SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE

8/19/2019 SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE

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SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE

INES Education

Sommaire Page 0

INTRODUCTION page 11 Cellules et modules photovoltaïques page 21.1 Prinipe de l!e""et photovoltaïque page #1.2 R$ponse spetrale des ellules photovoltaïques page %1.# &es di""$rentes tehnologies de ellules photovoltaïques page '1.% Rendement des di""$rentes tehnologies photovoltaïques page (1.' &e )at$riau siliium page *1.( &a "a+riation des ellules photovoltaïques ,- venir page /1.* &es modules photovoltaïques page 01./ In"luene de la temp$rature et du temps page 11.0 &es di""$rentes appliations du photovoltaïque page 111.1 &es onvertisseurs page 121.11 &e stoage de l3$nergie $letrique page 1#2 &e dimensionnement des s4st5mes photovoltaïques page 1%2.1 Dimensionnement d!un s4st5me onnet$ au r$seau page 1'2.2 Dimensionnement d!une installation photovoltaïque pour un site autonome page 1(

2.# Dimensionnement d!une installation photovoltaïque pour pompage de l3eau page 1*# -spet $onomique du photovoltaïque page 1/#.1 &e o6t des installations photovoltaïque page 1/#.2 7volution du o6t du photovoltaïque page 10#.# Pri8 de revient du 9h photovoltaïque page 2#.% Perspetive "uture sur le pri8 de revient du 9h photovoltaïque page 21#.' -d$quation entre demande d3$nergie $letrique et prodution d3$nergie P: page 22% 7tat du marh$ photovoltaïque page 2#%.1 &a prodution de ellules photovoltaïques dans le monde page 2#%.2 R$partition g$ographique de la prodution de ellules photovoltaïques page 2%%.# Tehnologie des ellules photovoltaïques page 2'

%.% ;ournisseurs de ellules photovoltaïques page 2(%.' R$partition g$ographique des installations s4st5mes P: dans le monde page 2*%.( -ppliations des s4st5mes photovoltaïques page 2/%.* Installations photovoltaïques umul$es en 7urope et par ha+itant page 20%./ Co6t des modules et des s4st5mes photovoltaïques page #' -nal4se du 4le de vie page #1'.1 &es +esoins en mat$riau8 de +ase pour la "a+riation des ellules P: page #2'.2 &es +esoins en $nergie pour la "a+riation des modules photovoltaïques page ##'.# Risques sur la sant$ et s$urit$ lors de la "a+riation page #%'.% Risques durant la vie des modules photovoltaïques page #''.' &e re4lage des modules photovoltaïques page #(

'.( <4nth5se sur l3anal4se du 4le de vie du photovoltaïque page #*

http://ines.solaire.free.fr/solpv/page1.html





















































































al$atoire ours terme. Pour ontrer et inonv$nient> il e8iste di""$rentes solutions omme le stoage sur quelques ?ours> le "oisonnement entre di""$rentes soures solaires ,g$ographique ou di""$rentes souresd3$nergies renouvela+les ,multi$nergie> ou enore l3utilisation d3une $nergie d3appoint onventionnelledisponi+le en permanene> en g$n$ral "ossile. Ces s4st5mes sont appel$s s4st5mes h4+rides. &3$nergie

solaire utilise de la sur"ae> environ 1 mE pour une puissane $letrique de 19. Cette sur"ae peut tre"ailement int$gr$ au +Hti> en toiture ou en "a=ade> et don diminuer le o6t propre du +Hti.

&es di""$rentes utilisations de l3$nergie solaire sont les suivantes F

Utii!ation "a!!i#e de $%nergie !oaire & Il s3agit prinipalement d3utiliser diretement l3$nergielumineuse travers des ouvertures vitr$es dans les +Htiments pour les +esoins en $lairage de ?our et dehau""age. -ssoi$ une +onne isolation e8t$rieure et l3inertie thermique des murs> une oneptionarhiteturale ad$quate permet une r$dution importante du +esoin en $nergie du +Hti.

