Détails du sujet
CONCEPTION ET REALISATION D'UN SYSTÈME DE POURSUITE SOLAIRE POUR L'OPTIMISATION DE LA PRODUCTION PHOTOVOLTAÏQUE
Résumé
Auteur : KATEMBO MAHUKA
Niveau: G3
Département: Genie Electrique
Année Ac: 2025-2026 , | 2026-02-19 10:25:51
Mots clés
Arduino,Energie, programmation
Intérêt
*INTÉRÊT ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTAL
Face aux enjeux de transition énergétique, ce sujet s'inscrit dans une démarche d'optimisation des énergies renouvelables. En augmentant le rendement d'un panneau photovoltaïque, le système de poursuite solaire contribue à une production d'électricité plus propre et plus efficace, réduisant ainsi l'empreinte carbone associée à la production d'énergie.
*INTÉRÊT TECHNOLOGIQUE ET PÉDAGOGIQUE
Ce sujet permet de mettre en œuvre une chaîne fonctionnelle complète d'un système asservi : acquisition de données par capteurs, traitement de l'information par un microcontrôleur, commande d'un actionneur et optimisation d'un processus. Il constitue ainsi une application concrète et pluridisciplinaire des enseignements de génie électrique (électronique, automatisme, programmation, énergie).
*INTÉRÊT ÉCONOMIQUE ET PRATIQUE
Le projet vise à évaluer la rentabilité d'une solution technique simple et accessible. En comparant la production d'un panneau fixe à celle d'un panneau mobile, il s'agit de déterminer si le surcoût matériel et la consommation propre du système sont justifiés par le gain énergétique obtenu, ce qui répond à une problématique réelle rencontrée par les installateurs et utilisateurs de systèmes photovoltaïques.
Problématique
Dans quelle mesure l'asservissement d'un panneau photovoltaïque par un système de poursuite solaire mono-axe permet-il d'accroître son rendement énergétique, et quel bilan peut-on établir entre l'énergie consommée par le mécanisme de poursuite et le surplus d'énergie effectivement collecté ?
Plan provisoire
Plan provisoire du sujet
Conception et réalisation d'un système de poursuite solaire mono-axe pour l'optimisation de la production photovoltaïque
Introduction générale
· Contexte : transition énergétique et développement des énergies renouvelables
· Problématique : l'optimisation du rendement des panneaux photovoltaïques
· Présentation du sujet et de la solution proposée (tracker solaire)
· Annonce du plan
Partie 1 : Étude théorique et état de l'art
Chapitre 1 : Fondements de l'énergie photovoltaïque
1. Principe de conversion photovoltaïque
2. Caractéristique courant-tension (I-V) et puissance
3. Influence de l'éclairement et de la température
4. Facteur déterminant le rendement : l'angle d'incidence
Chapitre 2 : Les systèmes de poursuite solaire
1. Classification des trackers (mono-axe vs. bi-axes)
2. Stratégies de poursuite :
· Poursuite programmée (basée sur des calculs astronomiques)
· Poursuite asservie (basée sur des capteurs)
3. Analyse des solutions existantes et gains rapportés dans la littérature
4. Synthèse et choix techniques justifiés pour le projet
Partie 2 : Conception et réalisation du prototype
Chapitre 3 : Cahier des charges et dimensionnement
1. Spécifications fonctionnelles du système
2. Choix des composants :
· Panneau solaire
· Capteurs (LDR, photorésistances)
· Microcontrôleur (Arduino/STM32/ESP32)
· Actionneur (servomoteur/moteur DC)
· Circuit d'alimentation
3. Schéma synoptique du système
Chapitre 4 : Réalisation matérielle (Hardware)
1. Conception et assemblage de la structure mécanique
2. Câblage électronique :
· Interface capteurs-microcontrôleur
· Circuit de commande du moteur (driver/Pont en H)
3. Intégration des systèmes de mesure (capteurs de courant/tension)
Chapitre 5 : Développement logiciel (Software)
1. Architecture du programme
2. Algorithme d'acquisition et de traitement des signaux capteurs
3. Implémentation de la logique de poursuite (méthode différentielle)
4. Gestion des modes : poursuite active, veille nocturne, sécurité
Partie 3 : Expérimentation et analyse des résultats
Chapitre 6 : Protocole expérimental
