puissance acoustique à la bouche cuisine : 25 dB(A). ▪Piquages : 3 piquage d'extraction Ø 80 mm pour WC, salle de bain et buanderie / 1 piquage d'extraction Ø 125 mm pourcuisine / 6 pièces possibles à insuffler Ø 80 mm grâce au caisson de distribution fourni. ▪Dimensions : l 53 x L 44 x H 32.5 cm.

On choisira un moteur MCC d'une même puissance pour l'installer dans le local. Ce moteur a été fournie par l'un de nos tuteurs. Le fonctionnement en courant continu a été vérifié et l'installation a été faite par la suite.

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6.3 Principe d'un moteur à courant continu :

La machine a Courant continu est constituée de trois partie :– l'inducteur– l'induit– balais

L'inducteur est un aimant qui est située sur la partie fixe de la machine. Il crée un chant magnétique pour mettre en rotation le rotor. Dans notre cas, il s'agit d'un aimant permanent L'induit est un bobinage qui est parcouru par un courant i pour produire un champs magnétique ( partie mobile du moteur). Le collecteur est un ensemble de lame de cuivre sur lesquelles sont relies les extrémité du bobinage de l'induit la ballais ce situe au stator et frottent sur le collecteur ce dispositif permet de faire circuler un courant dans l'induit.

7. Choix des convertisseur

MOULET Sébastien

7.1 Alimentation à découpage

Ce type d'alimentation est la mieux adaptée à notre projet pour son rendement et sa simplicitéà moduler les tensions.

Les alimentations à découpage ont un très bon rendement du fait qu'elles utilisent des composants fonctionnant en commutation. La puissance dissipée dans les interrupteurs commandés est réduite (tension faible à l'état passant ou courant faible à l'état bloqué). Le dissipateur (refroidisseur) est moins volumineux. Une fréquence de fonctionnement élevée, cela permet de réduire les dimensions du filtre de sortie. Le transformateur de séparation, du fait qu'il fonctionne à fréquence élevée, a un volume réduit dans des proportions considérables. Cependant, les alimentations à découpage peuvent générer un " bruit " important, interdisant leur emploi dans certains domaines.

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7.2 Convertisseur HERGEL

Dans le module puissance se trouve une alimentation à découpage Flyback. Ce convertisseur va nous permettre de moduler l’énergie distribuée aux récepteurs et c'est lui qui va réaliser l'isolation entre le réseau et les charges.

Un convertisseur Flyback est une alimentation à découpage , généralement avec une isolation galvanique entre l'entrée et la sortie. C'est probablement la structure la plus utilisée en industrie électronique (moniteur LCD, télévision CRT, lecteur de DVD…). Il est généralement réservé aux applications de puissances réduites.Le principe de l'alimentation Flyback est utilisé dans les convertisseurs HERGEL cela repose sur le transfert d'énergie du primaire vers le secondaire par l'intermédiaire d'un transformateur. Celui-ci permet l'isolation électrique. C’est une alimentation indirecte. Dans un premier temps, le primaire du transformateur emmagasine de l’énergie sous forme magnétique, puis dans un second temps cette énergie est transmise à la charge par l’enroulement secondaire (phase de démagnétisation).

7.3 Le schéma de principe de l’alimentation Flyback

Le transformateur fonctionne comme une inductance couplée. Lorsque le transistor est fermé : u

1 >0 , u2 <0, donc la diode D est bloquée, le transformateur se comporte au primaire

comme une inductance seule, i1 augmente dans le primaire. Pendant la conduction de T1, le

module de puissance commence par emmagasiner de l’énergie par la bobine n1 (plus exactement dans l'entrefer). Quand le courant s'est suffisamment important, la diode se fermece qui permet au primaire de se décharger . Pendant cette période, le condensateur et la charge sont alimentés puis la diode s'ouvre à nouveau ce qui permet au primaire de se

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recharger.Pendant la période de chargement, le condensateur alimente la charge ce qui permet d'avoir une tension continue qui est filtrée, c'est le condensateur qui fournit l’énergie demandée par leréseau récepteur.

