Introduction

L’optimisation de la production d’énergie solaire représente un enjeu technique important dans le domaine des énergies renouvelables. Parmi les solutions explorées, l’amélioration de l’orientation des panneaux photovoltaïques permet d’augmenter leur rendement en captant davantage de rayonnement solaire au cours de la journée. Ce projet s’inscrit dans cette démarche d’optimisation, en proposant la conception d’un système capable d’ajuster automatiquement la position d’un panneau en fonction de la direction la plus lumineuse.

Contexte du Projet

Dans un contexte de transition énergétique mondiale, les énergies renouvelables occupent une place centrale pour répondre aux enjeux environnementaux et réduire la dépendance aux énergies fossiles. Toutefois, leur adoption à grande échelle dépend aussi de leur performance et de leur rentabilité économique. Grâce à des avancées technologiques, notamment dans le domaine des capteurs, il devient aujourd’hui possible de rendre les installations photovoltaïques plus efficaces et attractives. Le projet s’inscrit donc dans cette dynamique, en exploitant les possibilités techniques actuelles pour valoriser l’énergie solaire.

Objectifs du Projet

Les suiveurs solaires permettent d’augmenter la production d’énergie en maintenant une orientation optimale du panneau solaire par rapport au soleil. Toutefois, leur rentabilité est souvent mise en question en raison de la consommation énergétique du système de suivi et du coût supplémentaire par rapport à des installations fixes.

L’objectif du projet est donc de :

Concevoir et fabriquer un suiveur de panneau solaire à axe unique ou double axe.

Développer un programme permettant de contrôler l’orientation du panneau.

Expérimenter différentes approches de suivi solaire.

Comparer la production énergétique d’un panneau mobile par rapport à deux panneaux fixes.

Évaluer la rentabilité du système en prenant en compte la consommation énergétique et les coûts de fabrication.

Explorer d’éventuelles améliorations, comme l’ajout de capteurs météo ou l’optimisation des algorithmes de suivi.

Existant

INSA Strasbourg – Conception d’un tracker solaire et système de refroidissement Un prototype mono-axe développé par des apprentis en génie électrique suit le soleil à l’aide de capteurs de luminosité pour ajuster les angles d’élévation et d’azimut du panneau, puis refroidit le module par un circuit d’arrosage pour maintenir un rendement optimal en forte chaleur
Lien : https://genie-electrique.insa-strasbourg.fr/projet-tracker-solaire-et-systeme-de-refroidissement/

Mini projet Arduino – Suiveur solaire avec carte Arduino Un document décrit un suiveur solaire mono-axe basé sur une carte Arduino UNO, deux photorésistances et un moteur pas-à-pas, permettant d’orienter automatiquement un petit panneau solaire en fonction de l’ensoleillement mesuré. Lien : https://fr.scribd.com/document/709877572/mini-projet-suivre-solaire-123

Projet de fin d’études – Tracker solaire deux axes Mémoire étudiant détaillant la modélisation mécanique sous SolidWorks d’un suiveur bi-axes, la commande asservie d’un moteur asynchrone en VHDL sur 68HC11, et l’analyse dynamique pour suivre quotidiennement azimut et inclinaison saisonnière
Lien : https://www.academia.edu/35347164/M%C3%A9moire_de_Projet_de_fin_d%C3%A9tude_Tracker_solaire

Projet SolidWorks – My Project Solar Traker Étude et simulation d’un suiveur solaire mono-axe réalisée sous SolidWorks 2016 : modélisation de la structure, dimensionnement statique pour garantir la résistance mécanique, et validation numérique avant prototypage
Lien : https://fr.scribd.com/document/399745937/My-Project-Solar-Traker

Ressources

Logiciel(s) :

OneShape (Découpeuse Laser & Imprimante 3D)

Fusion 360

Cura

Inkscape

Arduino IDE

Cahier des Charges

Cahier des charges

Objectifs principaux :

Concevoir et fabriquer un suiveur de panneau solaire efficace.

Développer un algorithme de suivi optimisé.

Comparer les performances énergétiques avec une installation fixe.

Analyser la rentabilité du système en tenant compte des coûts et de la consommation énergétique.

Contraintes techniques :

Utilisation de moteurs pas à pas ou servomoteurs pour une orientation du panneau précise.

Capteurs de luminosité (photorésistance) pour déterminer la position optimale.

Conception d’un châssis léger et robuste.

Possibilité d’ajouter des capteurs météo pour améliorer la prise de décision.

Livrables attendus :

Un prototype fonctionnel de suiveur de panneau solaire.

Un programme de contrôle et d’optimisation de l’orientation.

Une étude comparative de la production énergétique avec une installation fixe.

Une analyse de la rentabilité du système.

Une documentation technique sur la conception et le développement du suiveur solaire.

Domaine à travailler :

Mécanique & Fabrication : Conception et assemblage de la structure du suiveur.

Programmation embarquée : Développement des algorithmes de suivi solaire.

Modélisation & Simulation : Étude des performances et optimisation des mouvements.

Systèmes de contrôle : Implémentation et optimisation du suivi solaire.

Expérimentation & Analyse : Tests et ajustements pour maximiser la production énergétique.

Ce projet est une excellente opportunité pour explorer les énergies renouvelables et l’optimisation des systèmes solaires, tout en apportant une nouvelle plateforme expérimentale à l’association UniMakers.

Besoins fonctionnels

Le système doit pouvoir détecter la direction la plus lumineuse à l’aide de quatre photorésistances placées autour du panneau.

Le dispositif doit être capable de comparer en temps réel les valeurs des photorésistances afin de piloter les deux moteurs (axe horizontal et axe vertical).

Le panneau doit s’orienter automatiquement de manière fluide et précise.

Composantes mécaniques

Base fixe

Sert de support stable au système complet.

Doit permettre un ancrage solide au sol ou sur un support plat.

Peut être réalisée en bois, métal ou plastique rigide.

Châssis rotatif horizontal

Permet la rotation du panneau sur un axe horizontal (gauche/droite).

Monté sur la base fixe à l’aide d’un servomoteur ou d’un moteur pas-à-pas.

Construit pour supporter la partie supérieure sans trop de jeu mécanique.

Support vertical inclinable (haut/bas)

Fixé sur le châssis horizontal.

Permet au panneau de s’incliner vers le haut ou le bas.

Cadre du panneau solaire

Supporte le panneau solaire.

Fixé au support vertical mobile.

Support des capteurs (LDR)

Bras ou boîtiers destinés à maintenir les 4 photorésistances aux coins du panneau.

Ces supports doivent limiter l’ombre projetée tout en assurant une bonne exposition à la lumière.

Compartiment électronique

Boîtier prévu pour protéger la carte Arduino, les connexions et l’alimentation.

Doit pouvoir se rendre accessible pour les tests et réglages.

Modélisation & conception

Conception assistée par ordinateur (CAO) des pièces structurelles du suiveur solaire.

Réalisation de plusieurs versions de certaines pièces pour tester et améliorer l’assemblage.

Faire des vérifications d’encombrement et des ajustements pour assurer la compatibilité entre les pièces imprimées et les composants.

Développement logiciel

Écriture d’un programme capable de lire les valeurs des quatre photorésistances.

Algorithme de comparaison pour déterminer la direction du soleil et ajuster l’orientation du panneau.

Pilotage des moteurs en fonction des résultats obtenus.

Objectifs finaux

Avoir un prototype fonctionnel capable de suivre la lumière efficacement.

Améliorer le rendement de captation solaire par rapport à un panneau fixe.