1. Description du banc de test (panneau suiveur vs. panneau fixe témoin)
2. Paramètres mesurés (tension, courant, puissance, consommation)
3. Conditions et durée des tests (journées types)
Chapitre 7 : Présentation et traitement des données
1. Relevés bruts et courbes caractéristiques
2. Calcul de l'énergie produite par chaque panneau
3. Détermination du gain brut et du gain net (bilan énergétique)
Chapitre 8 : Discussion et validation de l'hypothèse
1. Comparaison avec les données théoriques et bibliographiques
2. Analyse des écarts et identification des limites
3. Évaluation de la rentabilité énergétique du système
4. Validation ou infirmation de l'hypothèse initiale
Partie 4 : Perspectives et conclusion
Chapitre 9 : Améliorations envisageables
1. Optimisations mécaniques (réduction des frottements)
2. Améliorations logicielles (filtrage, anticipation)
3. Passage à un système bi-axes
4. Intégration dans un micro-réseau avec stockage
Conclusion générale
· Synthèse du travail réalisé
· Retour sur la problématique et réponse apportée
· Apports personnels et compétences développées
· Ouverture vers des applications plus larges
Hypothèses
Un système de poursuite solaire mono-axe, asservi par des capteurs photosensibles, permet d'augmenter le rendement énergétique d'un panneau photovoltaïque d'au moins 20 à 30 % par rapport à une installation fixe, tout en maintenant un bilan énergétique positif une fois l'énergie consommée par le mécanisme de poursuite déduite. Méthodes
Phase Intitulé Livrable attendu
1 Étude et conception Schéma bloc fonctionnel, liste des composants
2 Réalisation Prototype fonctionnel
3 Expérimentation Relevés de mesures brutes
4 Analyse Courbes comparatives, calcul du gain
5 Rédaction Rapport final et support de soutenance
Bibliographie
*Labouret, A. & Villoz, M. Énergie solaire photovoltaïque Dunod 2009
*Mertens, K. Photovoltaics: Fundamentals, Technology and Practice Wiley 2014
Bernard, F. L'énergie solaire : du rayonnement à la cellule Ellipses 2011
Directeur & Encadreur
Directeur: BARAKA Olivier MUSHAGE
Encadreur: MUMBERE GLOIRE MWEDERWA
Status
Décision ou observation:
Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON
CONCEPTION ET REALISATION D'UN SYSTÈME DE POURSUITE SOLAIRE POUR L'OPTIMISATION DE LA PRODUCTION PHOTOVOLTAÏQUE
Résumé
Auteur : KATEMBO MAHUKA
Niveau: G3
Département: Genie Electrique
Année Ac: 2025-2026 , | 2026-02-19 10:25:51
Mots clés
Arduino,Energie, programmationIntérêt
*INTÉRÊT ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTAL
Face aux enjeux de transition énergétique, ce sujet s'inscrit dans une démarche d'optimisation des énergies renouvelables. En augmentant le rendement d'un panneau photovoltaïque, le système de poursuite solaire contribue à une production d'électricité plus propre et plus efficace, réduisant ainsi l'empreinte carbone associée à la production d'énergie.
*INTÉRÊT TECHNOLOGIQUE ET PÉDAGOGIQUE
Ce sujet permet de mettre en œuvre une chaîne fonctionnelle complète d'un système asservi : acquisition de données par capteurs, traitement de l'information par un microcontrôleur, commande d'un actionneur et optimisation d'un processus. Il constitue ainsi une application concrète et pluridisciplinaire des enseignements de génie électrique (électronique, automatisme, programmation, énergie).
*INTÉRÊT ÉCONOMIQUE ET PRATIQUE
Le projet vise à évaluer la rentabilité d'une solution technique simple et accessible. En comparant la production d'un panneau fixe à celle d'un panneau mobile, il s'agit de déterminer si le surcoût matériel et la consommation propre du système sont justifiés par le gain énergétique obtenu, ce qui répond à une problématique réelle rencontrée par les installateurs et utilisateurs de systèmes photovoltaïques.
Problématique
Dans quelle mesure l'asservissement d'un panneau photovoltaïque par un système de poursuite solaire mono-axe permet-il d'accroître son rendement énergétique, et quel bilan peut-on établir entre l'énergie consommée par le mécanisme de poursuite et le surplus d'énergie effectivement collecté ?
