Jeff Larivee Octobre 2016 A Projet VéloSoleil Buts visés 1 Créer un Vélo tracté électriquement et utilisant lénergie du soleil dans le but de franchir dimportantes distances ID: 613148
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Slide1
Suivre le Soleil a Vélo !
Jeff Larivee Octobre 2016Slide2
A- Projet Vélo-Soleil
Buts visés :1- Créer un Vélo tracté électriquement et utilisant l’énergie du soleil dans le but de franchir d’importantes distances.
2-Prouver théoriquement
la possibilité d’autonomie solaire a vélo
et en définir les paramètres de réussite.
3- Utiliser différentes formes
d’électro-technologies
pour réaliser ce projet.Slide3
B- Resumé : Systeme Vélo-Soleil
Le système est formé de : 1- Un vélo
type 700 ou 26 pouces
2- Un
kit de traction électrique
de 500Watts , 36Volts avec une batterie LI-ion
3- Une
remorque
pour transporter le matériel et les PV
4- Des
panneaux solaires
a haute efficacité
5- Un
contrôleur de charge
:
Solaire a LI-ION 36VdcSlide4
Système CompletSlide5
B1: Un vélo
type 700 ou 26 poucesSlide6
B2 : Un kit de traction électrique
de 500Watts , 36Volts + batterie LI-ionSlide7
B1+B2 : Vélo avec Kit installéSlide8
B3 : Une remorque
pour transporter le matériel et les PVSlide9
B4 : Des panneaux solaires
a haute efficacitéSlide10
B5 : Un contrôleur de charge :
Panneaux Solaire a LI-ION 36VdcSlide11
C- Détail : Systeme Vélo-Soleil
Kit de traction ÉlectriqueUn moteur électrique DC sans brosses de
500Watts a 36Volts
Une batterie Li-ion
36Vdc @ 20Amp-heure
avec support mécanique
Un contrôleur de puissance
36Volts,20Amp
Un
affichage ICL
pour observer et ajuster les paramètres de promenade
Un
accélérateur au pouce.
2 x Freins électriques
coupe-moteur
Un détecteur de pédalier :
PASSlide12
1a :
Batterie Lithium-Ion : 36Vdc 20Amperes-heureÉnergie transportable = 2,000,000 joulesSlide13
1b :
Controlleur de moteur DC/DC sans brosses
-
Topologie
:
H-Bridge tri-
phasé
a 6
commutateurs
, commutation PWMSlide14
2-
Panneau solaire (PV)Puissance Optimum [Pmax]:
100W
Avec une énergie solaire incidente de 1000W/m2 , 25C
Voltage Optimum [
Vmmp
]:
18V
Courant Optimum [
Immp
]:
5.56A
Courant de court-circuit [
Isc
]:
6.2A
Voltage circuit ouvert [
Voc
]:
21.6V
Voltage d’isolation maximum:
1000V
Dimensions:
1050mm*540mm*2.5mm
Poids =
1.36KG
(panneau STD = 10KG)Pliable jusqu’à : 30 degréEfficacité de transformation énergétique : 22%-25% (panneau STD = 17-19%)Slide15
2a-
Courbe Voltage/Courant du Panneau solaireSlide16
3- Contrôleur de charge
Le contrôleur est du type : STEP-UP non isolé.Pour une chimie Li-ion 36Vdc , un design spécifiques de contrôleur doit être fait : exemple :
Linear
Technology
; LT8490 ;
demo
board
DC2069A
Le contrôleur détecte automatiquement le
MPPT
(
M
aximum
P
ower
P
oin
T
) du PV, et ajuste la charge demandé au PV pour fonctionner a ce point en
modulant le courant de sortie
de recharge de la batterie adéquatement.
Schème de commutation :
CC/CV
CC : Modulé pour atteindre le point MPPT (2 ampères max)
jusqu’à ce que la tension de la batterie atteigne 41.8Vdc, ensuite on passe en mode CV.
CV:
Lorsque le mode CC se termine on passe en mode CV ; on ajuste (par design) la tension de sortie flottante ( tension de recharge maximum) du contrôleur en fonction de la chimie de la batterie ; Ici : Batterie Li-ion 36V ,
tension flottante = +41.8VSlide17
3a:
Topologie du convertisseur : CC-MPPT/CV Step-upSlide18
4- Simulation de Puissance
Une simulation a été effectuer grâce a un chiffrier électronique pour recréer les différentes conditions qu’un tel système pourrait rencontrer dans l’exercice d’une journée typique de promenade en vélo autonome.
