1. Introduction. Description de l`installation.

Superviseur Pôle EnR « La Baronnerie » .
Introduction. Description de l’installation
1.
Introduction. Description de l’installation.
Le but de cet projet consiste à mettre en place faire un Superviseur du Pôle d’Énergies
Renouvelables « La Baronnerie ». Il s’agit de créer un système d’acquisition des données de
toute l’installation.
Il faut commencer par la présentation de l’installation du « Pôle Énergies
Renouvelables » pour une meilleure compréhension du projet.
L’installation a été créée avec l’objectif de favoriser l’utilisation par les particuliers
des énergies renouvelables, avec les partenaires de l’association de promotion des énergies
renouvelables Alisée et l’entreprise Piscines Services Anjou travaillant au chauffage solaire
des piscines.
Figure 1.1. Pôle Energies Renouvelables « La Baronnerie »
L’installation comporte deux parties bien différentes: la partie électrique et la partie
thermique. Chaque partie de l’installation utilise un bâtiment complètement différent.
1.1.
Pôle Électrique
Dans le Pôle Électrique, on produit de l’énergie électrique moyennant un
aérogénérateur fonctionnant en continu, un ensemble de 24 panneaux solaires
photovoltaïques, et un groupe électrogène diesel.
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Félix Garcia Torres
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L’accumulation d’énergie produite est mis en oeuvre par un parc de batteries. Avec
cette énergie produite, on alimente d’un côte le parc informatique de la salle des BTS
électrotechnique, et le reste de l’énergie fournie est envoyée vers le réseau EDF.
Donc il faut utiliser deux onduleurs complètement différents.
Ci-après, il faut utiliser chaque composant de l’installation est décrit de façon de façon
plus précise.
a) Les panneaux solaires photovoltaïques.
La centrale solaire est constituée d’un ensemble de 24 panneaux photovoltaïques pour
une superficie totale de 24 m2. Ces panneaux sont constitués de silicium monocristalin et ont
chacun une tension de 12 V. Leur inclinaison á été calculée pour former un angle le plus
perpendicular possible avec les rayonnements du soleil pendant l’hiver. Ils sont inclinés à 60º.
Figure 1.2. Panneaux Solaires Photovoltaïques.
La tension nominale des batteries est de 48V donc on a deux ensembles de 12
panneaux disposés en 3 séries de 4 panneaux en parallèle. Au total, l’installation
photovoltaïque a une puissance totale installée de 2.6 KW crête.
Les rayons du soleil viennent alimenter les panneaux solaires photovoltaïques (1) qui
fournissent l’énergie électrique, cette énergie passe par un régulateur (4) qui l’adapte afin de
pouvoir l’envoyer aux batteries (6). Celles-ci permettent le stockage de l’énergie afin de
pouvoir la redistribuer au gré des utilisations. Des organes de coupures et de protections sont
présent au sein de cette installation afin de pouvoir assurer d’abord la protection des
personnes, ensuite la protection du matériel et enfin de pouvoir en assurer la maintenance.
Ainsi on peut voir en sortie des panneaux solaire des diodes (2) qui empêchent un éventuel
retour de courant, dans le cas contraire il pourrait y avoir une destruction complète des
panneaux. A la suite des diodes se trouvent un sectionneur porte fusible (3), cet organe
protège les personnes et de plus permet de désolidariser les panneaux de l’installation. Ceci
permet, dans le cas d’une opération maintenance, de pouvoir travailler en toute sécurité, car
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les panneaux fournissent de l’énergie tant qu’il y a du soleil. A la sortie du régulateur, est
disposée un fusible (5), afin de protéger las batteries et les régulateur d’un éventuel courtcircuit. Voir figure 1.3.
Figure 1.3. Schéma des panneaux photovoltaïques
.
b) L’éolienne.
La machine éolienne est composé de deux éléments principaux :
-
La nacelle, située au bout du mât à environ 16 mètres du sol, comporte toute la
mécanique allant des pales jusqu’à la génératrice.
Le mât, tube creux chargé de porter la nacelle est fixé au sol.
Figure 1.4. Eolienne
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La tête de la nacelle est constituée de 3 pâles de long chacune pivotantes sur elles
mêmes et se rejoignant sur un seul et même arbre. Cet arbre entraîne un système de pouliescourroies multiplicateur de vitesse. La génératrice continue est placée juste en sortie de ce
multiplicateur.
Le vent vient mettre en mouvement les pales de l’éolienne; la rotation de l’axe
principal, engendrée par ce mouvement est amplifiée par le multiplicateur (1). La vitesse ainsi
multipliée arrive sur la génératrice (4) qui transforme l’énergie motrice en énergie électrique,
celle-ci est ensuite acheminée jusqu'aux batteries avant la redistribution selon les besoins.
