Le champ et le flux magnétique en électricité sans fil

Panneau solaire

Il existe plusieurs types de panneaux photovoltaïques :
-Les panneaux solaires photovoltaïques composés de cellules en silicium monocristallin
– Les panneaux solaires photovoltaïques composés de cellules en silicium polycristallin
– Les photovoltaïques composés de cellule silicium amorphe en couche mince .

Pour notre dispositif, nous avons utilisé deux panneaux photovoltaïques monocristallins, ce type de panneaux fut à une époque très demandés de par son rendement surfacique supérieur à celui des panneaux poly-cristallins. Aujourd’hui, cette différence est de moins en moins vraie, mais le monocristallin conserve encore un meilleur rapport rendement/taille. Ainsi, à surface égale, un panneau monocristallin peut produire plus qu’un panneau polycristallins de 1% à 3% (parfois moins pour les cellules Poly cristallin de qualité supérieure). De plus, sur un panneau monocristallin, la production démarre légèrement plutôt dans la journée et s’arrête légèrement plus tard dans la soirée. C’est donc un choix particulièrement intéressant pour les besoins importants sur une surface très réduite ou pour les régions moins ensoleillées. Cependant, le panneau monocristallins est souvent plus couteux à l’achat, consomme plus de ressources pour sa fabrication, chauffe plus en cas de températures élevées et par conséquent produit moins qu’un panneau Poly-cristallins dans les régions chaudes comme Sahara.

Champ magnétique

Un champ magnétique est un champ de force résultant du déplacement des charges (courant électrique), son intensité est mesurée en Gauss (G) ou Tesla (T) et diminue à mesure qu’augmente la distance à sa source. Les lignes du champ magnétique changent de forme selon le type d’aimant utilisé, par exemple :
 Les lignes du champ magnétique créé par un aimant droit : Elles ont une forme circulaire, sortent du pôle N et entrent par le pôle sud S.
 Le champ magnétique créé par un aimant en U : Entre les branches de l’aimant le vecteur B  est le même en tout point  le champ magnétique est uniforme ! En dehors des branches les lignes sont circulaires et se dirigent toujours du Nord vers le Sud.
 Dans un conducteur rectiligne parcouru par un courant I : il n’y a pas de pôles Nord ni de pôles Sud. Le sens de dépend du sens de I. L’intensité B du champ augmente avec l’intensité de courant. Les lignes du champ sont circulaires.
 Quand le conducteur parcouru par le courant est en forme de spire ; toutes les lignes sortent par une face appelée face nord (N) et entrent par l’autre face appelée face sud .

Pourquoi utiliser des fils électriques ?

Le but des fils électriques est de transporter cette électricité afin de transmettre de l’énergie ou de l’information. Pour les transporter, le fil se compose d’un matériau conducteur en brin de métal (cuivre, aluminium, acier, argent ou voire l’or) souvent entouré d’une enveloppe isolante. Ceci permet de faciliter le courant électrique et d’éviter les pertes grâce à l’enveloppe isolante qui ne conduit pas le courant. Ce dernier est donc emprisonné dans le fil et n’a d’autres choix que de circuler à l’intérieur. Notre objectif est donc de faire en sorte que le courant électrique puisse se transmettre entre deux points sans utiliser de conducteurs entre les deux, et bien sûr, sans que l’air ne devienne conducteur non plus.

Impact sur la santé

Depuis la découverte des ondes électromagnétiques, une course technologique a commencé pour profiter du transfert d’informations sans fil. Du code Morse, aux téléphones portables en passant par la radio et la télévision, il est donc courant qu’une personne moyenne soit soumise  à des champs magnétiques et même si nous vivons en permanence au contact du champ magnétique terrestre, nous sommes tout de même sensibles à ce type de champ. En effet, il induit au niveau de la peau des personnes exposées une modification de la répartition des charges électriques.Face à ce nouveau système de transmission d’électricité sans fil, il était donc nécessaire de faire une petite recherche sur l’impact sur la santé des futurs utilisateurs. Pour remédier à ce problème, les chercheurs de l’entreprise Witricity ont mis en place un système permettant à l’émetteur et au récepteur d’échanger fortement entre eux pour une plus grande efficacité de la recharge, tout en interagissant faiblement avec les êtres vivants et les autres objets de la maison : la résonance couplée.

