Energie solaire et bac GET.

‘Nécessité’ de supprimer certains sous-systèmes usagés et/ou obsolètes …

Le Futur BAC STI, quelque soit sa forme, intègrera très probablement une partie énergie renouvelable.

Rendre le BAC STI plus attractif, le plus vite possible.

Une partie du matériel est ou sera disponible dans les établissements.

Les supports disponibles pour étudier le photovoltaïque.

Documents papier ou informatique : Ressources internet. Documents techniques panneaux et onduleurs Carte d’ensoleillement, devis. Statistique de mesure sur installation réelle Norme de pose, de revente, …

Maquette d’essai : A réaliser

Installation photovoltaïque réelle: Disponible dans 4 établissements Les autres lycées équipés ??? Echange des données de mesure.

Trame de progression possible.

• Etude prévisionnelle d’une installation photovoltaïque.

• Comparaison avec les relevés statistiques réels de l’installation du lycée.

• Décodage des documents constructeur.

• Synoptique d’une installation.

• Caractéristiques électriques d’une cellule en fonction de l’éclairement.

• Caractéristique d’un groupe de cellules en série, extension à un module complet.

• Puissance fournie en fonction de l’éclairement : Rôle du système MPPT.

• Effet du masquage d’une cellule, rôle des diodes bypass.

• Technologie, Etc …

TP1 :Etude d’une installation

On demande :• Estimation de l’énergie produite par an.

• Temps de rentabilité du projet.

Etude de l’ensoleillement

kWh/m2/j

3,5 kWh/m2/j

ou 1278 kWh/m2/an

Soit 1278 h équivalent plein soleil (1000W/m2)

Caractéristiques des panneaux photovoltaïques

TSM-165DB01

Estimation de la production annuelle.

1278 h/an équivalent plein soleil.

165 W produits en plein soleil par panneau.

Plein soleil : 1000 W/m2

23 m2 au total soit 18 panneaux installés

3795 kWh/an

Condition de rachat

Si intégration au bâti.

Calcul du retour sur investissement

Rachat par EDF à 55 cts€/kWh

3795 kWh/an produit

Investissement 20 000€

2087€/an en revente

Rentabilisé en 10 ansMoins si crédit d’impôts …

Comparaison avec les relevés réels du lycée Alain.

Total 2009 : 2962 kWhLe seuil de rentabilité dépasse alors 12 ans

Raison de l’écartLes caractéristiques sont mesurées dans des circonstances très optimistes …

De plus :• Tolérance panneau • Rendement onduleur et pertes dans le câblage (10%)• Inclinaison du panneau• Ombre ??

-15% pour +30°C

-25% au total

Synoptique de l’installation

Panneaux PV

Branchement réseau EDF

Protections

Compteur revente

Liaison AC

Liaison DC

Onduleur

TP2 : Caractéristique électrique d’une cellule

Le matériel :

Un luxmètre (On peut s’en passer)

Une maquette(Très simple à réaliser)

Une source lumineuse(De préférence modulable)

