Lycée Français Alioune -Blondin- Bey

Projet d'installation de panneauxphotovoltaïques.

Réalisé par : Hussein Haidar,Matteo Sontot,Suely Afonso,HawaKeita, Séyolène Dias Dos Santos , Joshua Katewa, Euridice Barber,Ariël Zolana Francisco Makumbo, Alexandre Itté, Kiamy Carneiro,

Supervisé par : Mme Ben Hadj Salem et Mme Damou.

Année scolaire 2018-2019

Sommaire

PARTIE THÉORIQUE : DIFFÉRENTS MODES DE PRODUCTION D'ÉNERGIE..........................................................3

COURSE SOLIDAIRE........................................................................................................................................ 4

VISITE DE L'ÉCOLE DE L'ASSOCIATION MULEMBA............................................................................................6

EXPÉRIMENTATION...................................................................................................................................... 10

CAHIER DE CHARGES.................................................................................................................................... 14

PROTOTYPE................................................................................................................................................. 15

PERSPECTIVES.............................................................................................................................................. 15

Partie théorique : Différents modes deproduction d'énergie

Différents modes de production d'énergie :

Il existe deux familles de l'énergie : l'énergie renouvelable et l'énergie non renouvelable.

Énergie renouvelable :

l'énergie solaire : énergie du soleil grâce à un panneau photovoltaïque, l'énergie de la biomasse : énergie contenue dans les plantes et matières organiques

dans la centrale biomasse l'énergie éolienne : énergie du vent grâce à des éoliennes l'énergie géothermique : énergie grâce à la chaleur de la terre produite dans une

centrale géothermique l'énergie hydraulique : énergie de l'eau grâce à une centrale hydroélectrique ou

hydraulique

Énergie non renouvelable :

l'énergie fossile : la combustion du charbon, du pétrole et du gaz naturel qui se réalise au niveau des centrales thermiques

l'énergie fissile : la fission des atomes d'uranium dans les centrales nucléaires

Des exposés sur ces différents types d'énergie ont été également réalisés par les élèves. Ci dessous les photos des exposés réalisés :

Course SolidaireLe samedi 17 novembre dernier a eu lieu la Course Solidaire. Le lycée ABB a été heureuxd'organiser cet événement sportif, pédagogique et solidaire pour tous les élèves,accompagnés de leurs parents.

Plus de 650 personnes ont couru ce jour-là, 4310 tours effectués pour un total de 2155 km parcourus !

Cette action a permis de récolter plus de 2,2 millions de kwanzas reversés à l'association Mulemba, contribuant ainsi au financement de futurs panneaux solaires au sein d'une école à Viana.

Pancarte de remerciement du projet de la Course Solidaire après la présence de plus de 650personnes.

Photo de 4 élèves de MPS ayant participé à la Course Solidaire.

Visite de l'école de l'associationMulemba

Le groupe MPS a publié un article le 21 décembre 2018 portant sur la visite de l'école ''As Buganvilias'' qui a eu lieu le 13 décembre 2018.

Nous, les élèves du groupe MPS travaillons cette année sur un projet solidaire qui a pour but l'installation de panneaux solaires dans l'école As Buganvilias.

Dans ce cadre, nous sommes allés le Jeudi 13 Décembre 2018 à Viana pour visiter cette écoleafin de pouvoir identifier les besoins en électricité de cet établissement.A notre arrivée, nous avons été reçus par Mme Sohm, la présidente de l'association Mulemba.Nous nous sommes installés sous un préau avec Mme Sohm et son équipe et nous avons poséles questions que nous avions préparées pour cette visite.Ainsi, nous avons pris connaissance de l'histoire de cette association et de la situationactuelle par rapport à l'alimentation des différents bâtiments en énergie électrique.Cette école appartient à l'association Mulemba qui a été créée pendant la guerre par desexpatriés français en décembre 1993, pour accueillir les enfants sans foyer qui fuyaient laguerre. Elle est devenue au fil des années un établissement scolaire grâce à la générosité deses donateurs et bénévoles. Aujourd'hui cette école est un établissement agréé par leministère de l'éducation angolais, il compte 18 bâtiments et accueille 1600 élèves du primaireau collège.L'école de Mulemba est partiellement reliée au réseau d'électricité (le PT) de Luanda quisubit de nombreuses coupures. Elle possède un générateur de secours mais il est très souventen panne et nécessite d'acheter du carburant. Il y a également une installation de panneauxsolaires qui se limite à l'éclairage extérieur mais malheureusement, les batteries sont arrivéesà leur fin de vie et ne fonctionnent plus.Par conséquent l'école peut être privée d'électricité pendant plusieurs heures voire plusieursjours.Afin de construire notre cahier des charges, nous avons visité les salles de classe qui sontprioritaires dans le projet d'électrification.Nous avons remarqué que ces salles, même pendant le jour, étaient très peu éclairées.Pendant que nous visitions les salles nous avons procédé au comptage des lampes et desprises à alimenter, leurs puissances et le temps d'utilisation par jour.Le bilan que nous avons établi est le suivant :- 120 lampes de puissance nominale 18W.- 60 prises électriques.- Temps d'utilisation 2 à 3 heures par jour.Grâce aux données que nous avons pu recueillir nous allons maintenant pouvoirdimensionner l'installation et réaliser un cahier des charges qui nous permettra d'estimer lecoût.

