Arbre solaire ( Système photovoltaïque )
Aperçu des sections
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Tableau des compétences STI2D
Compétence
Connaissances associées (Savoirs)
CO1.1
Identifier et analyser le besoin, le principe du suiveur et les bénéfices énergétiques.
CO2.1 / CO2.2
Proposer des solutions techniques, concevoir l'architecture et réaliser le montage.
CO3.1
Appliquer une démarche scientifique : modélisation CAO 3D et simulation de comportement.
CO4.1 / CO4.2
Analyser l'impact environnemental (ACV) et argumenter les choix techniques.
CO4.3
Argumenter les solutions constructives et les résultats de performance.
CO5.8 (SIN1/2)
Architecture matérielle (microcontrôleurs), modélisation électrique et réseaux.
CO6.5
Mesurer les performances et valider les constituants de la chaîne de mesure.
CO7.3 (SIN1/2)
Programmation logicielle (Arduino/ESP32), traitement des signaux et scripts.
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Conception et réalisation d’une maquette pédagogique d’un arbre solaire suiveur.
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Le pont diviseur de tension optimise l'ensoleillement de l'arbre solaire en agissant comme un conditionneur de signal indispensable pour piloter le système.
Voici comment ce mécanisme participe à l'optimisation de l'ensoleillement :
- Conversion de l'information lumineuse : Pour capter la position du soleil, on utilise une photorésistance dont la résistance électrique varie selon l'éclairement. Cependant, cette variation de résistance n'est pas directement exploitable par un système de contrôle (comme une carte Arduino). Le pont diviseur permet de transformer cette variation de résistance en une variation de tension électrique (Us), qui est bien plus facile à mesurer et à traiter.
- Application de la loi fondamentale : En plaçant la photorésistance (R2) en série avec une résistance fixe (R1), la tension de sortie est définie par la formule : Us = Ue * ((R2)/(R1 + R2)). Ainsi, chaque changement de luminosité modifie R2, ce qui entraîne une modification précise de Us.
- Pilotage de l'orientation : Grâce à cette tension qui devient une "image" de la lumière reçue, le système peut effectuer des tests d'optimisation d'orientation. L'arbre peut ainsi comparer les niveaux de luminosité de différents capteurs pour ajuster sa position et maximiser l'exposition solaire de ses panneaux photovoltaïques.
En somme, sans le pont diviseur, l'arbre ne pourrait pas "lire" l'ensoleillement de manière électronique pour orienter ses branches vers la source de lumière la plus forte.
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Problématique (Mise en situation)
L'arbre solaire possède un système de stockage (batterie ou supercondensateur) d'une tension nominale de 12V.Pour optimiser l'énergie et protéger les composants, le microcontrôleur (type Arduino) doit surveiller l'état de charge de cette batterie.Contrainte technique : Les entrées analogiques d'une carte Arduino ne supportent pas une tension supérieure à 5V. Si l'on branche directement la batterie, la carte sera détruite.- Défi : Comment diviser la tension de la batterie par un facteur suffisant pour qu'elle devienne lisible par la carte ?
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