Utii!ation acti#e de $%nergie !oaire & Dans un s4st5me ati"> des apteurs solaires thermiques utilisentl3$nergie solaire pour produire l3eau haude sanitaire de l3ha+itat ainsi que dans ertains as le hau""age.Ces s4st5mes sont assoi$s un aumulateur d3eau haude pour l37C< et un stoage pour le hau""age,h4draulique ou planher solaire diret dit P<D> es deu8 s4st5mes sont par"ois om+in$s. Ces s4st5mes

peuvent ouvrir de # * J des +esoins thermiques F un appoint est don n$essaire.

Con#er!ion t'ermod(nami)ue de $%nergie !oaire en %ectricit% & 7n onentrant les ra4ons du soleil par un disque para+olique> un apteur 4lindroKpara+olique ou un s4st5me de miroirs> il est possi+led3atteindre une temp$rature su""isamment $leve$e pour g$n$rer de l3$letriit$ via une tur+ine et unalternateur. &e pri8 de revient du 9h $letrique devient int$ressant ,environ deu8 "ois moindre que eluidu photovoltaïque pour de grandes installations> e s4st5me est di""iilement applia+le pour de petites

installations et son int$gration dans le +Hti n3est pas $vidente.

Con#er!ion "'oto#ota*)ue de $%nergie !oaire & &3e""et photovoltaïque permet de onvertir diretementl3$nergie lumineuse du soleil en $letriit$ grHe des semiKonduteurs. Lien que ette "ili5re $nerg$tiquesoit largement minoritaire dans les +ilans $nerg$tiques mondial> europ$en et "ran=ais> son tau8 deroissane ,# (J par an et la hute des o6ts de prodution ,voir le tau8 d!apprentissage i apr5s auhapitre #.2 qui aompagne son d$veloppement depuis quelques ann$es pr$sage un potentiel ded$veloppement tr5s $lev$ pour l3avenir.

1 Ceue! et modue! "'oto#ota*)ue! Page +

MI<TORIU7 F

&e terme photovoltaïque provient de photo qui signi"ie lumi5re> et de voltaïque qui signi"ie $letriit$>d$signant don la prodution d3$letriit$ partir de lumi5re.

&3e""et photovoltaïque a $t$ d$ouvert par -ntoine Lequerel en 1/#0> 7instein e8pliqua e ph$nom5ne en1012 ,et o+tint le pri8 No+el de ph4sique sur ses travau8 en 1021.

7n 10'%> trois herheur am$riains ,Charpin> Pearson et Prie des la+oratoires L7&& mirent au point la



premi5re ellule photovoltaïque au siliium ave un rendement de %J.

D3a+ord une uriosit$ de la+oratoire> les ellules photovoltaïques virent leur premi5re appliation pouro+tenir de l3$nergie $letrique pour un satellite :anguard en 10'/.

Une premi5re maison aliment$e par des ellules photovoltaïque "ut onstruite par l!universit$ de Delaareau8 $tats Unis en 10*#.

7n 10/#> l!australien Mans Tholstrup onstruit le uiet -hiever> premi5re voiture aliment$e par $nergie photovoltaïque parourant une distane de % m en -ustralie.

1,1 Princi"e de -e..et "'oto#ota*)ue Page /

&a ellule photovoltaïque> $l$ment de +ase du apteur> est ompos$e d3un mat$riau semi onduteur qui de par sesarat$ristiques> permet de apter l3$nergie des photons omposant la lumi5re.Dans un mat$riau onduteur> la +ande de valene et la +ande de ondution se on"ondent> e qui "ait que les$letrons peuvent iruler "ailement dans le r$seau ristallin du mat$riau onduteur. Dans un mat$riau isolant>au ontraire> la +ande de valene et la +ande de ondution sont s$par$es par e qu3on appelle la +ande interdite.Cette +ande n$essite +eauoup d3$nergie au8 $letrons pour qu3ils puissent passer dans la +ande de ondution>de l3ordre d3une diaine d3$letronvolt ,ou e:. Dans un semi onduteur> la largueur de la +ande interdite est plus"ai+le> de l3ordre de >' 2 e:> ette $nergie de transition d3une +ande l3autre est l3$nergie de gap not$e 7g.&3int$rt est de pouvoir utiliser l3$nergie des photons de la lumi5re du soleil pour "aire passer les $letrons de la

+ande de valene la +ande de ondution> e qui en ontre partie> r$e un trou dans la +ande de valene.

