TP — Système Photovoltaïque Autonome

Objectif : Concevoir, assembler, instrumenter et documenter un système photovoltaïque autonome combinant fonctionnalité énergétique et faisabilité technique.
Ce projet s'inscrit dans l'étude des modes de production d'électricité et de la chaîne énergétique complète, avec analyse des rendements, des pertes et de l'impact environnemental.

Séance 1 (4h) Analyse systémique et chaîne énergétique

• Modéliser la chaîne énergétique : énergie solaire → capteurs PV → conversion → stockage/distribution → utilisation
• Identifier les composants fonctionnels & interfaces énergétiques (mécanique, électrique, thermique)
• Analyser : puissance de sortie, courbes I-V panneaux, tension nominale, capacité de stockage

1. Diagramme contexte SYSML (limites, acteurs, énergie)
2. Diagramme de blocs interne (capteurs → contrôleur → batterie → interface utilisateur)
3. Consigner données techniques : P_max, V_oc, I_sc, rendement
4. Formaliser équations énergétiques : P = U×I, E = P×t, η = E_utile / E_entrée
5. Analyse des pertes : résistances, dissipation thermique, décharge batterie

Séance 2 (4h) Conception détaillée & spécifications techniques

• Définir les spécifications : puissance nominale, rendement cible, facteur de forme
• Concevoir architecture matérielle et schémas électriques
• Sélectionner les composants (performance & coûts)

1. Cahier des charges : V_in, I_max, P, rendement min., température
2. Schémas électriques détaillés (chainage, MPPT, protections...)
3. Calculer config. PV optimale (nombre/agencement panneaux, STC)
4. Courbes de décharge batterie vs charge
5. Liste matériel finalisée (références, coût-énergie)

Séance 3 (4h) Construction, montage & tests électriques

• Assembler la structure, valider sécurité électrique
• Tester la production sous conditions contrôlées
• Documenter écarts constructeur

1. Assemblage structure/support (stabilité, angle incidence)
2. Installation câblages (normes, codes couleur)
3. Tests sécurité : isolement, continuité, polarité
4. Mesure à vide : V_oc, puissance de crête (STC)
5. Mesures tension/courant en charge
6. Analyse écarts datasheet fabricant

Séance 4 (4h) Instrumentation, mesures de rendement & optimisation

• Calculer rendement global : η_global = P_sortie / P_incidente
• Identifier et quantifier pertes : PV, conversion, stockage, distribution
• Maximiser le ratio énergie utile / énergie investie

1. Installer systèmes mesure : pyranomètre, multimètre, data logger
2. Protocole mesures horaires (températures, relevés)
3. Tracer courbes : P = f(Irradiance), η = f(temp), rendement batterie
4. Calculer rendement global tenant compte des pertes
5. Estimer l'impact : EPBT, émissions CO₂ évitées (France vs Allemagne)

Séance 5 (4h) Valorisation sociétale & impact environnemental

• Cycle de vie complet (matières, fabrication, transport, utilisation, recyclage)
• Viabilité socio-économique (durée vie, maintenance, accessibilité)
• Comparaisons modes de production (solaire/éolien/grid, France/Allemagne)

1. Interface d'accès énergétique (USB, prise smart, affichage kWh...)
2. Test appareils cibles (smartphone, LED, ventilateur...)
3. Documentation usages potentiels (espaces publics, signalisation, éducation)
4. Analyse ACV simplifée (émissions CO₂ fabrication/évitées annuelles)
5. Comparaison bilan carbone chariot DMS
6. Étude risques et limites (dégradation UV, batterie, égalité accès)

Séance 6 (4h) Validation, documentation & restitution finale

• Validation système en conditions réelles (jour/nuit, météo)
• Documentation technique finale
• Présentation publique, argumentation critique

1. Test continu 3 jours minimum
2. Vérification fiabilité, sécurité
3. Notice installation/maintenance (montage, batterie, nettoyage)
4. Dossier technique complet (fiches, schémas, datas, CAO)
5. Présentation orale (support visuel, choix techniques, résultats, limites, évolutions possibles)
6. Pistes d’évolution (panneaux MPPT, batterie long terme, réseau collaboratif…)