En voici les conditions initiales choisies:
Radiance solaire =
1000 Watts/m2
Nombre de PV =
2 ( stationnaire) et 1 (en mouvement)
Grandeur de chaque PV =
0.5 m2
Facteur d‘efficacité des PV =
20%
(%)
Facteur d'imperfection des PV =
75%
(%)
Facteur d'ensoleillement =
95%
Angle effectif du soleil au PV =
10 DEGRE
( stationnaire) et
Variable 10-71 DEGRE
(en mouvement)
AIDE programmée au cadran LCD du
velo
(1-5) =
en général:
1
(100 watts ) ; 4 sections a 3
(300watts) et une pente a
4
( 400watts).
Voltage de la batterie =
36V
Capacité de la batterie =
20AH
On
charge la batterie du
lever du soleil jusqu’a 11h00
On
pédale de
11h00 a 17h00
On
charge la batterie de
17h00 au coucher du soleil.
Et voici les résultats que nous avons choisit de montrer.
A)
Nombre de joules accumules dans la batterie durant chaque tranche de 15 minutes
(JOULES)
B)
Nombre de joules dépensées durant chaque tranche de 15 minutes
(JOULES)
C)
Nombre de joules effectif accumulés dans la batterie
(JOULES)
Slide19Slide20Slide21
Nombre de joules effectif accumulés dans la batterie avec un facteur d’ensoleillement de 95% (Joules)Slide22
5- Problématiques
A-) Ennuagement
La principale problématique rencontrer est du au fait de l’ensoleillement insuffisant :
Simulation d’un ensoleillement diminuant de 95% a 50%
Résultats présentés:
Effet sur l’apport énergétique
Effet sur la charge de la batterie en régime permanent
Solutions a envisagerSlide23
Nombre de joules accumulés durant chaque tranches de 15 minutes du au soleil avec
un facteur d’ensoleillement de 50% Slide24
Nombre de joules effectif accumulés dans la batterie avec
un facteur d’ensoleillement de 50% (Joules)Slide25
Solution envisageable : Augmenter la surface des PV
On propose ici d’augmenter la surface des PV en mode stationnaire au double:Soit 4 x 0.5 Mètres-carrée = 2 Mètres-carrée
On peut le faire grâce au nouveau design de panneaux flexible et léger
Résultats présentés :
Effet sur l’apport énergétique
Effet sur la charge de la batterie en régime permanentSlide26
Nombre de joules accumulés durant chaque tranches de 15 minutes du au soleil avec
un facteur d’ensoleillement de 50% et les PV doublés en mode stationnaireSlide27
Nombre de joules effectif accumulés dans la batterie avec
un facteur d’ensoleillement de 50% et les PV doublés en mode stationnaire
(Joules)Slide28
6- Projections
Étant donner la problématique principale de captation de l’énergie disponible, surtout en période d’ennuagement , il serait possible de résoudre cette problématique de la façon suivante :
A-) Aller habiter dans un endroit ou il n’y a pratiquement jamais de nuages :
Example
:
Pheonix
Arizona
B-) Augmenter l’efficacité des panneaux solaires a >> 22%
Beaucoup d’effort de R&D sont penché en ce sens présentement par les compagnie concernées ( ex:
SunPower
,
SunWatts
)
C-) Optimiser l’angle d’incidence du soleil :
Projet TournesolSlide29
D-) Augmenter la surface utilisable des panneaux solaires
Cette solution est facilitée avec les nouvelles technologies de panneaux ultraléger et flexible. ( Exemple : Allpowers)Malgré tout il est difficile d’apporter une grande quantité de surface PV lorsque ont est a vélo.
Solution proposée :
Tissus solaire
Un tissu polymère transparent flexible, développé par l'
Empa
avec la firme allemande
Sefar
AG dans un projet soutenu financièrement par la Commission pour la technologie et l'innovation CTI, offre des possibilités prometteuses en ce sens.
Ce tissu à bon marché et en grandes quantités par un procédé «roll-to-roll», un peu comme sur une rotative d'imprimerie. Des fils métalliques incorporés lors du tissage assurent la conductibilité électrique. Dans une deuxième étape du processus, le tissu est enrobé d'une couche de matière plastique inerte qui ne recouvre pas totalement les fils métallique et conserve sa conductibilité électrique au tissu. L'efficacité serait comparable à celle des cellules conventionnelles .Slide30
Ce tissus , de faible densité, pourrait être plier ou rouler en un très petit volume et devenir facilement transportable pour le cycliste.
Lorsque le cycliste atteint une position stationnaire pour un certain temps , il déploie son tissus solaire sur la pelouse, le branche sur le contrôleur et laisse la batterie charger.Exemple applicatif : Nappe solaire de 3.33m x 3.33m = 10 mètres carrée
Efficacité = 20% ; Ensoleillement = 95%
Énergie captée = 1900 Joules / secondes
Résultat
: une Batterie 36V@20AH se chargerait complètement a un rythme de 2C en
30 minutes
.Slide31
FinSlide32
References
1- Tissus solaire : http://www.enerzine.com/603/11848+des-filets-de-tissu-attrapent-lenergie-solaire+.html