Le module pilote démarre progressivement le système par une rampe et fixe lestemps de conduction de T.

La régulation consiste à agir sur la largeur des impulsions de commande du transistor. La commutation du transistor permet de moduler l’énergie emmagasinée. Il passera plus ou moins d’énergie lorsque l’interrupteur sera fermé selon le courant débité dans la charge.

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7.4 Flyback dimensionnement

En mesurant les tensions en sortie des panneaux avec une charge variable, nous avons obtenus une tension de 90 V et un courant de 5,6 A soit une puissance global de 504 VA.

Le circuit imprimé du flyback peut supporter un courant max de 12A.

Plage de conduction :Les calculs de dimensionnement sont les suivants :

T1 = 20*10-6 s

T2=

30*10-6 s (temps de décharge du primaire dans le secondaire)

T3= T

1+T

2+T

s (temps de repos) = 50*10-6 (période de travail)

L1 = 150*10-6 H ( inductance du primaire du transformateur)

I1max

= 12A

I1moy

=0,5x 12= 6A

I2moy

= I1moy

* T1/T

3

I2moy

= 6 * 2/5 = 2,4 A

I2 charge

= 5,6/2 = 2,8A donc temps de conduction = 20*10-6 seconde = T2

i1max

= V *T2/L

i1max

= 90 *20/150

i1max

= 12A

P= 2,4*90 = 216 VA

Il y a 2 transistors IGBT dans le module puissance qui definissent la puissance injectée par le convertisseur à partir des panneaux PV. D'apres nos calculs, cette puissance est donc égale à 432 VA, valeur à comparer respectivement aux 504 VA et aux 753 VA (PV) injectés dans le chauffe eau(182V et 44Ω). Ce qui indique que le prélevement d'énergie a été réalisé à la tension moyenne de : 90x √(753/432)=119V

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7.5 Transistor :

Les modules de puissance sont composés de 2 transistors IGBT qui commutent pour produire la tension souhaitée.

Le transistor bipolaire à grille isolée (IGBT, de l’anglais Insulated Gate Bipolar Transistor) est un dispositif semi conducteur (transistor bipolaire à porte isolée). Il associe les avantages des transistors bipolaires (tensions et courants élevés) et ceux des transistors mofset (rapidité des commutations, énergie de commande faible).

Le transistor NPN ne conduit normalement pas, la tension aux bornes de la résistance r étant insuffisante. Dans le cas où il entre accidentellement en conduction, il y a perte de contrôle de l'IGBT. En effet, l'association des deux transistors est équivalente à un thyristor : le blocage ne peut avoir lieu que lorsque le courant principal s'annule. Le constructeur de l'IGBT utilise différentes techniques de fabrication pour éviter ce phénomène.

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7.6 Système HERGEL :

Module pilote :

Le module pilote assure la programmation des différents niveaux de puissance (dimming), élabore les consignes, transmet aux modules puissances l'ordre de conduction,contrôle le bon fonctionnement et assure la sécurité. Ce module permet la commande desinterrupteurs du module de puissance à une fréquence proche de 20kHz avec un rapportcyclique ajuste en fonction de la puissance de sortie.

Il dispose d'une entrée (contact sec) pour autoriser le fonctionnement en ≪ dimming ≫.• Mise en service → plein éclairement (100%)• Fermeture du contact → dimming A: 5eme LED (70%)• Ouverture du contact → dimming B: 6eme LED (50%)• Fermeture du contact → dimming A: 3eme LED (70%)• Ouverture du contact → plein éclairement (100%)

La liaison entre les modules pilote et puissance est effectuée par des connecteurs.

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Module puissance

Le module puissance reçoit l'ordre de conduction et le transforme en dose d’énergie injectée dans le réseau.

Le module de puissance isole galvaniquement le réseau d’éclairage du réseau électrique 50Hz de ses variations et/ou perturbations protégeant ainsi l'appareillage, améliorant la sécurité des usagers et augmentant la durée de vie des lampes.Nous avons deux modules de puissance :• module de puissance en CA, alimente par le réseau 220V / 50Hz• module de puissance en CC, alimente par des panneaux photovoltaïques.Le module pilote démarre progressivement le système (par une rampe).