La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques (électriques, mécaniques…) sont sensibles à certaines fréquences. Un système résonant peut accumuler une énergie, si celle-ci est appliquée sous forme périodique, et proche d’une fréquence dite «fréquence de résonance ». Soumis à une telle excitation, le système va être le sièged’oscillations de plus en plus importantes, jusqu’à atteindre un régime d’équilibre qui dépend des éléments dissipatifs du système, ou bien jusqu’à une rupture d’un composant du système.Cet effet peut être destructif pour certains matériaux rigides comme quand un verre se brise quand un ténor chante ou, dans des cas extrêmes, même un pont ou un bâtiment peut s’effondrer en raison de la résonance ; Que ce soit causé par le vent ou un tremblement de terre.Un tel phénomène peut être utilisé pour transférer l’énergie sans fil avec deux avantages principaux : le taux d’absorption maximum est garanti et il peut fonctionner en basse fréquence (moins dangereux pour les humains). Dans un régime fortement couplé, le transfert d’énergie peut donc être très efficace. (KYKim) .

L’entreprise WiTricity et les diverses utilisations de l’électricité sans fil dans le monde

WiTricity est une expérience de transmission de l’électricité sans fil réalisée par la corporation du même nom, conçue par Dave Gerding en 2005, et réalisée en 2007 par l’équipe de recherche de l’Institut de technologie du Massachusetts (MIT) dirigée par le professeur Marin Soljačić2. Le terme de WiTricity est un mot-valise pour « Wireless électricité ». L’expérience a pour objectif de couvrir un large éventail de résonateurs couplés, mais l’équipe s’était alors contentée d’axer le travail expérimental sur la preuve que les résonateurs à couplage magnétique pourraient échanger de l’énergie de la manière prévue, et d’une quantité nécessaire pour la recharge sans fils des périphériques, tels que les téléphones. L’équipe a ensuite analysé un système de deux résonateurs électromagnétiques couplés à travers leurs champs magnétiques, et ont pu alors identifier le régime fortement couplé à ce système et montrer que le couplage fort peut être réalisé sur des distances excédant considérablement la taille des résonateurs eux-mêmes.

Table des matières

Remerciements
Table des illustrations
Introduction général
Chapitre I: Dispositif photovoltaïque
Introduction
1. Effet photovoltaïque et irradiance
2. Technologie photovoltaïque
3. Dispositif de mesure de la tension et du courant produit par le panneau 
3.1. Description générale du dispositif
3.2. Programmation
3.3. Enregistrement des données à l’aide de la macro PLX-DAQ d’Excel
3.4. Utilisation d’un module SD
3.5. Intégration d’un afficheur LCD dans le dispositif
3.6. Panneau solaire
4. Travail expérimental
4.1. Lieu des expériences
4.2. Expériences
5. Panneau photovoltaïque équipé d’un suiveur de soleil
5.1. L’intérêt d’un suiveur
5.2. Conception et réalisation du suiveur solaire
5.3. Conception de la carte commande du suiveur
Conclusion
Chapitre II:transfert d’energie sans fil
1. Champ magnétique et induction électromagnétique
1.1 Champ électrique
1.2 Champ magnétique
1.3 Flux magnétique
1.4 Induction électromagnétique
1.5 L’approche de Faraday
2. Transfert d’énergie
2.1 Pourquoi utiliser des fils électriques ?
2.2 Pourquoi chercher à s’en débarrasser ?
2.3 Principe de l’électricité sans fil
2.4 Impact sur la santé
2.6 Intérêt des condensateurs dans un circuit
3. L’entreprise WiTricity et les diverses utilisations de l’électricité sans fil dans le monde
4. Le champ et le flux magnétique en électricité sans fil
4.1 Induction mutuelle
4.2 L’auto-induction
4.3 Le flux magnétique et la force électromotrice induite
4.4 Inductance et résistance interne des bobines
5. Circuits d’oscillation
6. Travail expérimental
6.1 Première expérience
6.2 Deuxième expérience
6.3 Calcul d’inductance
6.4 Quatrième expérience
6.5. Redressement du signal de sortie a la bobine réceptrice
Conclusion
Conclusion Générale
Bibliographie
Annexe
RESUME
Abstract

Télécharger le rapport complet