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1. L'énergie solaire
L'
Professeurs :
M. Fournier Année scolaire : 2011-2012
M. Veltz

2. Sommaire
II. Présentation...
Principe
Démarche
III. Contraintes – Règlement concours...
IV. Cahier des charges...
Diagramme bête à corne/pieuvre
Diagramme FAST
Chaînes d’infos - énergie
V. Solutions techniques – Déroulement...
Cellules
Batterie/autonomie
Moteur
VI. Commandes...
VII. Montages et réalisations techniques...
VIII.Tests...
IX. Conclusion...

3. II. Présentation
Principe
Les rayons du soleil arrivent sur la cellule
L'énergie reçue va créer des paires
« électrons - trous »
Ces paires créent une différence de potentiel
et donc un courant.

4. Avantage et inconvénient d'une cellule
Avantages : Énergie propre, peut
s'installer partout, devient de moins en
moins coûteuse.
Inconvénients : rendement faible (environ
20%), baisse du rendement en cas de
hausse de température, très fragile,
polluent une fois usagées

5. Démarche
Pour notre voiture solaire
un modèle de cellule à été imposée :
-types monocristallines
-Dimensions : 125x125mm
-Tension U = 517mV
-Intensité = 5,151 A
-Puissance = 2,66W
-Rendement = 16 à 17%
-Pertes : 0,3 à 0,4 % par °C au dessus de 25°C
Valeurs du constr ucteur vérifiées par les tests et les
calculs
Nous avons exposé une cellule à un champ lumineux et nous avons mesurés avec un
multimètre l'intensité et la tension et nous avons déduit la puissance fournie :
-P = U x I = 0,517 x 5,1 = 2,63w pour une cellule.
Alors pour 14 cellules : P = 2,63 x 14 = 37,3 w

6. Châssis Composé
Omar Djabir Omar
Djabir
Le châssis est composé de 3 pièces : le châssis
bloc ; le châssis roues ; la plaque de cellules
Omar
Djabir

7. Châssis Assemblé
Notre voiture devais au départ ressembler à cela, sans prendre en
considération les caractéristiques électriques et mécaniques
du moteur, ni le poids de notre voiture, ni la matière des
composants.
Omar
Djabir

8. III. Contraintes – Règlement
concours
Sources
d’énergie
L’énergie utilisée par ces voitures doit être
« exclusivement » issue du solaire.
Ces dernières devront également respecter un cahier des charges afin de pouvoir concourir.
Cliquezdes cellues modifier le style des sous-
Surface MAXIMUN
pour « 2200 cm² »
Prévoirons des batteries interchangeables. (enmasque
titres du cas de pluie)

9. Configuration géométrique du véhicule
Configuration max du véhicule qui doit être un volume parallélépipédique
Longueur = 85 cm Max
Largeur = 55 cm Max
Hauteur = 80 cm Max
Distance pare-chocs au sol = 60mm Max
Obligation d’avoir des pare-chocs avant et arrière (avec matière suffisamment amortissant,
évité dégât aux autres)
Masse = 1,5 Kg minimum sans batteries et sans condensateur.
Le véhicule doit démarrer sans l’aide de quelqu’un.
Avoir un dispositif de couverture pour éviter charge batterie avant départ (bâche,…)
Une surface lisse de 12 cm de large et de 8 cm de haut placée sur le côté gauche pour logo.
Une surface lisse, blanche mat, de 6x6 cm à l’avant du véhicule pour le numéro. (inclinaison
au moins 25° sur l’horizontale)

10. Epreuve de pilotage
L’épreuve consiste à être le plus rapide dans un slalom entre des plots.
Elle est constituée de séries de courses en duel.
L’épreuve de slalom est constituée de deux manches durant lesquelles chaque concurrent
réalise deux courses en duel.

11. Epreuve d’endurance
L’épreuve d’endurance consiste à rouler pendant 1h à 2h et à parcourir la plus
grande distance.
Le véhicule doit passer avec succès tous les points de qualification
Une demi-heure avant le début de la course, les batteries des véhicules
doivent être « vides »
Longueur du circuit entre 50 et 100 mètre

13. http://defis-solaire-rempart.over-blog.com/

14. IV. Cahier des charges
La voiture finale
Voici notre voiture, respectant toutes les contraintes du
règlement.
Ce prototype est gardé car il est assez léger (2,8 kg
théoriquement).
Omar
Djabir
Omar

15. Châssis avec les contraintes
En prenant compte toutes les contraintes techniques ainsi que les
contraintes du règlement nous optons pour un châssis plat.
La plaque de cellule a été fourni par les professeurs
Omar
Djabir
Omar

16. Mise en plan
Omar
Djabir

17. Choix des roues
Quatre roues motrices :
A vant ages Inconvénient s
M eilleur e accélér at ion Nécessit é d 'au m oin s d eux m ot eur s
Solut ion en com br an t e
A lour d issem en t d u véhicule
Kari Bachir

18. Deux roues motrices à l'avant :
A vant ages Inconvénient s
En com br em en t d u ser vom ot eur et d es
t iges d ir ect ion n elles
Nécessit é d e plusieur s en gr en ages pour
t r an sm et t r e l'én er gie
Kari Bachir

19. Deux roues motrices à l'arrière :
A vant ages Inconvénient s
En com br em en t r éd uit Nécessit é d e plusieur s en gr en ages pour
t r an sm et t r e l'én er gie aux d eux r oues
Kari Bachir

20. Trois roues, une roue motrice à l'arrière :
A vant ages Inconvénient s
En com br em en t r éd uit A ccélér at ion r éd uit e
M eilleur e st abilit é
In t égr alit é d e la puissan ce m écan ique
t r an sm ise à un e seule r oue
Kari Bachir

21. Trois roues : Une roue motrice à l'ar rière
Rout e Rout e Rout e gelée : Rout e
Pourquoi ce choix ?
n or m ale : m ouillée : sablée :
µ g = 0 ,6 µ g = 0 ,4 µ g = 0 ,2
- Plus ergonomique
µ g = 0 ,0 3
- bonne accélération et
A ccélér at ion 3 ,7 2 ,3 6 1 ,1 3 0 ,1 6 meilleur couple
(m / s² )
- Moins coûteux
Effor t 1 1 ,1 7 ,0 8 3 ,4 0 ,4 9
t an gen t iel
(N)
Couple 0 ,6 1 0 ,3 9 0 ,1 9 0 ,0 3
(N/ m )
(Ceci sont les couples limitant et les accélérations à ne pas dépasser pour chaque type de route)
Adrien

22. Aménagement de la voiture
Caractéristiques :
Masse : m = 3kg
Rayon de la roue : r = 55mm
Distance roue avant → roue arrière : L =
495mm
Adrien Domzalski
6
Distance roue arrière → centre de gravité G :
L1 = 281mm
5
4 µg : coefficient de frottement
a (m/s²)
3
2
Formules :
1 accélération : a = (L1*µg*9,81)/((L-
0 µg)*0,1)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
µg Effort tangentiel : Ta = m*a
Adrien Domzalski

23. Angle de braquage :
Benjamin Giordano

24. Mais quel placement ?
h=1 0 cm h=1 0 cm h=6 cm h=1 2 cm h=1 0 cm
L=3 5 cm L=4 5 cm L=3 8 ,3 cm L=3 8 ,3 cm L=3 1 cm
L1 =1 7 ,5 cm L1 =2 2 ,5 cm L1 =1 9 ,1 cm L1 =1 9 ,1 cm L1 =2 0 cm
a(m / s² ) 3 ,5 5 3 ,3 9 2 ,9 4 2 ,9 4 4 ,6 2
Ta(N) 1 0 ,6 5 1 0 ,1 7 8 ,8 2 8 ,8 2 1 3 ,8 6
Couple(N.m ) 0 ,5 9 0 ,5 6 0,48 0 ,4 8 0 ,7 6
(r =5 5 m m )
Couple(N.m ) 0 ,3 4 0 ,3 3 0 ,2 8 0 ,2 8 0 ,4 4
(r =3 2 m m )
Adrien Domzalski
-La hauteur du centre de gravité n'influe pas
sur l'accélération
-Une grande roue à une meilleure
accélération
-Le poids doit se situer vers l'avant de la
voiture

25. Les autres problématiques
Entraxe train avant ---> par-choc :
200mm
Benjamin Giordano

26. Analyse fonctionnelle
Diagramme bête à corne :
Benjamin Giordano

27. Diagramme pieuvre :
Benjamin Giordano

28. Diagramme FAST et chaîne d'information
et d'énergie :
Benjamin Giordano

29. V. Solutions techniques -
Cellules
Déroulement
Pour notre voiture nous avons besoin de 14
cellules car :
1 cellule = 125x125mm ===> 15 625mm²
Ensuite pour le calcul nous prenons 2200cm² pour le recouvrement des cellules donc :
2200/156,25 = 14,08 ==> 14 cellules
Et nous avons aussi lu un rendement de 17,20 % et une puissance
de 2,66W.
Ensuite pour la tension nous avions mis une cellule sur un
rétroprojecteur qui fait projeter une lumière semblable au soleil de
200 lux et nous avons mesurés : 0,517volt. Et ensuite nous avions
en déduit le courant : Puissance (w)/tension(v)=courant(A)
2,66/0,517= 5,15 A
Et donc pour 14 cellules
===>2,66 x 14 = 37,24W et 0,517 x 14 = 7,24 V

30. La batterie
Il s’agit d’un ensemble d’accumulateur
électriques Ni-Mh de 1.2 V chacune.
Reliés entre eux de façon à créer un
générateur de courant continu de la
capacité et de tension désirée
1.2 x 6 = 7.2 Volts

31. Pourquoi avoir choisi ce type ?

32. Au départ notre choix s’est porter sur une batterie lithium-ion car pour une
même capacité elles pèsent le tiers du poids des Ni-Cd et Ni-Mh, et
représente une capacité poids puissance plus intéressante.

33. Les accumulateurs Nickel-Metal-Hybride :
Notre batterie est de 2500mah avec un courant de
http://www.bungymania.com
5,151A délivré par les cellules, alors elle produira
5,151A par heure, donc pour se charger elle
mettra 2,5Ah fois 1heure divisé par 5,151Ah soit
29,12 minutes, nous prendrons 30 minutes.

34. Moteur
Avantages du moteur brushless :
Meilleur rendement
Meilleure puissance mécanique
Coût moins élevé
Meilleur système de refroidissement
La fréquence de rotation du moteur N (en tours par minute) est
proportionnelle à sa tension d'alimentation U par le coefficient Kv
du moteur : N = Kv * U

35. Caractéristiques du moteur Diamonds AL 2836 :
Diam èt r e* Lon gueur 2 8 * 3 6 m m
Poid s 67 g
A xe 3 .1 7 m m
Cour an t 14- 18 A
Puissan ce 288 W
Kv 1 1 2 0 t r / m in / V
Omar Djabir

36. Véhicule en pente
Benjamin Giordano
Couple à fournir en pente : Angle Phi de la pente : Phi = tan(20/100) = 11.3°
Effort E à vaincre : E = mg*sin(11.3) = 5.77 N
Couple C à fournir : C = E*r = 5.77*0.055 = 0.31N.m

37. Véhicule à plat
L1 = 28.5 cm
L = 50 cm
H = 10 cm
Masse = 3 kg
Adrien Domzalski

38. Couple limite à plat
Benjamin Giordano
TA(lim) = (L-L1)*m*g/[(L/0.6)-h] = 8.36 N
C(lim) = TA(lim) * r = 8.36 * 0.055 = 0.46 N.m

39. VI. Commandes
Radio-commande :
Benjamin Giordano
Fréquence : 41,100MHz
Benjamin Giordano

40. Algorigramme de la LED :
Adrien Domzalski

41. Le dispensable et l'indispensable :
Simuler Proteus
Benjamin Giordano
I = Vbatterie/2R et Vcomparateur = R*I
D'où : Vcomp = R*Vbatt/2R = Vbatt/2 = 7.2/2 = 3.6V
Benjamin Giordano

42. La solution finale :
Omar Djabir

43. VII. Montages et
réalisations techniques
Benjamin Giordano

44. Arrachage et soudage :

45. Découpage et ajustement :

46. Transmission :

47. Direction :

48. Protection :

49. Motorisation(support moteur et réducteur) et mise en place du circuit :
Vrotation = Kv*U = 1120*7,2 = 8065 tr/min
Donc Csortie = [P/(Vrotation*2Pi/60)] = 288/(8064*2Pi/60) =
0,34N.m
Mais la vitesse serait trop élevée puisque :
[(Vrotation*2Pi)/60] fois r fois 3,6 = 155 km/h
Donc un réducteur a été nécessaire car on souhaite une vitesse de
croisière de 40 km/h :
(155 km/h)/(40 km/h) = 4
Donc nous prendrons 4 roue dentée : une, de diamètre primitif de
20mm ensuite un autre de 40 mm puis encore un de 20mm et enfin un
dernier de 40mm ce qui fait :
20/40 * 20/40 = ¼
(Le couple ne changera pas puisque il est en fonction du courant appelé et disponible
donc de la puissance. Cette puissance est réglable par la radio-commande)

50. Placement des matériaux
-Châssis aluminium : 796x492x0,5mm
-Polystyrène : 28x452x79mm
-Bras directionnels
-Servomoteur
-Récepteur
-2 roues directrices:65mm
Zidni Mchangama
-1 Roue à crampons : 140mm
Zidni Mchangama

51. Solution finale :
Phot os voit ur e fini ( cant ine et lycée) plus solid omar et
phot os engr enages plus disque alu puis expliquer → solid.

52. VIII. Tests
Points for ts/faibles
Voici les points fort de notre voiture :
Et ses points faibles :

53. IX. Conclusion
Utiliser et adapter l’énergie solaire à notre véhicule radio-commandé
Optimiser les rendement et performances du véhicule
(dans l’optique de gagner la course)
Respecter le cahier des charges qui nous est imposé
Réduire au maximum les dépenses
Découvrir les technologies liées au modélisme
Faire face aux problèmes et y remédier

54. Problèmes rencontrés
Durant la réalisation de notre projet, nous avons dû faire face à
un certain nombre de problèmes :
Budget restreint
Arrivé des composants en retard
Soudure des cellules qui a pris du temps ( cassé un certains
nombre de cellules)
Problèmes de couple avec le moteur
Peu d’heure d’allouées à ce projet
Aménagement du châssis et mise en place de la direction et de la
partie motrice difficile

55. L'énergie solaire
L'
Professeurs :
M. Fournier Année scolaire : 2011-2012
M. Veltz