Hybride Solaire / batterie
Nous avons effectué multiples recherches et en s’inspirant du projet Solar Impulse nous avons cherché à explorer une solution hybride: solaire/batteries. Après avoir trouvé les meilleurs panneaux solaires du marché étant des panneaux solaires photovoltaïques monocristallin, nous allons chercher à calculer si couvrir notre avion de panneaux solaires permettrait une augmentation significative de l’autonomie de l’avion.
Combien de temps pouvons nous faire voler un Boeing 737 MAX 7 "électrique" avec une source d'énergie hybride: solaire/batterie? Est-ce une solution viable?
Fonctionnement :
Les panneaux photovoltaïques sont fait d’un assemblage de cellules au silicium qui ont la propriété de générer un courant électrique continu quand elles sont exposées au soleil; on appelle ça l’effet photovoltaïque. Les cellules au silicium sont mises en série afin d’obtenir la tension voulue. En moyenne on compte 36 à 120 couches par panneau, qui elles, sont encadrées à l'avant par du verre et un polymère nommé Tedlar à l’arrière.
La production d'un module photovoltaïque dépend donc de l'irradiance solaire et de la durée d'exposition
Technologie actuelle :
Après avoir fait quelques recherches sur les différents panneaux solaires disponibles sur le marché, on a découvert qu’il existait des panneaux solaires capables de transformer 44.5% de l’énergie solaire en énergie électrique. Cependant ce sont des panneaux solaires qui ont été créés dans des laboratoire, et ne sont donc pas disponible sur le marché. En revanche l'efficience des panneaux solaires les plus utilisés actuellement, que ce soit pour alimenter son domicile ou diverses autres utilisations varient entre 15% et 21%.
Une solution viable?
Données :
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Masse Boeing 737 MAX 7 "électrique" à vide = 40015.4 Kg
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Constante de gravitation g = 9,81 N/Kg
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Densité de l'air à 10 000m d'altitude = 0.4135 kg/m^3
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Envergure Boeing 737 MAX 7 = 35.92 m
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Vitesse de croisière Boeing 737 MAX 7 = 839 Km/h
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Masse maximum de décollage : 82191 Kg
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Formules :
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Pour explorer la solution de l'hybride nous allons chercher à calculer l'autonomie maximum théorique d'un Boeing 737 MAX 7 "électrique" avec les technologie de batterie panneaux solaire actuelle.
Surface des panneaux solaires :
Ici, nous allons commencer par chercher la surface maximale de l'avion sur laquelle nous pourrions y implémenter des panneaux solaires. Ensuite, nous allons calculer la surface qu'un panneau solaire occupe afin d'en déduire la production finale énergétique.
Puissance de panneaux solaires :
Nous pouvons donc en déduire que en ayant recouvert toute la surface possible de cet avion avec des panneaux solaires, ceux-ci ont une production relativement faible 54 676.03 W/h.
Calcul masse total panneaux solaire :
On trouve que au total, les panneaux solaire on une masse de 2771 Kg. Ici nous avons calculer la masse total de tous les panneaux solaire sur l'avion, cela nous a permis d'en déduire la nouvelle masse de l'avion à vide afin de calculer la nouvelle puissance nécessaire pour le vol.
On trouve que la consommation du l'avion avec des panneaux solaire est d'environ 2 833 812 watt.
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On comprend que les panneaux solaire permettent donc de subvenir à environ 1,5% de l'énergie nécessaire pour le vol de l'avion. C'est très peu et il reste 98,5% de l'énergie nécessaire pour le vol doit provenir d'une autre source d'énergie, ici dans le cas de notre avion hybride ce sera des batteries lithium-ion, nous allons calculer si c'est réellement une solution viable.
Maintenant que nous avons la nouvelle masse de l'avion à vide équipé de panneaux solaire, nous pouvons en déduire la nouvelle masse de batterie maximum dont nous pouvons équiper l'avion.
Grâce à la formule ci-dessous nous allons pouvoir créer un graphe nous permettant de trouver la masse de batterie idéale pour un temps de vol maximum avec notre avion équipe de panneaux solaires et de batteries.
Courbe représentative:
On voit que la masse de batterie idéale pour que notre avion ait une durée de vol maximum est de 42336.434 Kg, mais comme nous l'avons vu précédemment, la masse maximum de batterie que nous pouvons intégrer dans notre avion est de 39404,6 Kg, donc nous sommes limités à une masse de batterie de 39404,6 ce qui donnerai un temps de vol de:
Conclusion
Après avoir effectué tous les calculs, on voit que le temps de vol maximum avec des panneaux solaires est d'environ 55 minutes ce qui est inférieure au temps de vol de l'avion seulement alimenté par des batteries. Cela est dû au fait que les panneaux consomment plus que ce qu'ils ne produisent. Afin de rendre cette alternative fiable, il faudrait réussir à diminuer la masse des panneaux, tout en augmentant leur efficience. Cet échec nous amène à la prochaine source d'énergie; l'hydrogène.