,<oure Photopiles solaires de - .Riaud> p10

&3$nergie des photons> "ontion de la longueur d!onde de la lumi5re> doit tre sup$rieue ou $gal l3$nergie de gap7g.

7nergie de gap pour di""$rent semi onduteur la temp$rature de #QG ,2*QC F

)ais les paires d3$letrons trous r$$es par les photons ont tendane se reom+iner tr5s rapidement. Pourralentir e ph$nom5ne et permettre leur r$up$ration vers les $letrodes> un hamp $letrique est r$$ par une



?ontion PN.

Il s3agit d3introduire des impuret$s S dans le r$seau ristallin du semi onduteur qui est le plus souvent dusiliium. &e siliium % $letrons dans sa +ande de valene> e qui lui permet par les liaisons de ovalene degarder une struture ristalline. &3a?out d3impuret$s ,quelque ppm a4ant ' $letrons dans la +ande de valene,phosphore par e8emple se su+stituant au siliium> a?oute des $letrons "ai+lement li$s dans la strutureristalline> r$ant un semi onduteur dop$ N. De mme> l3a?out d3impuret$s a4ant # $letrons dans la +ande devalene ,+ore par e8emple se su+stituant au siliium enl5ve des $letrons> don a?oute des trous S dans lastruture ristalline> r$ant un semi onduteur dop$ N. &a ?u8taposition de es deu8 semi onduteur dop$s N etP r$e une ?ontion PN ave une di""$rene de potentiel au8 +ornes de laquelle il est possi+le de r$up$rer les$letrons d$log$s par des photons a4ant su""isamment d3$nergie.

7letriquement> la ellule photovoltaïque> ou photopile S> se omporte don omme une diode de grandedimension

1,+ R%"on!e !"ectrae de! ceue! "'oto#ota*)ue! Page

<uivant l!$nergie de gap 7g du semiKonduteur> les photons a4ant une $nergie in"$rieure 7g ne pourront pastre utilis$s> et seront don onvertis en haleur. &es photons a4ant une $nergie sup$rieure 7g pourront eu8

d$loger un $letron utile> mais l3$nergie e8$dentaire sera perdue elle aussi. C3est e que montre le sh$masuivant F



,<oure R77 nQ' de mai 100/

Ce sh$ma montre l3e8ploitation du spetre solaire hors atmosph5re par une photopile au siliium. &a one -orrespond l3$nergie perdue par les photons non a+sor+$s ,environ 2#>' J. &a one L orrespond l3e85sd3$nergie> non utilis$e> par les photons d3$nergie sup$rieur 7g ,environ ## J. - es pertes> s3a?oute elle du"ateur de "orme> de la r$"le8ion> de la sur"ae des olleteurs pour en "inal desendre 1 1' J.

&a "igure suivante montre les spetres d3a+sorption ainsi que la longueur d3onde de oupure orrespondant l3$nergie de la +ande interdite> pour di""$rents mat$riau8 , K aK Cds> CdTe> @a-s> InP Cu2<> CuIn<e2 la temp$rature de #QG> soit 2#QC.

,<oure Photopiles solaires de -.Riaud> p100

&a our+e iKdessous montre l3$volution du rendement V en "ontion de l3$nergie de gap 7g pour di""$rentssemi onduteurs> en "ontion de la temp$rature. &e rendement est d$"ini omme le rapport entre la puissane$letrique "ournie par une ertaine sur"ae de ellules et le "lu8 d3$nergie solaire re=u par la mme sur"ae en

onditions -) ,spetre solaire hors atmosph5re.



,<oure R77 nQ' de mai 100/

CiKdessous> la our+e de r$ponse spetrale de l3Wil humain ,r$"$rene au8 unit$s visuelles

et i dessus les our+es de r$ponse spetrales ,voir la soure pour les onditions de di""$rents t4pe de ?ontionutilis$es pour l!e""et photovoltaïque.



,soure F httpFBB.pvmeas.omBsolarellspetralresponse.pd"

&es di""$rentes our+es de r$ponse spetrale donn$es iKdessus le sont pour une soure lumineuse de spetreunitaire. Or le spetre solaire> en premi5re appro8imation> s!apparente plutXt au spetre d!$mission du orpsnoir de temp$rature ' 0 QG.