Enfin, pour contribuer au financement de cette installation, la totalité des dons reçus lors dela course solidaire organisée le 17 novembre 2018 au sein de l'école française a été reversé àl'association Mulemba ce qui représente 2,2 millions de kwanza.

Lien vers l'article: https://www.lfluanda.net/index.php/2-uncategorised/263-le-projet-solaire-du-groupe-mps

Photos :

Entrée du centre éducatif Mulemba.

Entrée d'un des bâtiments avec 4 salles de classes.

L'arbre Mulemba.

Une salle de classe

Ancienne installation des panneaux solaires qui ne fonctionne pas

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Fin de la visite, photo avec le groupe MPS, Mme Sohm, et des professeurs de l'école AsBuganvilia,

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ExpérimentationObjectif : Identifier les paramètres impactant la puissance électrique d'un système photovoltaïque .

Hypothèse : On peut mesurer la puissance maximale grâce à la formule P=U*I

Matériel : Un ampèremètre, un voltmètre, des câbles, une lampe, un panneau solaire et des résistances (27, 33, 60, 100, 200, 300 Ohm, etc,)

Protocole expérimental : On a commencé par effectuer le schéma d'un circuit électrique qui nous a permis de mesurer la tension aux bornes du circuit et l'intensité du courant qui le parcourt. Ensuite, nous avons rajouter des résistances différentes afin de trouver la résistance permettant de trouver la tension maximale fournie par la plaque. Après avoir réalisé le circuit électrique et changé plusieurs fois la résistance, nous avons relevé les mesures de la tension et de l'intensité à chaque fois afin de pouvoir après calculer la tension maximale.

Schéma du circuit :

Exploitation des résultats :

Les données prélevées nous ont permis de tracer les deux courbes suivantes :1- la puissance en fonction de la résistance,2-L'intensité du courant en fonction de la tension.

Observation des résultats : On observe que la puissance maximale est de 656,5 W avec une résistance de 33 Ohm. P=U*I P=7,9*17,4=656,5W

Conclusion :Sur ce graphique, on repère :

• le point de fonctionnement à vide Uv =32 V pour I =0A• Le point de fonctionnement en court circuit : Icc=8A pou U=0V

A- Angle d'inclinaison et Luminosité :

Objectif : Étudier l'impact de la puissance lumineuse et l'inclinaison de la plaque photovoltaïque sur la quantité d'électricité produite .

Description : Nous allons varier l'angle d'inclinaison et l'intensité lumineuse.

Résultats :

1- Variation de l'angle

Pour un rendement maximal des panneaux, nous avons fait varier l'angle d'inclinaison.En mesurant la tension (U), l 'intensité (I) du courant, nous avons calculé la puissance moyennant la formule P= U*I.

En absence d'instrument de mesure de l'angle, nous avons eu recours aux formules trigonométriques.

Nous avons utilisé la formule de la tangente : Tangente=côté opposé /côté adjacentdans notre cas ça serait : y/x

En ayant les valeurs de x (qui est constante) et de y (qui varie) et la formule de la tangente, nous avons pu trouver la valeur de l'angle :

Â=Arctan(y/x)

Angle U (plaque) I (plaque) Puissance (en W)0° 1955 0,12 235,845° 1621 0,09 145,8990° 1083 0,06 64,9830° 1663 0,1 166,360° 1562 0,09 14,04

x

y

Â

2- Variation de l'intensité lumineuse

Pour un rendement maximal des panneaux, nous avons fait varier également l'intensité lumineuse. Pour mesurer l'intensité lumineuse, nous avons utilisé un luxmètre. Les mesures de la tension (U), l'intensité (I), l'intensité lumineuse (luminosité) et la puissances sont données par le tableau ci dessous.

B- Hauteur :

Objectif : Trouver la hauteur idéale.

Description : Reproduire l'expérience sur le sol (ici sur la table) puis à différentes hauteurs.

Résultats : Plus on se rapproche de la source de lumière plus le courant mesuré est important.

Conclusion : Plus on augmente la luminosité et la hauteur plus la puissance augmente.En se basant les conditions expérimentales réalisées sur le site de l'école, l'angle d'inclinaison optimum est de 30°.

I (plaque) en A U (plaque) en V Puissance Luminosité0,04 693 27,72 2570,1 1678 167,8 430

0,12 1965 235,8 642

CAHIER DE CHARGESAvant de commencer les calculs des dimensionnements nécessaires à l'installation des panneaux solaires nous avons, grâce à nos professeures fait des exercices avec des dimensionnements d'un exemple, pour pouvoir maîtriser les méthodes de calcul.

A . Dimensionnement des panneaux photovoltaïques.

Étape 1: Calcul de l'énergie consommé par jour (Ec):Il faut tout d'abord calculer l'énergie consommée par jour.