Dans le cas de la partie CC, il faut d'abord alimenter la partie puissance du module par les panneaux, puis par le réseau 230V/50Hz.Dans le cas de la partie CA, il faut alimenter le module puissance et le pilotesimultanément par le réseau 230V/50Hz.

Convertisseur HERGELLes convertisseurs installés servent à injecter une tension continue sur le réseau des récepteurs

Le projet est composé de deux convertisseurs :• le premier est un continu/continu qui sert à élever la tension continue des panneaux

pour la mettre à une valeur de 218V• le deuxième transforme la tension venant du réseau EDF en continu 216V , il sert

principalement à soutenir le premier convertisseur afin de favoriser l'utilisation des énergie renouvelable

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7.7 Schéma de câblage

Le câblage des convertisseurs s'effectue de la même façon que sur le schéma ci-dessous

Les deux convertisseurs sont câblés à l'aide de répartiteur car les modules pilote ou puissance ont des câbles communs l'utilisation du répartiteur facilite l’installation des appareils. Dans le répartiteur, les fils qui alimentent les convertisseurs sont installés pour fonctionner tous les convertisseurs ont besoin d’être alimentés grâce au réseau EDF. Les deux modules puissance et pilote sont alimentés en tension alternative.

Les deux autres fils correspondent au câblage des fils en sortie des appareils qui envoient la tension continue jusqu’aux récepteurs. Les modules alimentent ces fils et les pilotes contrôlent les valeurs de sortie.

Les modules pilotes des convertisseurs sont reliés à l'automate qui gère la puissance que chaque convertisseur injectera dans le circuit : cela permet de favoriser les énergies renouvelables.

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La variation de puissance est créée par un contact sec. Cette variation entraîne 3valeurs possibles: 100% / 70% / 50% de la puissance nominale.A l'allumage, contact ouvert, le module de puissance est à 100% de sa puissance totale. A la fermeture du contact, la puissance change cela permet de passer à 70% et à la réouverture du contact de passer à 50%.Ainsi de suite..

Contact OUVERT 100% FERME 70% OUV 50% FER 70% OUV 100% .→ → → ..

Le réglage effectué fonctionne de la façon suivante : quand la tension des énergies renouvelables est supérieure au seuil de la tension venant du réseau EDF, les convertisseurs se synchronisent alors le convertisseur DC/DC envoie la majorité de la tension. Dans le cas inverse, la majorité de la tension est fournie par EDF. Si les seuils de tension des panneaux dépassent le niveau qui est programmé dans le convertisseur alors le circuit s'ouvre pour protéger les récepteurs.

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Jaune : tension max convertisseurcontinu/continu

vert : tension max convertisseur alternatif/continu

bleu : tension lin convertisseur continu/continu

rouge tension min continu alternatif/continu

8. Automate :

Il existe différentes marques de module programmable. On peut retrouver ces modules chez les constructeurs CROUZET, SIEMENS et SCHNEIDER.

Choix de l'automate :Évaluation des nécessites relatives à notre système:

Système Automate

Entrée 2 entrée logique 13

Sortie 5 sortie tor 9 sortie tor

L'automate qui a été choisi est le ≪ schneider TWD LCAA 24 DRF ≫ Référence fabricant (Crouzet) : TWD LCAA 24DRFRésolution entrée analogique 12 bits (0-10V)Mémoire étendue : 128bits, 3000 instruction Entrées analogiques : 0-10V - 4-20mA Ouvert vers les extensions : oui

Module expansion : TWDA MM3HT12 bits - valeur numérique comprise entre 0 et 4095 Adresses des entrées %IW1.0 et %IW1.1Adresse de la sortie %QW1.0 Alimentation automate :L'alimentation automate choisi est ≪ transformateur Legrand ≫Référence fabricant (Legrand) : 0 428 42Entrée : 100 a 240V alternatif monophasé fréquence : 50/60HzPointe de courant a la mise sous-tension <20APrimaire : 230-400 V - Secondaire : 12 - 24 VPuissance : 40Va/88Va Protection en amont nécessaire : fusible gG 2A ou disjoncteur 2A courbe C