&e soleil $met don un spetre dans des longueurs d!onde de 20 ** nanom5tres qui omprend les ra4onsultraviolets> les ouleurs de l!arKenKiel et les ra4ons in"rarouges. &3atmosph5re terrestre ?oue le rXle de "iltre etne laisse passer qu3une partie de e spetre.

Cour+e repr$sentant l3opait$ de l3atmosph5re terrestre au ra4onnement $letromagn$tique.

De e spetre> notre Wil ne per=oit qu!une partie ,de #/ * nanom5tres F elle omprenant les ouleurs del!ar en iel ,du rouge au violet> en passant par l!orange> le ?aune> le vert> le +leu et l3indigo. &3atmosph5reterrestre est "ort heureusement peu opaque dans la +ande per=ue par l3Wil humain. :oir i apr5s le spetre dusoleil F



&a our+e iKdessus montre le spetre du orps noir la temp$rature de ' 0 QG> le spetre du ra4onnementsolaire hors de l3atmosph5re ainsi que elui au niveau de la mer ave les raies d3a+sorption de ertainsonstituants de l3atmosph5re omme la vapeur d3eau> l3o84g5ne et l3oone.

&ors de sa travers$e de l3atmosph5re> le ra4onnement solaire diret est a""ai+li par a+sorption et di""usion surles mol$ules gaeuses et les partiules atmosph$riques. Cet a""ai+lissement du ra4onnement ,e8tintion est"ontion du nom+re de es partiules et mol$ules et $galement de la longueur du tra?et parouru par les

photons ,tra?et plus long au ouher du soleil qu3 midi solaire notamment. Pour arat$riser eta""ai+lissement dans le domaine de l3$nergie solaire> l3aron4me -) est utilis$ ,-) pour -ir )ass ou massed3air optique. &!e8tintion unitaire -)1 repr$sente l3e8tintion du ra4onnement e8traterrestre a4ant travers$vertialement une atmosph5re ?usqu3 un point situ$ au niveau de la mer> pour une pression atmosph$rique de 11# m+ar.



&es our+es iKdessus repr$sentent le spetre solaire pour di""$rentes valeurs de -ir )ass> not$ -). Cour+e 1F-)> our+e 2F -)1> our+e #F -)1.' et our+e %F -)2. &!indie apr5s -) repr$sente le nom+red!atmosph5re travers$> -) est don le spetre solaire hors atmosph5re> -)2 est le spetre solaire a4anttravers$ 2 $paisseurs d!atmosph5re ,hauteur de #Q du soleil au dessus de l!horion

Note> les modules photovoltaïques sont arat$ris$s sous une irradiation de 1 9BmE ave un spetre solaire-)1>' > une temp$rature de 2'QC et une vitesse de 1mBs pour le vent.

1,/ Le! di..%rente! tec'noogie! de ceue! "'oto#ota*)ue! Page

Deu8 grands "amilles de tehnologies e8istent atuellement F la premi5re +ase de siliium ristallin omprenantle mono et le multi ristallin> ouvre de l!ordre de /'J de la prodution mondiale. &a deu8i5me "amille > elle desouhes mines> omprend les ellules au siliium amorphe> pol4ristallin ou miroristallin Y au tellure deadmium>au uivre indium s$l$nium> et l3ars$niure de gallium7n outre> d!autres tehnologies sont en ours d!e8p$rimentation omme les ellules organiques> pol4m5res ou

+ase de "uller5nes.

Le Siicium mono cri!tain 2mono c3Si4 & la tehnologie mono ristalline est o6teuse ar elle n$essite des +arres de siliium pur. <on rendement est le plus $lev$ ,1% 1(J. Ce qui a l3avantage de r$duire la taille desmodules pour une mme puissane> hose utile lorsqu3un gain de plae est n$essaire.

Le !iicium muti cri!tain 2muti c3Si4 & la tehnologie multi ristalline est o+tenue par la re"onte de hute deristau8 de siliium de l3industrie $letronique et elle n$essite 2 # "ois moins d!$nergie que la tehnologie

pr$$dente. <on rendement un peu moindre ,12 1% J mais son o6t est plus avantageu8> e qui permet ettetehnologie de dominer atuellement le marh$.

