Soutenance mémoire
Dans la vie quotidienne, la lumière est indispensable à l’humanité. Bien sûr le soleil nous présente un éclairage impeccable pendant le jour, cependant à sa disparition, au crépuscule, la lumière fait place à l’obscurité. Or certains hommes toujours continuent le travail à la tombée de la nuit. Pour cela, on utilise le réseau électrique qui leur fournit la puissance nécessaire pour allumer les lampes. Ces lampes en général avec des interrupteurs classiques qu’il faut actionner manuellement pour interrompre la connexion à l’alimentation. Pour l’éviter c’est un travail répétitif, le thème concerne une automatisation de l’allumage. J’ai choisi comme sujet conception d’un interrupteur automatique.
NOTION FONDAMENTALE DE L’ENSOLEILLEMENT
Généralité
Le rayonnement émis par le soleil comporte des ondes électromagnétiques dont une partie, appelée le rayonnement solaire, ne cesse de parvenir à la limite supérieure de l’atmosphère terrestre. En raison de la valeur prise par la température superficielle du soleil environ 5780°K, l’énergie de rayonnement électromagnétique transmise à la terre provient essentiellement de l’émission d’ondes lumineuses qui se situent dans le visible (entre 0,4 et 0,8 µm de longueur d’onde environ) et le proche infrarouge (inferieur 0,4 µm) ; cette énergie, moyennée sur une année et sur l’ensemble de la limite supérieure de l’atmosphère, correspond à un éclairement de quelque 340 W.m . Mais sur cette quantité d’éclairement qu’apporte le soleil au système terre-atmosphère, environ 100 W.m sont réfléchis vers l’espace : le reste est absorbé, pour un tiers par l’atmosphère et pour les deux tiers par la surface terrestre.
Etude théorique de l’ensoleillement
Définition d’ensoleillement :
On appelle ensoleillement l’éclairement lumineux solaire. C’est le flux de photon par unité de surface, de plus précisément la quantité de photon transmise à travers une unité de surface par unité de temps. L’héliographe (instrument permettant d’enregistrer le temps ;(durée) d’ensoleillement), ne détecte qu’un rayonnement solaire direct supérieur à cette valeur du seuil fixé à 120W/m².
Description du soleil :
Le soleil est une énorme sphère incandescente de plasma formé par deux éléments principaux (hydrogène et l’hélium) à la température voisine de 5780°K. Il est situé à une distance voisine de 150 de millions kilomètre de la terre.
Les paramètres du rayonnement solaire
Rayonnement solaire
Le soleil est une étoile parmi tant d’autre. Il a un diamètre de 1390000 km ; soit environ 50 fois celui de la terre. Il est composée à 80% d’hydrogène, 19% d’hélium, et 1% d’un mélange de 100 éléments; soit pratiquement tous les éléments chimiques connus depuis que Langevin et Perrin, s’appuyant par la relation de la relativité d’Einstein ont émis l’idée il y a une soixantaine d’années que c’est l’énergie de fusion nucléaire qui fournit au soleil sa puissance, elle est aujourd’hui admis que le soleil est une bombe thermonucléaire hydrogène-hélium transformant chaque seconde 564 millions de tonnes d’hydrogène en 560 millions tonnes d’ hélium ; la réaction faisant dans son noyau à la température d’environ 25millions de degrés Celsius. Ainsi ; à chaque seconde, le soleil est allégé de 4 millions de tonnes dispersées sous forme de rayonnement. Sa lumière ; à une vitesse de 300000 km /s, met environ 8 minutes pour parvenir à la terre sa distribution spectrale de l’atmosphère est représentée par un maximum pour une longueur d’onde 0.5 µm .
L’énergie solaire reçue sur terre
La Terre est située à 150 millions de km du Soleil, à la température voisine 5780°K. Celui-ci émet en permanence 1026 Watt sous forme de rayonnement et la Terre reçoit 178 millions de milliard de Watt sur sa face éclairée soit 350 Watt par m² à l’équateur. Le rayonnement solaire est un rayonnement électromagnétique composé essentiellement :
➤ de lumière visible de longueur d’onde comprise entre 400nm et 800 nm ;
➤ de rayonnement infra rouge (IR) de longueur d’onde supérieure à 400 nm ;
➤ de rayonnement ultra violet (UV) de longueur d’onde inférieure à 800nm.
Au niveau du sol, l’ensoleillement global reçu par une surface plane d’inclination quelconque est constitué de trois composantes principales.
Le rayonnement direct :
C’est le rayonnement reçu directement du soleil, sans diffusion dans l’atmosphère, il porte beaucoup d’énergie, comme le mouvement annuel et quotidien du soleil est parfaitement prévisible. Pour éliminer le rayonnement diffus, on prend un détecteur placé au fond d’un tube de contrôle muni de diaphragmes. Cet appareil est appelé pyrhéliomètre.