Le vérin (3), à travers l’axe principal gère l’orientation des pales. Ce mouvement des
pales tient compte de la vitesse du vent. Dans les cas où le vent est trop important, on peut
ainsi faire en sorte que la portance du vent sur les pales soit moins importante, la génératrice
marche à une certaine vitesse et donc en cas de grand vent le système serait ralenti par celleci, donc les différentes parties de l’éolienne seraient soumises à une trop grande pression, et
donc pourraient subir des dommages, voir se casser. Associé à ce vérin on peut voir un verrou
(6), il sert à bloquer les pales en drapeau. Cette mise en drapeau est une fonction qui permet,
dans le cas de vent vraiment trop important, d’arrêter l’hélice afin d’empêcher rupture de
l’éolienne.
Figure 1.5. Synoptique de fonctionnement de l’éolienne.
Afin de pouvoir contrôler l’évolution de la vitesse du vent, un anémomètre (2) a été
placé en haut de l’éolienne. Grâce à cet anémomètre on peut orienter les pales (à l’aide du
vérin) ; de plus l’afficheur permet un rendu visuel de la vitesse du vent et on peut aussi
comparer l’énergie produite à l’énergie éolienne initiale.
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Sur le synoptique, on peut voir deux capteurs de vitesse (5) placés au niveau des roues
du multiplicateur (roue liée à l’arbre tournant à la vitesse du vent, et roue liée à la vitesse
arrivant sur la génératrice) ; en comparant les deux vitesses et connaissant rapport du
multiplieur, on peut savoir s’il y a un problème, par exemple si une courroie est cassée.
Au niveau de l’axe de rotation de la nacelle, on peut voir que deux fils transportent
l’énergie électrique aux batteries. On sait que la nacelle s’oriente selon le vent et, dans le cas
de vent tournant, il se peut que trop de tours soient effectués, et donc que les fils se vrillent.
Afin de pouvoir gérer ce problème, deux capteurs de position (7) de la nacelle compte le
nombre de tours effectués par celle-ci. Dans le cas où le nombre de tours arrive à 3, un
système de dévrillage se met en route.
c) Le Groupe Électrogène.
Un groupe électrogène de puissance 6 KVA environ, sera installé. La supervision du
pôle a été conçue en prévoyant pour la future installation de cet groupe électrogène.
d) L’Onduleur Autonome.
L’énergie produite par toutes les sources est continue sous une tension de batteries de
48 V. Afin d’alimenter le bâtiment B.T.S. Électrotechnique, a été installé un onduleur
MasterVolt Dakar Sine 48/5000 5000VA – 10000VA/48 Vdc.
e) L’Onduleur Réseau.
De la même façon, pour injecter de l’énergie électrique sur le reseau EDF a été installé
un onduleur SMA Sunny Boy 1100LV.
f) Batteries.
Le dernier composant de l’installation du Pôle Électrique est le système de stockage
d’énergie. On été installés 24 éléments de 2V Dryfit A 600 Solar Sonnenschein 2V/ 1400 Ah
C100.
Figure 1.6. Batteries.
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1.2.
Pôle Thermique.
Figure 1.7. PôleThermique
Cette installation se doit d’être le reflet d’une installation de chauffage d’eau chaude
sanitaire (ECS) couvrant les besoins d’un pavillon de 4 à 5 personnes. Le mesurage permet
d’établir des bilans énergétiques sur le rendu global de l’installation mais aussi d’obtenir des
caractéristiques précises sur les divers éléments qui la constituent. Le chauffage d’eau est mis
en ouvre moyennant un équipement de deux panneaux solaires thermiques de 2 m2 chacun.
Le projet inclut également le mesurage d’une installation de chauffage solaire d’une
piscine hors-sol de 50 m3. Pour cela, on fait le chauffage avec quatre panneaux à tubes de 2
m2 chaque un.
Figure 1.8. Piscine.
Enfin, le projet comprend l’installation d’un groupe électrogène cogénéré destiné à
recharger le parc batteries lorsque le pôle n’a pas été ensoleillé durant une longue période.
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Le synoptique suivant présente le principe de l’installation co-génération ECS.
SCHEMA DE PRINCIPE – COGENERATION ECS
ALIMENTATION EN
EAU CHAUDE
SANITAIRE
DES
LAVABOS
Capteurs solaires
4 m²
Ballon solaire
Groupe électrogène
cogénéré
énergie
électrique
RESEAU EAU
POTABLE FROIDE
VERS CHARGEUR
PARC BATTERIES
Figure 1.9. Schéma du circuit d’eau chaude sanitaire
Ci-dessous le synoptique de l’installation de chauffage destiné à la piscine :
SCHEMA DE PRINCIPE – CHAUFFAGE SOLAIRE PISCINE
Capteurs solaires
8 m²
ASPIRATION
EAU FROIDE PISCINE
Echangeur
thermique
REFOULEMENT
EAU CHAUDE
PISCINE
Figure 1.10. Schéma du circuit de chauffage de la piscine.