&e !iicium en ru5an 2E674 & Cette tehnique permet de s3a""ranhir des lingots et de la perte de siliium lors dela d$oupe. Il s3agit de ristalliser du siliium "ondu ,quelques diaines de mirom5tre sur un ru+an souple. &aonsommation de siliium est divis$e par deu8 ,/ g par 9 ontre 1( g par 9. Une solution> 7;@ ,7dge



de"ined "ilm ;ed @roth> est test$e de longue date et industrialis$e par ertains "a+riants ,R97 et 7vergreen.

Le! couc'e! mince!&es prinipales "ili5res ouhes mines sont le <iliium amorphe ,<ia K utilis$ depuis de longues ann$es> dans les

montres et alulatries notammentK> le CdTe ,h$t$ro ?ontion admium telluride> sul"ure de admium> le CI<,h$t$ro ?ontion de dis$l$nure uivre indiumB sul"ure de admium.. &a "a+riation se r$alise en automatique> avetunnels pour les d$pXts divers de ouhes et onne8ions par laser. 7lle est adapt$e au8 grosses produtions.Ces premi5res tehnologies ouvrent atuellement d3autres voies> sans que l3on sahe laquelle dominera

Le !iicium amor"'e 2a3Si4 & )at$riau ompos$ de siliium h4drog$n$ ,$tat nonKristallin d$pos$ sur un su+stratde verre. D!un rendement moins +on que le ristallin ,'K*J> le siliium amorphe est souvent appliqu$ desappareils de petite puissane ,alulatries> lampes ou horodateurs> mais des "irmes omme <olare8> Phototroni8>Canon ou ;ortum proposent des modules de taille $quivalente elle des modules ristallins. <an4o a mis au

point une tehnologie de siliium amorphe sur une ouhe de siliium mono ristallin ,tehnologie MIT dont lesrendements sont sup$rieurs elui du siliium mono ristallin ,rendement de l!ordre de 10J.

Le !iicium "o( cri!tain 2Po( c3Si4 ou micro cri!tain 28 c3Si4 & Il s3agit de d$poser une ouhe mine ,del!ordre de 1 mirom5tres sur un su+strat de verre ou de $ramique. Cette tehnologie> essentiellementd$velopp$e par la soi$t$ am$riaine -stropoer ,U<-> est enore l!$tape de prodution pilote.

Le teurure de cadmium 2CdTe4 & ou enore appel$ h$t$ro ?ontion admium telluride> sul"ure de admium.Compos$ pol4 ristallin d$pos$ sur su+strat de verre. &es premi5res ellules ont $t$ d$velopp$es en 10*2. Il 4 aquelques ann$es> ette tehnologie sem+lait tre la plus adapt$e pour les ouhes mines. )ais les pro+l5mes deo6t et de to8iit$ pos$s par le admium ont pes$ lourdement sur son d$veloppement> utilisation de *gBmE deadmium ,une +atterie NiCd de taille standart en ontient 1g.

Le di!%%niure de cui#re et indium 2CIS ou CI7S4 & mat$riau ompos$ de dis$l$niure de uivre et d!indiumom+in$ ave du sul"ure de admium. Cette tehnologie de ouhes mines> qui permet d!atteindre des $paisseursin"$rieures au mirom5tre> est pr$sente au?ourd!hui dans de nom+reu8 pro?ets industriels.

L$ar!%niure de gaium 27aA!4 & )at$riau monoKristallin om+in$ ave di""$rents mat$riau8. &es ellules photovoltaïques en ouhes mines qui int$grent ette tehnologie sont arat$ris$es par un haut rendement maisleur o6t $tant enore tr5s $lev$> leur utilisation reste antonn$e des appliations tr5s sp$i"iques omme ledomaine spatial.

Le! mat%riau9 organi)ue! 2TiO+4 & Ces ellules invent$es en 1001 par le himiste suisse )ihael @raetel sont

ompos$es d3une poudre de ristau8 TiO2 assoi$e un $letrol4te et un olorant qui a+sor+e la lumi5re. Cettetehnologie en est enore au stade e8p$rimental. &e rendement est mo4en et la sta+ilit$ long terme est mauvaise>mais sa "a+riation est en th$orie plus "aile que les autres ellules> et la mati5re premi5re est +on marh$.