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Entrée/Sortie

Désignation Noms Sortie ToR

Contacteur KM1( alimentation module puissance )

KM1 %Q0.0

Contacteur kM2 ( alimentation panneau)

KM2 %Q0.1

Contacteur kM3 (alimentation batterie)

KM3 %Q0.2

Raz Pcc %Q0.8

Pilotage puissance Module AC

Pac %Q0.9

Désignation Noms Entrée

Mesure tension panneau Mtp %IW0.1.0 (analogique)

Bouton départ cycle Bp.dcy %I0.1

Bouton arrêt Bp.a %I0.2

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8.1 Programmation

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8.2 Bouton poussoir

PERICAUD Rémy

Pour piloter l'automate, des boutons poussoirs sont installés. Ils servent à allumer et éteindre l'installation, ils sont câblés sur le cache avant de l'armoire .

Pour installer, les boutons poussoirs il a fallu percer la face avant de l'armoire puis fixer les boutons, ensuite les boutons sont alimentés en +24V (sortie de l'automate) et les boutons sont reliés aux entrées de l'automate I0.1 et I0.2

8.4 Pilotage de l'installation

Quand on appuie sur le bouton de démarrage, un cycle se lance. Le contacteur KM2 se ferme. Il s'agit du contact PV : il se ferme en premier car si le contact du reseau edf se ferme en 1er les convertisseur peuvent être détériorer nous suivont la manipulation a operer d'apré l'entreprise SE3

apres la fermeture de km2, km3 et km1 ce ferme alors tour les convertisseur sont alimenter il démarre et commence a envoyer une tension sur les charge un dimming est installer pour sur le convertisseur 50hz pour faire varier sa puissance et une raz permet de faire une programmation plus simple

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C. – Calculs et test

1. Calculs des besoins en énergie

PERICAUD Rémy

En France la surface totale des logements est 2135 millions de m² , en respectant la RT2012, la consommation d’énergie réseaux serais de 41 x 10^12 Wh /an .

Pour nos 30m² nous devons donc consommer une énergie réseaux annuelle de 576 000 Wh.

Tout d’abord nous calculons avec les réglages d’usine ( couplage de 0.65)

État initial En kWh/an

Efficacité Kcouplage

État final PVen kWh/an

État final 50Hzen kWh/an

Chauffage 4458 2,12 (enveloppe)

0,65 1366 736

ECS 665 1 0,5 333 333

Eclairagesintérieur

161 3 0,7 38 16

Total 5284 1736 1084

Mais l’ État final 50Hz dépasse les 576 kWh / an.

Pour cela nous augmentons le couplage pour augmenter la contribution des EnR.

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Surface logement (m²)

Consommation d’énergie réseaux RT2012 (Wh /an)

2135 x 10^6 41 x 10^12

30 576 000

État initial En kWh/an

Efficacité Kcouplage

État final PVen kWh/an

État final 50Hzen kWh/an

Chauffage 4458 2,12(enveloppe)

0,79 1671 430

ECS 665 1 0,79 528 135

Eclairagesintérieurs

161 3 0,79 43 11

Total 5284 2242 576

Une fois le couplage a 0.79 (permet de donné 576 kWh/ an) mais l’énergie fourni par les EnR est trop importante, car pour 1200 Wc, les panneaux nous permettent à Marseille 1531kWh/an

Nous ne disposons pas des 2242kWh /an que l’installation demande, il faut donc augmenter le nombre de panneaux ou réduire les dépenses énergétiques.

En améliorant l’efficacité de l’enveloppe du logement nous pouvons divisé par 3,2 les dépensesdu chauffage.

Une pompe à chaleur ou une climatisation réversible permettrait une efficacité de presque 4 mais nous ne disposons pas du budget et une climatisation réversible demanderais beaucoup d’énergie pour l’alimenter

L’efficacité est le coefficient d’amélioration de la consommation d’un système.

ECS = eau chaude sanitaireUne amélioration de l’enveloppe permet une efficacité de 3,2 sur la consommation du chauffage.