Voltmètre, ampèremètre …

Boite à décade

Caractéristique théorique

Les mesures

U I P Rhéostat

0 285 0 0,00

0,474 287,5 136,275 1,65

0,546 284,9 155,5554 1,92

0,635 281,3 178,6255 2,26

0,776 262,2 203,4672 2,96

0,84 239,3 201,012 3,51

0,914 206,4 188,6496 4,43

0,957 162 155,034 5,91

0,969 146,2 141,6678 6,63

0,982 126,8 124,5176 7,74

0,996 102,4 101,9904 9,73

1,007 83,9 84,4873 12,00

1,017 63,7 64,7829 15,97

1,021 54,6 55,7466 18,70

1,03 34,46 35,4938 29,89

1,031 25,39 26,17709 40,61

1,036 12,91 13,37476 80,25

1,037 7,99 8,28563 129,79

1,06 0 0 inf

U I P Rhéostat

0 144,7 0 0,00

0,233 143,2 33,3656 1,63

0,594 136,3 80,9622 4,36

0,73 125,4 91,542 5,82

0,749 125,6 94,0744 5,96

0,755 125,5 94,7525 6,02

0,81 111,8 90,558 7,25

0,828 107 88,596 7,74

0,91 73,9 67,249 12,31

0,947 44,1 41,7627 21,47

0,956 36,3 34,7028 26,34

0,966 25,73 24,85518 37,54

0,976 14,34 13,99584 68,06

0,98 10,12 9,9176 96,84

0,981 0 0 inf

Eclairement 10 klux Eclairement 5,8 klux

Les mesures

Eclairement 10 klux

Eclairement 5,8 klux

Caractéristique puissance

Charge optimale

Charge 3

Charge 6

La puissance maximale est obtenue dans le coude de la

caractéristique courant/tension.

En fonction de l’éclairement, la charge doit varier pour que la

cellule fournisse le maximum de puissance.

Système MPPTMaximal Power Point Tracking

Documentation onduleur.

Puissance crête des panneaux à ne pas

dépasser !

Mesure d’éclairement avec luxmètre

Correspondance lux W/m2 ??

Pas simple car cela dépend du spectre lumineux :

683 lux correspondent à 1W/m2 pour une lumière monochromatique de longueur d’onde 550nm.

100 lux correspondent environ à 1W/m2 pour la lumière du soleil.

Pour l’éclairage artificiel ?????????? Cela dépend de source lumineuse.

Quelques mesures d’éclairement

Plein soleil 100 000 lux ou 1000 W/m2

Ciel couvert 50 000 lux ou 500 W/m2

Ciel pluvieux 10 000 lux ou 100 W/m2

Intérieur (bureau) 500 lux ou 5 W/m2 !!!

L’œil humain adapte sa sensibilité et ne permet pas de se rendre compte de l’énorme différence

d’éclairement.

Ensoleillement annuel

Mise en série de cellule PV

Caractéristique tension courant de 12 cellules en série.

1*2 cellules PV

6*2 cellules PV

Mesure à environ 10 kluxU (V) I (mA) P (mW) R0,00 270 0 00,32 267 85 1,20,84 265 223 3,21,35 263 355 5,12,10 256 538 8,22,55 252 643 10,14,53 224 1015 20,24,76 214 1019 22,25,34 171 913 31,25,53 153 846 36,15,75 122 702 47,15,80 111 644 52,35,90 105 620 56,26,00 90 540 66,76,06 80 485 75,86,10 64 390 95,36,25 53 331 117,96,40 29 186 220,76,57 0 0 Inf

Chaque mini panneau de la maquette est déjà un assemblage série de 2

cellules élémentaires.Vmu=0,55V par cellule élémentaire

Comparaison avec les panneaux

Vmu=0,6V par cellule élémentaire

La tension à vide est presque indépendante de

l’éclairement et de la taille de la cellule

72 cellules par panneau, montées

en série

Masquage d’une celluleToutes les cellules sont propres et reçoivent le

même éclairement. Eclairement global 10 klux

1 panneau éclairé

6 panneaux éclairés

I

V

Masquage d’une cellule

Apparition de poussière, fientes, ombre, etc sur une cellule.

Eclairement global 10 klux

1 panneau éclairé

6 panneaux dont 1 masqué1 panneau masqué

I

V

Masquage d’une cellule

U (V) I (mA) P (mW)U cell

masquéeP cell

masquée

0 46 0 -5,38 -247,48

0,63 40 25,2 -4,8 -192

1,75 25 43,75 -3,74 -93,5

2,3 21 48,3 -3,12 -65,52

3,4 16,5 56,1 -2 -33

5,57 11 61,27 0,13 1,43

5,9 5,8 34,22 0,45 2,61

6,1 0 0 0,67 0

La cellule masquée ne fournie pas de puissance mais en consomme ! Il faut l’éliminer.

Elle polarisée en direct et risque d’être détruite.

Masquage d’une cellule

On ajoute des diodes bypass sur les cellules.

Eclairement global 10 klux

1 panneau éclairé

6 panneaux dont 1 masqué

1 panneau masqué avec diode bypass

La cellule masquée est éliminée par la diode bypass

I

V

Caractéristiques des panneaux

Une diode bypass pour 24 cellules !