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LE PHOTOVOLTAÏQUE

LICENCE VERTE POITIERS – 2009/2010

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SOMMAIRE

1. RAYONNEMENT SOLAIRE

2. ORIENTATION & INCLINAISON

3. CONVERSION DE LA LUMIERE EN ELECTRICITE

4. ANATOMIE D’UN MODULE

5. FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE

6. SCHEMA EQUIVALENT ELECTRIQUE

7. TYPES DE SILICIUM

8. USAGES DU PHOTOVOLTAÏQUE

9. SYSTÈMES DE POSE

10.LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES

11.PRATIQUE

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RAYONNEMENT SOLAIREL’élément essentiel du photovoltaïque est la lumière du soleil, les photons.

L’ensoleillement du soleil possède sa constante : 1360W/m²

Unité : flux exprimé par une puissance sur une surface

Cette valeur arrive sur Terre plus faible :

• Gaz atmosphérique

• Vapeur d’eau

• Pollution

Masse Atmosphérique ou Air Mass

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RAYONNEMENT SOLAIRERayon utile au fonctionnement :

• Rayonnement direct : rayons arrivant directement en ligne droite

• Rayonnement diffu : rayons passant à travers les nuages

• Rayonnement global : Σ des 2

• Albédo : réfléchissement des rayons

A : 1000W/m²;soleil au zénith et dégagé

B : 200-580W/m²;soleil au zénith et nuageux

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ORIENTATION & INCLINAISONLequel prime ?

Aucun, l’un est aussi important que l’autre.

Inclinaison optimale pour une position fixe annuelle : latitude +10°

Orientation optimale pour une position fixe annuelle : +/-45° Sud

Position et orientation idéale : utilisation de trackers. Nécessite un investissement lourd, de la maintenance et consomment de l’énergie.

x : L + 10°

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CONVERSION DE LA LUMIERE EN ELECTRICITE

2 points essentiels :

toute matière est faite d’atome

1 courant électrique est une circulation d’atome

Isolant électrique : électrons de la matière liés aux atomes (plastique, céramique…)

Conducteur électrique : électron totalement librespassage du courant (fil de cuivre, métal…)

Semi-conducteur : « mélange » des 2

Electrons bloqués dans la matière et ne circule qu’avec un apport d’énergie (photons par exemple)

« Inépuisable » : présent dans le sable sous forme de silice, le silicium (Si)

Dopage des faces [type P « - » (Bore) et type N « + » (Phosphore)]

Jonction passante sous éclairage

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ANATOMIE D’UN MODULE

Silicium :

Monocristallin : 1 seul cristal ordonné, fondu et refroidissement tout seul

Polycristallin : plusieurs cristaux de 1mm à 2cm, fondu et accélération du refroidissement

Sciage des carottes : scie à fil WAFER

Dopage des couches inférieur et supérieur

Photopile opérationnelle

Mise en série des photopiles

Tension trop faible mise en série augmentation de la tension

Assemblage

Photopile encapsuler avec les 2 couches d’EVA (Ethyl-Vinyle Acétate)

Consolidation

Plaque de verre de 4mm

Cadre aluminium

Feuille de tedlar

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FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE

Pmpp = Umpp*Impp

Umpp : Tension de charge idéale

Impp : Courant de charge idéale

Pmpp : Puissance maximale

Pmpp : Pc

Rendement (Base standardisé STC : 1000W/m²;25°C;AM 1,5)

η = Pm/E*S = Wc/W.m²*m²

Exemple : module SCHEUTEN P6-66 260Wc (1820*1000*42)

η = 260/1000*1,82 = 0,143

η = 14,3%

Conclusion : la production dépendra essentiellement de l’ensoleillement…

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FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE

LA TEMPERATURE EXTERIEURE

Paramètre non négligeable

Chute = 2,35%/5°C

Ex : P(Wc) = 260Wc STC

P(Wc) à 60°C : 60-25=35 6 points (6*5) = 6*2,35 = 14,1 100-14,1 = 85,9

P(Wc) = 260*0,859 = 223Wc

Un climat très chaud est donc un inconvénient (Sahara) et donc empêche son développement dans ces pays.

Conclusion : la production dépendra essentiellement de l’ensoleillement, mais pas seulement.