Rayonnement diffus :
C’est le rayonnement réfléchi par l’atmosphère, sa contribution est alors non uniforme par voute céleste. Elle est plus concentrée aux alentours du soleil et à proximité de l’horizon.
L’albédo :
C’est la fraction de rayonnement non adsorbée par le sol. Il varie en fonction du type du sol de son état de surface. La somme de ces trois rayonnements est appelé l’insolation ou rayonnement solaire totale. L’instrument de mesure employé comprend deux pyranomètres identiques montés sur le même socle. L’un orienté vers la voute céleste mesure le rayonnement globale, l’autre ne voit que la partie provenant du sol.
LES CELLULES PHOTOVOLTAIQUES
Généralité
Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour la fabrication des cellules photovoltaïques disponibles à un niveau industriel. Le silicium est fabriqué à partir de quartzeux (dioxyde de silicium). Celui-ci est chauffé dans un four électrique à une température de 1700°C. Divers traitements du sable permettent de purifier le silicium. Le produit obtenu est un silicium de métallurgie, pur à 98% seulement. Le silicium est ensuite purifié chimiquement et aboutit au silicium de qualité électronique qui se présente sous forme de liquide, puis coulé sous forme de lingot suivant le processus pour la cristallisation du silicium, et découpé sous forme de fines plaquettes (wafers). Par la suite, ce silicium pur va être enrichi en élément dopants (P, As, Sb, B) lors de l’étape de dopage, afin de pouvoir le transformer en semi conducteur de type P ou N. La diffusion d’élément dopants (bores, phosphore) modifie l’équilibre électronique de ces plaquettes (wafers), ce qui les transforment en cellule sensible à la lumière. La production des cellules photovoltaïques nécessite de l’énergie, et on estime qu’une cellule photovoltaïque soit fonctionnée pendant plus de deux ans pour produire l’énergie qui a été nécessaire à sa fabrication.
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Table des matières
INTRODUCTION
SCHEMA BLOC
I : NOTION FONDAMENTALE DE L’ENSOLEILLEMENT
1-1 Généralité
1-2 Etude théorique de l’ensoleillement
1-2-1 Définition d’ensoleillement
1-2-2 Description du soleil
1-3 Les paramètres du rayonnement solaire
1-3-1 Rayonnement solaire
1-3-2 L’énergie solaire reçue sur terre
1-3-2-1 Le rayonnement direct
1-3-2-2- Rayonnement diffus
1-3-2-3- L’albédo
II : LES CELLULES PHOTOVOLTAIQUE
2-1 Généralité
2-2- Système photovoltaïque
2-2-1- L’effet photovoltaïque
2-2-2- Cellules photovoltaïques
2-2-2-1- Bande de valence
2-2-2-2 Principe photovoltaïque
a-Jonction N-P
b-Production d’électricité
C- Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque
2-2-2-3 Les caractéristiques électriques d’une cellule photovoltaïque
2-2-2-4 Module solaire photovoltaïque
2-2-2-6 Courant – tension
2-2-3 Le rendement d’une cellule photovoltaïque @ [%]
2-2-4 Les facteurs de forme [%]
2-2-5 L’influence de l’éclairement solaire le fonctionnement d’une cellule photovoltaïque :
2-2-6 Puissance
III : LES PHOTORESISTANCES
3-1 Définition
CONCEPTION D’UN INTERRUPTEUR AUTOMATIQUE OPTIQUE
Promotion MI.RA.NA Page
3-2 Principe
3-3 Géométrie
3-4 Courbe de la caractéristique en fonction de la luminosité
IV : CONCEVOIR UN SYSTEME DE COMMENDE AUTOMATIQUE DES ECLAIRAGES
4-1 Le thyristor
4-1-1 Définition
4-1-2 Fonctionnement
4-1-2-1 Etat bloqué : (ouvert ou non-conducteur)
4-1-2-2 Etat passant : (fermé ou conducteur)
4-1-3 Commutation
4-1-3-1 Fermeture
4-1-3-2 Ouverture
4-2- Le triac
4-2-1 Définition
4-2-2 Fonctionnement
4-3 Circuit de commende
4-3-1 La partie puissance
4-3-2 Partie commandent
4-3-2-1- Alimentation continue
4-3-2-2- Tension de commende
V- Essai et Réalisation
5-1 Essai sur plaquette d’essai
5-2 Identification des composants
5-3 Tableau des différents composants
5-4 Réalisation du circuit imprimé
VI- IMPLICATION PEDAGOGIQUE
6-1 – Introduction
6-2 Thème 01 : Etude d’un thyristor
6-2-1-En salle
6-2-2- Au Laboratoire
6-3 Thème 02 : Etude d’un triac et d’un diac
6-3-1 En salle
1- Définition
6-3-2 Au Laboratoire
CONCEPTION D’UN INTERRUPTEUR AUTOMATIQUE OPTIQUE
Promotion MI.RA.NA Page
6-4 Caractéristique des thyristors et triacs
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