Les panneaux photovoltaïques fournirons donc 1531 kWh /an et le réseaux 576 kWh /an.

Le couplage a été défini à 0.73 : c’est la de la contribution au EnR (en %).

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État initial En kWh/an

Efficacité Kcouplage

État final PVen kWh/an

État final 50Hzen kWh/an

Chauffage 4458 3,2(enveloppe)

0,73 1010 381

ECS 665 1 0,73 482 181

Eclairagesintérieur

161 3 0,73 39 14

Total 5284 1531 576

1.1 Essais des panneaux avec charge variable

MOULET Sébastien

• Mesure pour une résistance 14Ω :

A vide : 170VA charge : 84V - 5,8A

• Mesure pour une résistance 16 Ω :

A vide : 170VA charge : 89V - 5,5A

• Mesure pour une résistance 12 Ω :

A vide : 170 VA charge : 66,2V - 5,9A

Ces résultats nous permettent de connaître le comportement des panneaux sur des charges et les valeurs à régler sur le convertisseur PV pour assurer le bon fonctionnement de l'installation.

2. Dimensionnement des disjoncteurs :

PERICAUD Rémy

Afin de calculer le courant qui traverse les disjoncteurs nous utilisons la relation P = U x I Donc I = P / U

Q4 = 40 / 230 = 0,17A

Q5 = 40 / 24 = 1,7A

Q6 = 1860 / 220 = 8,45A

Q7 = 100 / 220 = 0,45A

Q8 = 60 / 220 = 0,27A

Q9 = 1200 / 220 = 5,45A

Q10 = 500 / 220 = 2,27A

Nous devons respecté le principe de sélectivité : c'est-à-dire, les disjoncteur en amont doivent être d’un calibre supérieur à celui qui est en aval.

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3.Test

(effectué par les 3 élèves avec Mr Froidefond)

La puissance maximal que le réseau EDF peut fournir est 720 VA et la puissance maximal des panneaux photovoltaïques est 780 VA. Pour alimenter tous les récepteurs, les alimentations doivent fournir une puissance totale de 1800 VA. Cela ne pouvant pas être possible, les tests seront fait soit avec le chauffage et les autres récepteurs ou le cumulus et les autres récepteurs.

Test 1 : Vérification des tensions de seuils

Réseau EDF U→seuil

= 218 V

Panneaux photovoltaïque U→seuil

= 216 V

Test 2 : Alimentation avec 70% du réseau EDF P

cumulus = 500VA

Ucumulus

= 148,2 V

Test 3 : Alimentation avec 100% de la puissance des PV et 70% du réseau EDF (contactKM1 et KM2 fermés)

Useuil

= 217 V

Tension Courant

Cumulus 216 V 4,89 A

Luminaire 216 V 0,38 A

Moteur CC 216 V 0,06 A

• Test 4 : Alimentation avec 100% de la puissance des PV et 100% du réseau EDF

Useuil

= 217 V

Tension Courant

Cumulus 217 V 5 A

Luminaire 217 V 0,38 A

Moteur CC 217 V 0,06 A

• Test 5 : Le chauffage a été testé seul, nous trouvons une tension de 217 V et un courant de 2,1 A

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Conclusion

Nous tenons tout d’abord à remercier l’équipe éducative, M FROIDEFOND et le fournisseur PHOTOWATT qui nous ont permis d’effectuer ce projet et d’appliquer les notions théoriques acquises lors de ces deux années scolaires.

Ce projet a complété notre formation grâce à la pratique qu’il engendre.Pour ce projet, nous avons du travailler en équipe, cela nous a permis de nous rendre compte des capacités de chacun et de répartir les taches en fonction de cela pour être le plus efficace possible.

Nous avons dû faire face au aléa du terrain : réception du matériel retardé, gestion des stocks.

Nous tirons donc une expérience positive de ce projet, il aura été bénéfique pour nous trois.

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D. – Annexe

1. Schéma de câblage

MOULET Sébastien

2. Schéma d’implantation

MMADI Anissa

3. Devis

MOULET Sébastien PERICAUD Rémy

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