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Simulateur panneaux solaires

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Simulateur panneaux solaires

Scratch permet de modéliser la charge d'une batterie à partir de panneaux solaires à l'aide d'un modèle très simpliste. Les panneaux solaires seront horizontaux. La trajectoire du soleil sera modélisée par un simple trajectoire semi-circulaire pour simplifier.

L'objectif de cette activité est de permettre aux élèves de développer des compétences en algorithme et programmation en technologie et mathématique, ainsi que sur la notion d'énergie.

Cette activité peut être modifiée, adaptée, pour un EPI par exemple.

Dans un premier temps on peut faire travailler les élèves sur l'énergie que l'on peut récupérer avec un panneau solaire fixe (plan horizontal). Les élèves peuvent utiliser aussi un simulateur pour comprendre le déplacement du soleil sur l'horizon.

Un protocole peut être proposé par les élèves pour effectuer des mesures sur une journée complète (ensoleillée et non ensoleillée). Ce peut faire l'objet d'un travail pédagogique pour développer un système qui enregistrer en mémoire flash de l'arduino des mesures de puissance instantannée reçue par un panneau solaire que l'on aura connécté à une charge donnée. Les élèves peuvent alors réaliser par îlot la partie système et d'autres la partie algorithme et programmation des enregistrement, puis la restitution des valeurs et essais.

Application Gégogebra pour montrer le plan de l'écliptique aux élèves.

Pour la réalisation du modèle sur scratch, plusieurs étapes:

1. Réalisation de la simulation de la position du soleil sur l'horizon qui décrira un demi-cercle. Mais il est aussi possible d'améliorer pour donner que sur une plage d'angle donné en fonction des saisions.

2. Affichage de la courbe de puissance instantannée fournie pas les panneaux solaires en fonction du temps (azimut).

3. Affichage de la courbe de quantité d'énergie accumulée par une batterie en chargement.

4. Ajout d'un nuage pour modifier l'irradiance du soleil sur les panneaux solaire et voir l'influence sur la puissance fournie à la batterie et la capacité finale au bout d'une journée.

Possibilité de visualiser cette capacité stockée dans la batterie par des costumes de batterie qui changent.

Puis mesures d'écarts entre les mesures éffectuées in situ en réalité avec la maquette développée et le modèle.

Télécharger le modèle scratch.

Pour modéliser une trajectoire semi-circulaire, les élèves vont travailler en mathématiques sur les notions de trigonométrie (sin(x) et cos(x). Scracth possède les fonctions sinus et cosinus. On peut donc proposer d'utiliser directement ces fonctions, ou on peut proposer l'expression d'un développement limité d'un certain ordre aux élèves au voisinage de PI/4. On peut fournir un fichier Excel avec une table de valeurs comprisent entre 0 et PI/2 (0°-90°) et donner la correspondance degrès-radian (pas au programme, mais bon pas le choix). A voir suivant le niveau partage des tâches entre îlots.

Les déveloopements limités de cos(x), sin(x) au voisinage de PI/4 sont:

Les élèves peuvent mesurer les écarts absolus entre modèle du cos et sin et la fonction cosinus et simus d'Excel pour voir si le DL à un sens. Attention on reste bien entre 0 et PI/4. On peut même s'offrir le luxe de les faire travailler sur différents ordres.

Les élèves ensuitent peuvent modéliser la trajectoire sur scratch et voir ce que cela donne sur 0-90°. A eux de réfléchir pour proposer une solution pour une trajectoire sur 0°-180°.

Puis tracé de la courbe de puissance fournie par le panneaux solaire. On donne la formule puissance_fournie = 1000(W/m²) x sin(azimut) pour simplifier.

Puis la courbe d'énergie stockée.

Fichier Scratch (version simple avec cos et sin de scratch)

Fichier Scratch (version avec développement limité)

Mis à jour ( Lundi, 14 Décembre 2015 06:21 )