Plan provisoire
Plan provisoire du sujet
Conception et réalisation d'un système de poursuite solaire mono-axe pour l'optimisation de la production photovoltaïque
Introduction générale
· Contexte : transition énergétique et développement des énergies renouvelables
· Problématique : l'optimisation du rendement des panneaux photovoltaïques
· Présentation du sujet et de la solution proposée (tracker solaire)
· Annonce du plan
Partie 1 : Étude théorique et état de l'art
Chapitre 1 : Fondements de l'énergie photovoltaïque
1. Principe de conversion photovoltaïque
2. Caractéristique courant-tension (I-V) et puissance
3. Influence de l'éclairement et de la température
4. Facteur déterminant le rendement : l'angle d'incidence
Chapitre 2 : Les systèmes de poursuite solaire
1. Classification des trackers (mono-axe vs. bi-axes)
2. Stratégies de poursuite :
· Poursuite programmée (basée sur des calculs astronomiques)
· Poursuite asservie (basée sur des capteurs)
3. Analyse des solutions existantes et gains rapportés dans la littérature
4. Synthèse et choix techniques justifiés pour le projet
Partie 2 : Conception et réalisation du prototype
Chapitre 3 : Cahier des charges et dimensionnement
1. Spécifications fonctionnelles du système
2. Choix des composants :
· Panneau solaire
· Capteurs (LDR, photorésistances)
· Microcontrôleur (Arduino/STM32/ESP32)
· Actionneur (servomoteur/moteur DC)
· Circuit d'alimentation
3. Schéma synoptique du système
Chapitre 4 : Réalisation matérielle (Hardware)
1. Conception et assemblage de la structure mécanique
2. Câblage électronique :
· Interface capteurs-microcontrôleur
· Circuit de commande du moteur (driver/Pont en H)
3. Intégration des systèmes de mesure (capteurs de courant/tension)
Chapitre 5 : Développement logiciel (Software)
1. Architecture du programme
2. Algorithme d'acquisition et de traitement des signaux capteurs
3. Implémentation de la logique de poursuite (méthode différentielle)
4. Gestion des modes : poursuite active, veille nocturne, sécurité
Partie 3 : Expérimentation et analyse des résultats
Chapitre 6 : Protocole expérimental
1. Description du banc de test (panneau suiveur vs. panneau fixe témoin)
2. Paramètres mesurés (tension, courant, puissance, consommation)
3. Conditions et durée des tests (journées types)
Chapitre 7 : Présentation et traitement des données
1. Relevés bruts et courbes caractéristiques
2. Calcul de l'énergie produite par chaque panneau
3. Détermination du gain brut et du gain net (bilan énergétique)
Chapitre 8 : Discussion et validation de l'hypothèse
1. Comparaison avec les données théoriques et bibliographiques
2. Analyse des écarts et identification des limites
3. Évaluation de la rentabilité énergétique du système
4. Validation ou infirmation de l'hypothèse initiale
Partie 4 : Perspectives et conclusion
Chapitre 9 : Améliorations envisageables
1. Optimisations mécaniques (réduction des frottements)
2. Améliorations logicielles (filtrage, anticipation)
3. Passage à un système bi-axes
4. Intégration dans un micro-réseau avec stockage
Conclusion générale
· Synthèse du travail réalisé
· Retour sur la problématique et réponse apportée
· Apports personnels et compétences développées
· Ouverture vers des applications plus larges
Hypothèses
Un système de poursuite solaire mono-axe, asservi par des capteurs photosensibles, permet d'augmenter le rendement énergétique d'un panneau photovoltaïque d'au moins 20 à 30 % par rapport à une installation fixe, tout en maintenant un bilan énergétique positif une fois l'énergie consommée par le mécanisme de poursuite déduite.
Méthodes
Phase Intitulé Livrable attendu
1 Étude et conception Schéma bloc fonctionnel, liste des composants
2 Réalisation Prototype fonctionnel
3 Expérimentation Relevés de mesures brutes
4 Analyse Courbes comparatives, calcul du gain
5 Rédaction Rapport final et support de soutenance
Bibliographie
*Labouret, A. & Villoz, M. Énergie solaire photovoltaïque Dunod 2009
*Mertens, K. Photovoltaics: Fundamentals, Technology and Practice Wiley 2014
Bernard, F. L'énergie solaire : du rayonnement à la cellule Ellipses 2011
Directeur & Encadreur
Directeur: BARAKA Olivier MUSHAGEEncadreur: MUMBERE GLOIRE MWEDERWA
Status
Décision ou observation:Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON