Sujet du Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable 2024 · Métropole remplacement - Systèmes d'Information et Numérique (SIN)

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 1: le parc photovoltaïque flottant permet-il de réduire l'impact environnemental ?

Dans cette première partie, il s'agit de quantifier la diminution de production de CO₂ induite par les panneaux photovoltaïques par rapport aux autres moyens de production d'électricité.

Il faudra aussi justifier le choix d'un parc flottant par rapport à un parc photovoltaïque au sol.

Question 1.1

Citer les énergies émettrices de CO₂ qui participent à la production d'électricité en France à partir du document DT1.

Question 1.2

Compléter sur le document réponse DR1 les données pour les deux autres filières qui émettent du CO₂. Calculer la masse totale de CO₂ éq générée en un an par ces filières carbonées.

Déduire la masse de CO₂ que la centrale photovoltaïque permet de ne pas émettre en un an.

P: Production électrique annuelle du parc en MWh

Filière qui produit du CO₂

Proportion de production (%)

W: Énergie électrique produite (MWh/an)

M: Émission annuelle de CO₂ par filière (tonnes de CO₂ éq)

15 450 MWh

Gaz

6,3 %

W = 0,063 × P = 973,35

M = 0,429 × 973,35 = 417,56

%

%

Masse totale de CO₂ engendrée par les filières carbonées (tonnes de CO₂ éq):

Question 1.3

Le cahier des charges relatif à la création du parc photovoltaïque de Saint-Élix prévoyait, pour préserver le biotope aquatique (préservation de la photosynthèse), un recouvrement partiel de la surface du lac afin de laisser passer les rayons du soleil dans le plan d'eau. La surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs) est de 12 ha.

Calculer à partir de la description du lac de la page 3, la proportion en % de la surface du plan d'eau recouverte par le parc photovoltaïque (panneaux + flotteurs).

%

Vérifier le respect de cette valeur par rapport aux exigences attendues (DT3). Argumenter ce résultat.

Question 1.4

Comparaison entre une centrale terrestre et une centrale flottante:

Cette partie consiste à comparer les surfaces occupées par deux types de centrales, terrestre et flottante.

Pour une production électrique équivalente au parc photovoltaïque étudié, compléter le DR2 afin de déterminer la surface cultivable épargnée en ayant construit le parc sur le plan d'eau de Saint-Élix plutôt que sur le sol de Cintegabelle.

Grandeur

Parc photovoltaïque au sol de Cintegabelle

Parc photovoltaïque flottant de Saint-Élix

Surface occupée par le parc (ha)

12 ha

Production annuelle du parc (MWh)

15 450

Surface de terres cultivables utilisées pour produire 15 450 MWh (ha)

ha

Question 1.6

Argumenter le fait qu'un parc photovoltaïque flottant permet (ou non) de réduire les impacts environnementaux par rapport aux autres moyens de production d'électricité.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Question 1.5: Sur DR3, noter pour chaque critère dans cases grisées (favorable +, nuisible − ou neutre 0) et compléter le commentaire pour le critère « occupation des surfaces cultivables » en fonction des résultats de la question 1.4.

Déterminer le parc le moins impactant. Justifier.

Document réponses DR3: critères d'évaluation Critères · Parc photovoltaïque flottant · Parc au sol · Commentaires

Influence de la température ambiante sur la production · · · L'eau permet une diminution des températures de fonctionnement, ceci permet un gain de production pour les parcs installés sur l'eau.

Occupation des surfaces cultivables

Impact sur la faune et la flore · · · Quel que soit le parc, flottant ou au sol, les nuisances apportées à la faune et à la flore sont limitées. Des mesures compensatoires aux quelques impacts générés sont imposés aux abords des installations (mise en place de nichoirs, plantation de haies).

Impact visuel · + · − · Le parc flottant ne doit pas dépasser la surface de l'eau de plus de 44 cm, ceci lui permet d'être discret et peu visible.

Le parc au sol est visible car les panneaux sont inclinés à 30° et plus grands que ceux utilisés pour les parcs flottants. L'impact visuel est important.

Maintenance de l'installation · · · La maintenance d'un parc au sol est facile à réaliser car l'accès au parc est peu contraint. Pour les parcs flottants, l'accès au système se fait sur des passerelles flottantes et en milieu humide, ceci complique les opérations de maintenance.

Parc flottant

Parc au sol

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 2: comment optimiser la production d'énergie électrique dans l'espace disponible du plan d'eau ?

Le client annonce que la centrale a une puissance totale installée de 13 000 kWc. Le nombre de panneaux installés est inchangé (34 000 panneaux).

Question 2.1

Calculer la puissance crête installée $P_c$ [MWc] réelle sachant que la référence des panneaux est SPR-Max3-425 (DT5).

Question 2.2

Estimer la puissance crête minimale $P_{c25}$ [MWc] garantie par le constructeur des panneaux au bout de 25 ans (DT3, DT4, DT5). Vérifier la conformité au cahier des charges.

Une simulation de production avec le logiciel PVGIS est envisagée.

Soit une rangée de 20 panneaux de référence SPR-Max3-425 avec une inclinaison de 11° et un azimut de 15°, l'objectif est de justifier la disposition de ces panneaux, de leur inclinaison et de la distance les séparant.

Question 2.5

Cocher dans les cases du DR5 les paramètres à configurer pour les deux premières lignes du tableau. Écrire les valeurs pour les trois dernières lignes (DT5).

DR5: paramétrage du logiciel PVGIS

Technologie d'un panneau

Silicium monocristallin ?

ou

CIS (Cuivre Indium et Sélénium) ?

ou

Cdte (Tellurure de Cadmium) ?

Position de montage

À l'air libre ?

ou

Intégré au bâtiment ?

Puissance crête (kWc)

Inclinaison (°)

Azimut (°)

Les panneaux sont positionnés de la manière suivante:

Question 2.6 & 2.7

À partir du résultat de la simulation du DT8, relever l'énergie électrique totale produite $E_{an}$ [kWh] par une rangée de panneaux sur un an. Compléter le résultat dans le DR6.

Calculer, pour la rangée de 20 panneaux, le ratio énergétique $RA$ [$\mathrm{kWh\cdot m^{-1}}$] de la production électrique fournie par cette rangée $E_{an}$ [$\mathrm{kW\cdot h}$] par rapport à la distance $Dp$ [m] séparant deux rangées pour chaque situation. Compléter les 3 cases de la dernière ligne du DR6.

DR6: production électrique d'une rangée de 20 panneaux

Angle d'inclinaison d'un panneau $\alpha$ (°)

11

22

35

Distance Dp (cm) entre deux panneaux (m dans le ratio)

158

205

251

Énergie électrique produite $E_{an}$ (kWh) par une rangée de 20 panneaux

12673

13053

Ratio RA ($\mathrm{kWh\cdot m^{-1}}$) = $E_{an}/Dp$

Question 2.8

Conclure sur les paramètres influents permettant d'optimiser la production d'énergie électrique injectée au réseau public de distribution.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 2: comment optimiser la production d'énergie électrique dans l'espace disponible du plan d'eau ?

L'objectif est de caractériser les flux principaux d'énergie de la centrale.

Document technique DT6: principe de l'injection

Question 2.3

Le diagramme de blocs internes du DR4 montre l'orientation du flux de l'énergie permettant d'alimenter les auxiliaires la nuit. Représenter par des flèches, l'orientation du flux d'énergie électrique le jour sur le document réponse DR4.

Extrait DR4: Fonctionnement de jour (à compléter) et Fonctionnement de nuit (pour référence)

Question 2.4

Placer sur le diagramme de blocs internes, les identifiants des flux parmi: énergie électrique: AC HTA; énergie électrique: DC BT; énergie électrique: AC BT.

Justifier le rôle d'un onduleur.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 3: comment maintenir des modules photovoltaïques en surface d'un plan d'eau en toute sécurité et en minimisant les impacts environnementaux ?

L'objectif de cette partie est d'identifier les impacts environnementaux possibles et de vérifier les conditions de flottaison.

L'installation des panneaux sur le plan d'eau a été réalisée en mettant en œuvre un système de flotteurs, mais d'autres solutions auraient pu être envisagées. Le document technique DT9 présente quelques autres solutions:

Question 3.1: Compléter le DR7 en précisant le nom des parties manquantes sur l'IBD partiel des solutions 2 et 3.

Solution n°2: Centrale sur pilotis

1.

2.

Solution n°3: Centrale suspendue

3.

4.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 3 - Impact environnemental sur l'évaporation de l'eau

Question 3.2

Calculer, à partir du document DT10, la surface totale $S$ en $\mathrm{m^2}$ délimitée par le rectangle.

Les surfaces hachurées $S_1$ et $S_2$ sont les surfaces qui laissent passer le rayonnement solaire. $S_m$ représente la surface qui empêche le rayonnement solaire de parvenir jusqu'à la surface de l'eau.

Déterminer la surface de masque $S_m$ en $\mathrm{m^2}$ de l'ensemble « panneau + flotteurs » sachant que:

$S_1 = 63\,248\ \mathrm{mm^2}$ (2 zones)

$S_2 = 35\,140\ \mathrm{mm^2}$ (4 zones)

Sachant qu'il y a $34\,000$ panneaux, en déduire la surface de masque totale $S_{mt}$ de la centrale.

Question 3.3

Les facteurs qui favorisent l'évaporation de l'eau sont:

la valeur de la surface exposée;

le type de matériau;

la présence ou non de vent;

la valeur de l'humidité de l'air (l'évaporation est plus facile dans un milieu sec qu'humide);

un apport de chaleur.

Justifier en quoi la centrale limite l'évaporation de l'étendue d'eau.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Le module SPR-Max3-425 repose sur un flotteur dont la forme est précisée ci-dessous:

Question 3.4

Calculer la surface $S_a$ [$\text{m}^2$] d'appui du flotteur sur l'eau (surface grisée).

L'ensemble constitué du flotteur, d'un panneau et de la structure d'accrochage a une masse totale de 34,4 kg.

L'ensemble est en équilibre sur l'eau, ce qui signifie que son poids est compensé par la poussée de l'eau.

Cela se traduit par:

$$F_{\text{eau/flotteur}} = \text{Poids} = \rho \times S_1 \times h_i \times g \quad \text{en unité S.I.}$$ $\rho =$ masse volumique de l'eau:

$1\,000\text{ kg}\cdot\text{m}^{-3}$

$h_i =$ hauteur d'immersion du flotteur

$g =$ accélération de la pesanteur:

$9{,}81\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}$

Question 3.5

Calculer la hauteur d'immersion $h_i$ (mm) de l'ensemble avec $S_a = 1{,}60\text{ m}^2$.

Question 3.6

La structure reste-t-elle en surface du plan d'eau ? Justifier.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 4: comment stabiliser la position de la centrale sur le lac ?

L'objectif est de vérifier que la centrale sera maintenue dans une position respectant les contraintes environnementales (20 m minimum des bords du lac) quelles que soient les conditions météorologiques (niveau d'eau, vent,...).

Le maître d'ouvrage envisage de mettre en place des filins ancrés dans les sables des berges par une technique de pieux vissés « Techno Pieux » qui permettront de stabiliser chacun des deux îlots.

Il s'avère que les sollicitations liées au vent sont les plus problématiques pour le maintien de la position de la centrale.

Détermination des efforts liés au vent

Pour limiter la complexité de l'étude, les calculs ne seront réalisés que selon la direction des vents dominants du site: la direction Nord-Ouest. De plus, seul l'îlot principal Sud sera considéré.

La station météo la plus proche de Saint-Élix le Château se situe à Palaminy. Ce sont donc les données de cette station qui serviront pour le dimensionnement de la structure.

Document technique DT11: fiche climatologique – station de Palaminy

Question 4.1

Indiquer la valeur maximale de vent en rafale relevé à Palaminy.

Document technique DT12: forces exercées sur la structure en fonction du vent

Question 4.2

Déterminer l'effort maximal du vent (noté $F_v$) exercé horizontalement selon la direction Nord-Ouest à partir de la courbe du document technique.

Détermination de la résistance des Techno Pieux

L'ancrage du système de retenue du parc flottant sur les berges est prévu au moyen de pieux vissés de type Techno Pieux (technique présentée dans le document technique 13).

Document technique DT13: les Techno Pieux

Le dimensionnement des Techno Pieux se fait classiquement à partir d'un tableau de corrélation entre le couple de rotation lors de la mise en place des pieux et la résistance aux efforts de portance et d'arrachement des pieux.

Tableau de corrélation pour dimensionnement de Techno Pieux (Tête: modèle L5K-200)

Question 4.3

Le pieu d'essai (de type L5K-200) réalisé en préalable au chantier a conduit à un couple de rotation moyen au sein de la couche d'ancrage de $6\;700\text{ N}\cdot\text{m}$.

Justifier le choix de prendre la valeur de $6\;404\text{ N}\cdot\text{m}$ dans le tableau de corrélation du document technique.

Question 4.4

Relever, dans le tableau de corrélation fourni par l'entreprise Techno Pieux, la résistance d'un Techno Pieu L5K-200 à l'arrachement (en tension) qui sera noté $T_{A\;L5K}$.

Les Techno Pieux seront mis en œuvre sur les berges avec une inclinaison de $12^\circ$ par rapport à l'horizontale (selon le schéma ci-dessous). La résistance à l'arrachement mobilisable horizontalement $T_{H\;L5K}$ pour chacun des pieux dans cette configuration sera alors de: $T_{A\;L5K} \times \cos 12^\circ$.

Question 4.5

Calculer l'effort à l'arrachement mobilisable horizontalement (noté $T_{H\;L5K}$) pour un Techno Pieu L5K-200.

Déterminer le nombre de Techno Pieux nécessaire pour reprendre les efforts horizontaux liés au vent $F_v$.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 5: comment structurer le réseau de communication ?

Quelques équipements sont installés en réseau dans le but de mesurer et de transmettre des informations pour la bonne gestion de la centrale.

Le schéma partiel ci-dessous présente le principe et quelques clients connectés (caméras et station météo).

Figure 8: Schéma de principe du réseau de communication de la centrale

Question 5.1

À l'aide du document technique DT7 ci-dessous, identifier la nature du flux transmis au logiciel distant SCADA.

DT7: diagramme de séquence partiel

Question 5.2

Proposer une adresse IP pour la caméra 2 (avec son masque en notation CIDR ou décimale).

Question 5.3

Déterminer le nombre de clients connectés au réseau LAN.

Identifier et justifier les deux types de réseau.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant dispose de multiples capteurs mesurant les grandeurs physiques qui influent sur la production et donc sur la rentabilité du projet. Trois zones différentes sont équipées de capteurs communicants afin d'acquérir et de transmettre les données au centre de contrôle. Celui-ci est équipé d'un système SCADA de supervision industrielle capable de traiter en temps réel un grand nombre de mesures et de contrôler les installations à distance. Cet équipement permet donc à l'exploitant local de gérer et d'analyser en temps réel le fonctionnement ainsi que le pilotage de l'installation.

La zone photovoltaïque est équipée de capteurs d'acquisition de la température des cellules, de l'irradiance reçue sur le plan des modules, des grandeurs météorologiques (température ambiante, hygrométrie, vitesse du vent…).

La zone de puissance destinée à mesurer les grandeurs d'entrée et de sortie en énergie, puissance et température des équipements de puissance (onduleurs, transformateur BT/HTA).

La zone de contrôle qui recense tous les équipements de commande, le poste de livraison et le comptage de l'énergie électrique injectée sur le réseau de distribution.

Dans cette zone se trouve le serveur dédié à la gestion du logiciel de supervision SCADA.

Figure 9 Les zones de la centrale (d'après le site www.circutor.fr)

Partie A: le choix du capteur d'irradiance est-il judicieux ?

Pour établir un diagnostic de manque de production d'un panneau ou d'une chaîne il est nécessaire de mesurer l'irradiance reçue dans le plan de ce module. La puissance électrique fournie par le module dépend directement de l'irradiance exprimée en $\text{W}\cdot\text{m}^{-2}$ et des conditions de température.

Document technique DTS1: pyranomètre SR20-D2

Question A.1

Préciser la nature des signaux et la plage de mesure du pyranomètre SR20-D2.

Question A.2

Tracer sur le document réponse DRS1, l'allure de la courbe représentative de l'intensité $I_c$ (mA) fournie par le pyranomètre en fonction de l'irradiance $E$ ($\text{W}\cdot\text{m}^{-2}$) reçue sur la face d'un module. Préciser les valeurs caractéristiques.

Question A.3

Le pyranomètre est irradié avec $E_1$ égale à $825\ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}$.

La résistance $R$ est de $120\ \Omega$.

Déterminer la tension $U_e$ (V) appliquée à l'entrée du voltmètre correspondante à cette valeur $E_1$.

Quelle pourrait être la valeur maximale $U_{e\max}$ (V) ? Justifier.

Question A.4

Conclure sur la possibilité de respecter la problématique avec cette chaîne d'information.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant dispose de multiples capteurs mesurant les grandeurs physiques qui influent sur la production et donc sur la rentabilité du projet. Trois zones différentes sont équipées de capteurs communicants afin d'acquérir et de transmettre les données au centre de contrôle. Celui-ci est équipé d'un système SCADA de supervision industrielle capable de traiter en temps réel un grand nombre de mesures et de contrôler les installations à distance. Cet équipement permet donc à l'exploitant local de gérer et d'analyser en temps réel le fonctionnement ainsi que le pilotage de l'installation.

La zone photovoltaïque est équipée de capteurs d'acquisition de la température des cellules, de l'irradiance reçue sur le plan des modules, des grandeurs météorologiques (température ambiante, hygrométrie, vitesse du vent…).

La zone de puissance destinée à mesurer les grandeurs d'entrée et de sortie en énergie, puissance et température des équipements de puissance (onduleurs, transformateur BT/HTA).

La zone de contrôle qui recense tous les équipements de commande, le poste de livraison et le comptage de l'énergie électrique injectée sur le réseau de distribution.

Dans cette zone se trouve le serveur dédié à la gestion du logiciel de supervision SCADA.

Figure 9 Les zones de la centrale (d'après le site www.circutor.fr)

Partie B: comment transmettre l'information de température dans la zone photovoltaïque ?

Dans la zone photovoltaïque les capteurs communiquent grâce à un protocole Modbus RTU (Remote Terminal Unit).

Question B.1

Tracer sur le document réponse DRS2 les fils de raccordement d'alimentation et de données afin de connecter deux pyranomètres sur le même lien physique RS-485.

Document technique DTS2a: principe d'une liaison RS485.

Document réponse DRS2 à compléter:

Question B.2

Préciser si le mode de transmission est full-duplex, half-duplex ou simplex. Justifier votre réponse.

Question B.7

Conclure sur le mode de transmission mis en œuvre (protocole, mode de transmission, vitesse…).

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant dispose de multiples capteurs mesurant les grandeurs physiques qui influent sur la production et donc sur la rentabilité du projet. Trois zones différentes sont équipées de capteurs communicants afin d'acquérir et de transmettre les données au centre de contrôle. Celui-ci est équipé d'un système SCADA de supervision industrielle capable de traiter en temps réel un grand nombre de mesures et de contrôler les installations à distance. Cet équipement permet donc à l'exploitant local de gérer et d'analyser en temps réel le fonctionnement ainsi que le pilotage de l'installation.

La zone photovoltaïque est équipée de capteurs d'acquisition de la température des cellules, de l'irradiance reçue sur le plan des modules, des grandeurs météorologiques (température ambiante, hygrométrie, vitesse du vent…).

La zone de puissance destinée à mesurer les grandeurs d'entrée et de sortie en énergie, puissance et température des équipements de puissance (onduleurs, transformateur BT/HTA).

La zone de contrôle qui recense tous les équipements de commande, le poste de livraison et le comptage de l'énergie électrique injectée sur le réseau de distribution.

Dans cette zone se trouve le serveur dédié à la gestion du logiciel de supervision SCADA.

Figure 9 Les zones de la centrale (d'après le site www.circutor.fr)

Le maître Modbus (gestionnaire pour SR20) fait une requête à l'esclave n°2 afin de connaître la température de son boîtier. Les trames de requête et de réponse sont partiellement présentées dans le document réponse DRS3.

Les pyranomètres 1 et 2 ont respectivement pour adresses hexadécimales [39] H et [40] H.

Question B.3

Compléter, sur le document réponse DRS3, les valeurs des adresses et le nombre d'octets, codés en hexadécimal, renvoyés par l'esclave au maître.

Trame de requête du maître:

1 octet · 1 octet · 1 octet + 1 octet · 1 octet + 1 octet · 1 octet + 1 octet

Adresse de l'esclave · Code fonction (lecture) · Numéro du registre à lire · Nombre de registre à lire (Format de 2 octets) · Code erreur CRC

[ ]

· [03] · [00] · [06] · [00] · [01] · [6B] · [1A]

Trame de réponse de l'esclave:

1 octet · 1 octet · 1 octet · 1 octet + 1 octet · 1 octet + 1 octet

Adresse de l'esclave · Code fonction · Nombre d'octet renvoyés · Octets renvoyés contenus dans le registre 6 · CRC

[ ]

· [03] · [ ]

· [08] · [C2] · [44] · [FF]

Chaque octet intégré dans une trame est transmis au cours du temps avec:

1 bit de start (passage de la valeur 1 logique à 0 logique);

8 bits de l'octet à transmettre avec le LSB en premier;

1 bit de parité pair; ce bit est positionné à 1 ou 0 de manière à ce que le nombre de bits contenu dans l'octet à transmettre et le bit de parité soit pair;

1 bit de stop (bit à 1).

La vitesse de transmission est de 19200 bits par seconde.

Question B.4

Tracer, sur le document réponse DRS4, les niveaux logiques (0 ou 1) à transmettre pour l'envoi de l'octet [C2] exprimés en hexadécimal.

Question B.5

Déterminer le nombre total de bits $N$ qui composent la trame lors de l'émission d'un octet et calculer le temps $T$ mis pour effectuer cette émission.

Calculer la durée totale $D_R$ de la trame de réponse de l'esclave.

Question B.6

Déterminer la valeur $T_B$ de la température renvoyée par l'esclave sachant que:

[C2] est l'octet de poids faible et [08] l'octet de poids fort;

la résolution est de $0{,}01^\circ\text{C}$.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant dispose de multiples capteurs mesurant les grandeurs physiques qui influent sur la production et donc sur la rentabilité du projet. Trois zones différentes sont équipées de capteurs communicants afin d'acquérir et de transmettre les données au centre de contrôle. Celui-ci est équipé d'un système SCADA de supervision industrielle capable de traiter en temps réel un grand nombre de mesures et de contrôler les installations à distance. Cet équipement permet donc à l'exploitant local de gérer et d'analyser en temps réel le fonctionnement ainsi que le pilotage de l'installation.

La zone photovoltaïque est équipée de capteurs d'acquisition de la température des cellules, de l'irradiance reçue sur le plan des modules, des grandeurs météorologiques (température ambiante, hygrométrie, vitesse du vent…).

La zone de puissance destinée à mesurer les grandeurs d'entrée et de sortie en énergie, puissance et température des équipements de puissance (onduleurs, transformateur BT/HTA).

La zone de contrôle qui recense tous les équipements de commande, le poste de livraison et le comptage de l'énergie électrique injectée sur le réseau de distribution.

Dans cette zone se trouve le serveur dédié à la gestion du logiciel de supervision SCADA.

Figure 9 Les zones de la centrale (d'après le site www.circutor.fr)

Partie C: comment identifier un problème de production électrique sur un module photovoltaïque ?

Question C.1

À partir du DTS3, tracer, sur le DRS5, l'évolution de la puissance électrique maximale attendue $P_a\text{ (W)}$ en sortie d'un module en fonction de l'irradiance reçue $E$.

Conclure sur la nature de la relation entre $P_a$ et $E$:

Le coefficient de température en puissance d'un panneau est $-0{,}36\ \%\cdot^\circ\text{C}^{-1}$ et les pertes en puissance sont dépréciées à partir d'une température de référence de $25\ ^\circ\text{C}$. La puissance crête est de $395\text{ W}$ à $25\ ^\circ\text{C}$.

Question C.3

Question C.4

En conclusion, expliquer pourquoi la puissance électrique mesurée n'est pas suffisante pour identifier un problème de production:

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant dispose de multiples capteurs mesurant les grandeurs physiques qui influent sur la production et donc sur la rentabilité du projet. Trois zones différentes sont équipées de capteurs communicants afin d'acquérir et de transmettre les données au centre de contrôle. Celui-ci est équipé d'un système SCADA de supervision industrielle capable de traiter en temps réel un grand nombre de mesures et de contrôler les installations à distance. Cet équipement permet donc à l'exploitant local de gérer et d'analyser en temps réel le fonctionnement ainsi que le pilotage de l'installation.

La zone photovoltaïque est équipée de capteurs d'acquisition de la température des cellules, de l'irradiance reçue sur le plan des modules, des grandeurs météorologiques (température ambiante, hygrométrie, vitesse du vent…).

La zone de puissance destinée à mesurer les grandeurs d'entrée et de sortie en énergie, puissance et température des équipements de puissance (onduleurs, transformateur BT/HTA).

La zone de contrôle qui recense tous les équipements de commande, le poste de livraison et le comptage de l'énergie électrique injectée sur le réseau de distribution.

Dans cette zone se trouve le serveur dédié à la gestion du logiciel de supervision SCADA.

Figure 9 Les zones de la centrale (d'après le site www.circutor.fr)

Partie C: comment identifier un problème de production électrique sur un module photovoltaïque ?

Question C.2 — À partir du diagramme de séquence du DTS4, compléter l'algorithme du DRS6 permettant de comparer la puissance réelle à la puissance électrique maximale attendue $P_a$(W). Un message d'alerte « Production trop faible » doit être envoyé si la production réelle $P_p$ est inférieure à 90 % de la puissance théorique attendue.

Document technique DTS4: diagramme de séquence partiel de la chaîne d'information

Document réponses DRS6: algorithme de comparaison

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant dispose de multiples capteurs mesurant les grandeurs physiques qui influent sur la production et donc sur la rentabilité du projet. Trois zones différentes sont équipées de capteurs communicants afin d'acquérir et de transmettre les données au centre de contrôle. Celui-ci est équipé d'un système SCADA de supervision industrielle capable de traiter en temps réel un grand nombre de mesures et de contrôler les installations à distance. Cet équipement permet donc à l'exploitant local de gérer et d'analyser en temps réel le fonctionnement ainsi que le pilotage de l'installation.

La zone photovoltaïque est équipée de capteurs d'acquisition de la température des cellules, de l'irradiance reçue sur le plan des modules, des grandeurs météorologiques (température ambiante, hygrométrie, vitesse du vent…).

La zone de puissance destinée à mesurer les grandeurs d'entrée et de sortie en énergie, puissance et température des équipements de puissance (onduleurs, transformateur BT/HTA).

La zone de contrôle qui recense tous les équipements de commande, le poste de livraison et le comptage de l'énergie électrique injectée sur le réseau de distribution.

Dans cette zone se trouve le serveur dédié à la gestion du logiciel de supervision SCADA.

Figure 9 Les zones de la centrale (d'après le site www.circutor.fr)

Partie D - Implantation et choix des caméras de surveillance

Les deux caméras doivent couvrir le champ de vision de tout le domaine de la centrale. L'implantation des deux caméras est décrite ci-après.

Question D.1

Calculer, en mètre, les rayons d'action $R_1$ et $R_2$ des caméras 1 et 2.

Question D.2

Document technique DTS5: caractéristiques des caméras

Définir le numéro de référence des caméras à installer sachant qu'elles doivent être identiques et prévues pour détecter un humain et reconnaitre un véhicule. Justifier votre choix.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant dispose de multiples capteurs mesurant les grandeurs physiques qui influent sur la production et donc sur la rentabilité du projet. Trois zones différentes sont équipées de capteurs communicants afin d'acquérir et de transmettre les données au centre de contrôle. Celui-ci est équipé d'un système SCADA de supervision industrielle capable de traiter en temps réel un grand nombre de mesures et de contrôler les installations à distance. Cet équipement permet donc à l'exploitant local de gérer et d'analyser en temps réel le fonctionnement ainsi que le pilotage de l'installation.

La zone photovoltaïque est équipée de capteurs d'acquisition de la température des cellules, de l'irradiance reçue sur le plan des modules, des grandeurs météorologiques (température ambiante, hygrométrie, vitesse du vent…).

La zone de puissance destinée à mesurer les grandeurs d'entrée et de sortie en énergie, puissance et température des équipements de puissance (onduleurs, transformateur BT/HTA).

La zone de contrôle qui recense tous les équipements de commande, le poste de livraison et le comptage de l'énergie électrique injectée sur le réseau de distribution.

Dans cette zone se trouve le serveur dédié à la gestion du logiciel de supervision SCADA.

Figure 9 Les zones de la centrale (d'après le site www.circutor.fr)

Le flux principal des fréquences d'images vidéo 50Hz est configuré par défaut avec une résolution de 1280*1024 pixels pour 25 ips (images par seconde).

Chaque pixel est codé en RVB (rouge, vert et bleu) sur 3 octets (1 octet pour chaque couleur).

Question D.3

Calculer le poids d'une image, en Mo (méga octets), prise par une caméra.

La norme internationale sera adoptée (1Mo vaut $10^6$ octets, 1Go vaut $10^9$ octets).

La compression vidéo H.264H est estimée à un taux de 110.

Question D.4

Calculer le flux vidéo en Mo par seconde après compression.

Question D.5

Déterminer le temps d'enregistrement en heure sachant qu'une caméra peut stocker les données sur une carte micro SD de 256 Go.

Question D.6

Conclure sur la possibilité de surveiller le site 24h sur 24.