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SCHEMA EQUIVALENT ELECTRIQUE

G : photopile

D : diode « by-pass » permet la circulation du courant dans un seul sens

Rsh : résistance de « shunt », absorbe les fuites inévitables du courant entre les bornes d’une photopile

Rs : résistance de série, simule la Σ des pertes

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TYPES DE SILICIUM

Arséniure de Gallium (GaAs)η : très élevéPrix : très élevéUsage : satellite, concentrateurs

Monocristallin (Si)η : 15-19% STCPuissance : 5 à 300WcUsage : en extérieur pour

l’habitat, télécom, balisage…

Polycristallin (Si)η : 11-17% STCPrix : 5 à 300WcUsage : idem

Amorphe cristallinη : 5-9%Puissance : 1Wc (en intérieur)Puissance : 5 à 140Wc (en extérieur)Usage : couverture de toiture plate, calculette, montre…Particularité : Les 1ers mois, performance plus élevés

Sulfure de Cadmium (CuInSe2)η : 10-12%Prix : 5 à 100WcUsage : idem au cristallin, mais peu commercialisé car présence de matériaux dangereux

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USAGES DU PHOTOVOLTAIQUE

1. Autonome

Charge batteriecontrôle de la consommation automateutilisation pour électrification rurale

2. Fil du soleil

Directement utiliséalimentation moteur d’une pompe en PVD

3. Connecté au réseau

Toute ou partie réinjecté au réseaurevente de sa production

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SYSTÈME DE POSE

1. Intégration

1. En surimposition

1. Bac acier

1. Brise soleil

1. Verrière

1. Sol

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INTEGRATION

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SURIMPOSITION

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BAC ACIER

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BRISE SOLEIL

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VERRIERE

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SOL

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LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES

PAYS CONNECTES AU RESEAU

HORS RESEAU TOTAL 2004

Allemagne 360 3 363

Luxembourg 13 0 13

Espagne 10.485 1.3 11.8

France 5.114 0.76 5.9

Pays-Bas 4.25 0.05 4.3

Italie 4 0.3 4.3

Autriche 2.85 0.15 3

Autre pays de l’UE 2.96 2.26 5.2

TOTAL UE 402.7 7.8 410.5

Suisse 1.9 0.1 2

Union européenne en 2004

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LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRESPAYS PUISSANCE TOTAL EN

2004 (MWc)PUISSANCE TOTAL EN

2000 (MWc)PROGRESSION SUR 4

ANS

Japon 1134 330 242%

Allemagne 794 113 598%

USA 365 138 163%

Australie 52 29 79%

Pays-Bas 49 12 283%

Espagne 37 12 205%

Italie 30 19 61%

France 26 11 132%

Suisse 23 15 51%

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PRATIQUE

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PRATIQUEAlimentation d’un portail automatique

Ensoleillement :

Matériel :

Moteur 10A-12VDC

Récepteur de télécommande à basse consommation (12VDC de préférence)

Utilisation :

Fonctionnement moteur : 3*20s par jour

Fonctionnement récepteur : 40mA permanent sous 12VDC

Questions :

Qu’elle est la consommation globale du système ?

Calculer la puissance crête du panneau à prendre ?

Pour 10 jours d’autonomie, qu’elle batterie faut-il prendre?

Mois Décembre Mars Juin Septembre

Ville X 1250 3550 4630 4490

Orientation Sud, 60°, Wh/m² jour

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PRATIQUE

Questions :

Qu’elle est la consommation globale du système ?

Calculer la puissance crête du panneau à prendre ?

Pour 10 jours d’autonomie, qu’elle batterie faut-il prendre?

Formule :

Pc = (Consommation globale*tension)/(Ensoleillement*0,6)

0,6 étant le coefficient de base (perte, baisse de performance…)

C = (Consommation globale*Autonomie)/0,6

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PRATIQUEMise en place d’un régulateur

Il faut impérativement que le courant admissible du régulateur soit supérieur ou égal au courant de démarrage du moteur, sauf si le régulateur accepte les surintensités transitoires

Mise en place d’un convertisseur AC-DC

Si votre moteur ne fonctionne qu’en 230VAC, il faut rajouter un convertisseur entre la batterie et le moteur, il faut aussi majorer la consommation du système par le rendement du convertisseur.

Ex :

Consommation sans convertisseur : 1127mAh*12V=13,5Wh/jour

Consommation avec convertisseur : 13,5/0,8=16,9Wh/jour

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PRATIQUESchéma :

K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur

Batterie chargée/en charge

K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur

Batterie chargée à 100%

K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service

Batterie déchargée

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PRATIQUESchéma :

K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur

Batterie chargée/en charge

K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur

Batterie chargée à 100%

K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service

Batterie déchargée

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PRATIQUESchéma :

K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur

Batterie chargée/en charge

K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur

Batterie chargée à 100%

K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service

Batterie déchargée