Solaire

 

Théorie:

Sur l’orbite moyenne de la terre, mesuré dans l’espace avant atmosphère terrestre, le soleil fournit une puissance de 1361 Watts/m^2. Cette puissance est fonction de la distance du soleil. Elle tombe à  600 W/m^2 autour de Mars.

Un bonne partie de cette énergie “Rebondi” dans l’espace sans être capté par la terre. La capacité de refléter la radiation solaire est un facteur appelé Albedo. Ce facteur est coté de 0 à 1. 0 étant une absorption complete (Black Body) et 1 une réflexion à 100%. Voici quelques exemple de facteurs Albedo : Nuages = 0.17 (17%),  Molécules d’air = 0.8 (8%), Sable = entre 0.8 est 0.9. Ils font partie des réflecteurs de l’énergie solaire. Au total c’est 31% du 1361 Watts, qui est retourné dans l’espace.

Si on regarde l’énergie disponible pour des panneaux solaire, elle serait environs de 1000 Watts par mètre carré (1kW/m^2).

Production :

Pour récupérer l’énergie du soleil, il faut des cellules photovoltaïques. Les cellules que j’ai choisi sont les Maxeon C60 Grade B de Sun Power comme celle des 2 avions solaire Solar Impulse qui eux utilisent du Grade A -> $. (N.B. certain semble dire que les meilleurs sont de grade L ). Ce sont des cellules Mono-Cristalline.

Les cellules sont regroupées sur un panneau support qui peuvent être fait de différents matériaux. J’ai choisi des panneaux en Ethylene tetrafluoroethylene  (ETFE) qui sont plus resistant à la corrosion et la radiation du soleil,  ce qui devait leur donner une durée vie plus grande que les panneaux en Polyethylene terephthalate (PET). Il y avait aussi l’aluminium mais le poids était un facteur important. En ETFE, chaque panneau pèse autour de 1.5 Kg mais sont flexible.

Flexible solar panel-2

Un panneau en  ETFE semble être avoir une plus grande rugosité que les autres panneaux que j’ai vu sur internet.

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Cette rugosité élevée semble causer un problème en captant la poussière qui est plus difficile a déloger. J’ai peur que cela diminue l’efficacité des panneaux. Je vais surveiller ce problème de près. On a vu que la reflexion du sable est entre 0.8 et 0.9. Donc dramatique pour mon cas.

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J’utilise 4 panneaux flexible et WaterProof de 100 Watts. Au total la surface est d’environs 2 mètres carré (1 mètre de large par 2 métreur de long). Les panneaux sont a peu près 6 pouces plus large que le vélo, donc 3″ de chaque côté. .L’efficacité des panneaux solaire que l’on retrouve un peu partout, sont entre 15 et 22 %. Mes panneaux ont une efficacité annoncé de 19.90% ce qui signifie que pour 1 m^2, je récupère 19.90% du 1000 Watts disponible soit 199 Watts mais ceci lors d’ensoleillement maximum et a un angle droit des rayons. je pourrais donc en théorie capter 398 Watts avec mes 4 panneaux, mais pour l’instant, je n’ai pas vu souvent plus de 350 Watts.

La tension (V) de sortie d’un panneau est en moyenne 21.6 Volts, alors j’en ai mis deux en série obtenant ainsi autour de 43.2 Volts, ce qui est près de la tension nominale de ma batterie qui est à 52V.

Conversion:

Pour convertir cette énergie à une tension compatible avec la batterie, on peut utiliser des contrôleurs de charge.

Le contrôleur de charge prend cette tension de 42 Volts et l’amène plus haut (Boost) que la tension actuelle de la batterie afin de favoriser un transfert d’énergie vers la batterie. Plus la tension de la batterie augmente, plus la tension de sorti du contrôleur augmente afin de continuer la charge à un rythme adéquat.  Mes contrôleur ont une tension de sortie maximal à 56.8 Volts. Lorsque cette tension est atteinte, on peut dire que les panneaux ne produisent plus de puissance.

J’ai regardé 2 sortes de contrôleurs de charge. Je ne sais pas s’il en existe d’autres:   les Maximum power point tracking (MPPT) et des Pulse-width modulation (PWM)

J’ai opté pour le MPPT car selon certain, il serait plus efficace, ce qui est essentiel pour mon projet. J’ai opté pour Genasun GVB-8-WP.  Il est WaterProof, ce qui va malheureusement être utile 🙂 Le GVB-8-WP peut prendre 300 Watts. j’ai en donc 2 pour couvrir le 400 Watts théorique.

MPPT IMG_0023

Les conditions d’irradiation des panneaux solaires de mon vélo peuvent changer rapidement, on passe dans l’ombre d’un arbre et puis on en resort en une seconde. Mes contrôleur s’ajuste 15 fois par secondes. Ce n’est pas nécessaire pour des panneaux solaires sur un toit de maison, mais très intéressant pour un projet comme le mien.

Stockage:

Cette énergie est ensuite envoyé a une batterie. j’ai opté pour une batterie de 52 Volts et de 16.5 Ampère-Heure (Ah) théorique mais de 17.52 Ah réel, pour un total de 52V *17.52 Ah = 911 Wh. Lorsque la batterie est 100% pleine, sa tension V est à 58.8V mais comme mon contrôleur n’atteint que 56.8 V ma batterie n’est jamais réellement pleine.

La batterie joue deux roles, Stockage bien sur, mais aussi elle me permet d’avoir une plus grande puissance lors de pente abrupte. Mes panneaux sont limité a 400 watts mais avec tout mon équipement sur mon vélo, l’énergie nécessaire pour monter ce poids sera bien plus grand que ce 400 Watts. Durant mes essais, j’ai pu observé une puissance demandé par le moteur de plus de 1000 Watts.

Mon design comporte plusieurs problème.

—–PAS FINI —

Le premier est au niveau de la cellule de la batterie. Que ce soit dans une batterie de voiture Tesla ou dans celle de mon vélo, on retrouve des cellules 18650 de Panasonic (fiche ici) Test ici   Chaque cellule a une tension nominal de 3.6 Volts et une capacité de 2450 mAh. La vitesse de recharge maximum est de 5 Ampère.

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