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Comme on a déjà indiqué à propos de la partie électrique il faut mentionner que le
groupe électrogène n’a pas encore été installé, mais dans ce projet tout a été prévu pour la
future installation de cet équipement.
1.3.
Système d’Acquisition de données.
Dans chaque pôle a été installé un automate programmable industriel avec la mission
de faire toute l’acquisition de données. Cet automate chargé de faire l’acquisition de données
sur le pôle électrique est un TSX MICRO. Pour le autre côte, l’automate chargé de faire
l’acquisition de données sur le pôle thermique a été un TSX PREMIUM. Tous les deux sont
de marque Modicon Télémécanique du Groupe Scheneider Electric. Chacun a été connecté
moyennant une liaison Uni-Telway à un afficheur XBT F023110 fourni aussi par Modicon
Télémécanique. De façon, on peut avoir un affichage de données directement.
Les deux automates ont été connectes entre eux à l’aide d’une liaison Uni-Telway par
la carte PCMCIA de chacun. De cette façon, on configure l’automate du le pôle thermique
comme maître et l’automate du le pôle électrique comme esclave. Ensuite, moyennant une
liaison Modbus, l’automate maître moyennant le module de communication TSX SCY 21601
communique avec un PC à une distance 100m environ.
Figure 1.11. Schéma de communication.
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Tous les composants de l’installation ont été instrumentés moyennant les appareils de
mesure adéquats de façon à lire les valeurs de toutes les grandeurs avec les deux automates.
1.4.
Système Superviseur.
Une fois décrits tous les éléments de l’installation, on est prêts pour définir les points
qu’ont été développés en cet projet.
Donc, comme il a été commenté en les points précédents on dispose déjà de toute une
installation permettant de réaliser un système de mesures sur le Pôle d’Énergies
Renouvelables qu’a été décrit.
Tous les appareils de mesures possèdent une sortie branché avec l’automate de façon
que selon la grandeur mesurée on puisse avoir une tension évoluant entre 0 et 10V sur une
entrée analogique de l’automate s’il s’agit d’une variable analogique. Ou seulement une
impulsion de 24 V à l’entrée digitale de l’automate s’il s’agit de une variable digitale.
1.4.1. État de l’art.
On part de l’installation comment on a décrit jusqu'à le dernier point. On avait toutes
les outils pour faire le superviseur au niveau de hardware. Le partie du superviseur développé
en ce projet est tout le système superviseur a niveau software.
Tout suite on décrit tous le points du projet.
1.4.2. Programmation de l’automate programmable industriel.
Il s’agit de faire toute la programmation au niveau de l’automate de façon qu’on à
obtenir de directe ou indirectement toutes les variables de l’installation.
A été identifiée chaque chaîne de mesure de chaque appareil pour avoir la valeur de la
mesure en unités du système international dans l’automate.
L’étape suivante a consisté à réaliser le code avec le logiciel de programmation PL7
Pro V4.0 fourni également par l’entreprise Modicon Télémécanique du Groupe Scheneider
Electric.
Avec ce code on calcule de façon directe ou indirecte tous les courants, tensions,
puissances et énergies, soient fournies ou soient consommés, de chaque composant du Pôle
Électrique. De plus, on a une acquisition du rayonnement solaire , de la vitesse du vent, de la
vitesse de l’hélice et de la génératrice de l’éolienne, de la position de la nacelle et de la
position des pales de l’éolienne.
Sur le pôle thermique on fait une mesure de toutes les températures, débits, puissance
et énergie de chaque un des circuits qui participent en l’installation. On fait, aussi une
acquisition de la température extérieure.
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Finalement, est réalisée la configuration adéquate des automates pour pouvoir établir
la communication entre les deux, et entre l’automate maître et l’ordinateur avec le liaison
Modbus.
1.4.3. Configuration de l’interface OPC.
Toutes les données envoyées depuis l’automate maître vers le ordinateur sont reçus via
l’interface de communication OPC Factory Server, de Modicon Télémécanique. Il s’agit de
faire la configuration de ce logiciel pour pouvoir rendre effective la réception des données.
1.4.4. Programmation sur Labview.
Finalement, on réalise un programme sur le logiciel Labview V7.0 de National
Instrument avec lequel on fait un interface graphique de façon à ce que l’utilisateur puisse
avoir une acquisition directe des mesures et calculs réalisés sur l’ordinateur.
Par ce programme, il sera possible de visualiser les graphes d’évolution de toutes les
variables de l’installation, ainsi comme, les histogrammes d’énergies produites ou
consommées.
De plus, sont confectionnées les tables de données de toute l’acquisition. Labview
créée journellement un fichier avec toutes ces informations afin d’avoir un historique de
données de l’installation.
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