Étape 2: Calcul d'énergie à produire.On va maintenant calculer énergie à produire par jour (Ep):Ep = Ec/k Ici on utilise 0,65 comme coefficient k.

Étape 3: Calcul de la taille du générateur (ensemble de panneaux) à installer.Pour calculer le numéro de panneaux à installer, on utilise la formule suivante:Pc = Ep/k*Ir = Pc est la puissance crête exprimée en Watt.Ir est l’irradiation quotidienne moyenne annuelle exprimée en kWh/m².jour.

Ici l’irradiation quotidienne moyenne de l'Angola est de 6 kWh/m².jour.Source: http://solargis.info

B. Dimensionnement de l'installation solaire de l'école de Mulemba :

Pour le dimensionnement de l'installation solaire de Mulemba, nous avons fait un tableau sur'Libre office calc' avec des formules de calcul.

Appareils Nombre

Lampe 120 18 3 2160 6480Prise 29 300 3 8700 26100

6 240 3 1440 4320

1 400 3 400 1200

total 38100

Paramètres

18

300

240 sony

400

Puissance unitaire (W)

Fréquence ou durée d'utilisation quotidienne (h)

Puissance (W)

Énergie (Wh)

Vidéo projecteur

prise labo physique

puissance de la lampe en W

ampoule led philips

puissance de la prise en W

puissance d'un ordinateur portable

puissance du vidéo projecteur en W

puissance de la prise labo de physique en W

Paramètres Valeur CommentaireEc 38100k 0,65 Systéme avec parc batterieIr 6puissance crete du panneau 125 bp solar

Ec Pc Nombre58615,38 9769,23 78,15

Prototype

Perspectives

Dans cette partie, nous nous sommes intéressés aux avancés technologiques au niveau de la production de l'énergie solaire,

Axe1 : Amélioration des cellules photovoltaïques :

-Cellules photovoltaïques à pérovskites :La pérovskites est un matériau basé sur une nouvelle génération de semi-conducteurs. Cette technologie ouvre la voie aux panneaux solaires légers, efficaces du point de vue énergétique, et bon marché.Utilisables même sur les surfaces peu exposées au soleil, ces cellules affichent un rendement de 22%, c'est à dire son rapport entre son efficacité réelle (le travail utile qu'elleeffectue) et l'efficacité théorique maximale qu'on peut attendre d'elle.Leur production industrielle va démarrer d'ici la fin de l'année 2019 en Pologne. -Cellules hybrides :Des chercheurs de l’Université Soochow en Chine, ont inventé des panneaux solaires hybridespouvant fonctionner pendant les périodes pluvieuses.Ils ont mis au point cette technologie solaire qui reprend les principes du TENG (Triboelectric nanogenerator) dont la particularité est de générer de l’énergie grâce à la friction de 2 matériaux. Cette technologie hybride peut désormais transformer en électricité l'énergie issue de la friction des gouttes de pluie tombant sur l'installation solaire. Elle serait donc une très grande évolution technologique face aux enjeux du changement climatique. Nous ne sommes encore qu'aux débuts de ces nouveaux panneaux solaires.

Axe 2 : Innovations au niveau des batteries :

-Batteries aérovoltaïquesL’aérovoltaïque, ou centrale solaire thermique, est une technique innovante qui pourrait grandement améliorer la performance énergétique des logements grâce à de l’énergie solaire. La chaleur des panneaux solaires, au lieu d’être perdue, est réutilisée pour augmenter la production d’électricité. En comparaison avec le photovoltaïque, l’exploitation du potentiel solaire passe de 20 à 80 %. -Des blocs de béton pour stocker et restituer l’énergieUne fois que le bras de la grue a repéré et accroché un bloc de béton, un moteur démarre, alimenté par le surplus d’électricité du réseau, et soulève le bloc du sol. Le chariot de la grue est spécifiquement programmé pour contrer le mouvement des oscillations du vent. En

conséquence, il peut soulever le bloc en douceur, puis le placer sur une autre pile de blocs, plus haut sur le sol.

Le système est « complètement chargé » lorsque la grue a créé une tour de blocs de béton toutautour de son pylône central. L’énergie totale pouvant être stockée dans la tour est de 20 mégawattheures (MWh), soit suffisamment pour alimenter 2000 foyers pendant une journée entière.

Lorsque la demande en électricité apparaît de nouveau, les moteurs se remettent en marche. Le moteur est entraîné en sens inverse par l’énergie gravitationnelle, les blocs sont redescendus et de l’électricité est ainsi générée par une turbine alimentée par la restitution de l’énergie cinétique des blocs.

L’efficacité du système, qui correspond à la quantité d’énergie récupérée pour chaque unité d’énergie utilisée pour lever les blocs, est d’environ 85% — comparable aux batteries lithium-ion qui en offrent jusqu’à 90%.

Sitographies :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_photovoltaïque_à_pérovskiteshttps://en.wikipedia.org/wiki/Nanogenerator#Triboelectric_nanogenerator.https://www.les-energies-renouvelables.eu/conseils/aerovoltaique/http://www.zeroenergie.be/energie/thermobatterie/