&a reherhe am$liore d3ann$es en ann$e les tehnologies e8istantes> par e8emple FK r$dution de l3$paisseur de la oupe des lingots de siliiumK am$lioration du rendement d3un lingot par traitement de sur"aeK tehnologie CI< ave des mat$riau8 moins no+les> mais travaille aussi sur de nouveau8 semiKonduteurs> desellules 2 ou # ?ontions> des s4st5mes onentrateur

1, Rendement de! di..%rente! tec'noogie! "'oto#ota*)ue! Page :



Leauoup de reherhes sont e""etu$es sur la tehnologie des ellules photovoltaïques pour en am$liorer lerendement et en diminuer les o6ts. Pour augmenter les rendements> la tendane est au8 ouhes tandem <iamorphe> <i miroristallin et au8 multiouhes assoiant deu8 semiKonduteurs de sensi+ilit$ spetrale

ompl$mentaire.

Rendement de di""$rentes tehnologies de ellules P: en la+oratoire F

,<oure NR7&

:oii un e8emple d3$volution entre la reherhe sur les ellules P: et la ommerialisation F

,<oure F .o?aKservies.nlBieaKpvps

&e rendement des ellules en la+oratoire est en onstante am$lioration> entraZnant vers le haut le rendement desmodules photovoltaïques. - la vue du graphe iKdessus> le d$alage entre le rendement des ellules de la+oratoireet elui des modules ommerialis$s est onstant. On en d$duit que l3$volution du rendement suivant le hapitre



pr$$dent est vala+le pour les modules en produtions.

Rendement des modules P: pour les di""$rentes tehnologies les plus matures en 22 F

,httpFBBe+.univKpau."rB[sholleBeos4stemesB%KpvB%1KpriB%1KpgK"r.htm\1] ,<oure F Photopiles <olaires de -lain Riaud> Presses Pol4tehniques et Universitaires romandes

\2] ,<oure O+serv3er nQ 1'% et 1%0\#] ,<oure .se.us.eduB[taraBugrad<ummerResearh1Bdan^hettelsater.pd"

-vantages> inonv$nients et perspetives des di""$rentes tehnologies photovoltaïques F

,<oure B.pvresoures.omBinde8^photovoltai.php

1, Le ;at%riau !iicium Page <





puissane d$livr$e par e module sur une harge optimale sous un $lairement perpendiulaire de 1 9BmE,spetre -)1>' ave une temp$rature de ellules de 2'QC. &es "a+riants o""rent g$n$ralement une garantiede per"ormanes de 2 ans sur /J de la puissane nominale.

-vantages de l3$nergie solaire photovoltaïque FK <oure d!$nergie gratuite ,le soleilK Pas de ga polluant> ni de +ruitK 7ntretien minimal pour un +on "ontionnementK Pas de parties mo+iles> peu d3usure dans le tempsK <4st5mes modulaires "ontion du +esoin> "ailes monterK -utonomie

Inonv$nients de l3$nergie solaire photovoltaïque FK Tehnologie es d$+uts> enore peu di""us$e> don h5reK 7nergivore la "a+riationK Prodution non ontinue d3$nergie ,?ourBnuit> $t$Bhiver> $nergie intermittenteK Int$gration au +Hti ,"orme> ouleur

Ce qui arat$rise un module photovoltaïqueK <a puissane rte ,suivant les onditions standardsK <on rendementK <a sur"aeK <a tension ,12:> 2%:> son ourant et le )PPT ,)a8imum Poer Point TraingK &e TUC ou temp$rature d3utilisation de ellule.

&e TUC orrespond la temp$rature qu3atteint une ellule enapsul$e dans un module soumis uneirradiation de / 9BmE> une temp$rature am+iante de 2QC> une inlinaison de %'Q> un vent de 1mBs et eniruit ouvert. Plus le TUC est important> plus la temp$rature des ellules est $lev$e.

1,> In.uence de a tem"%rature et du tem"! Page 10

Chaque tehnologie poss5de un oe""iient de temp$rature> !estKKdire> une variation de la puissane d$livr$e par le module en "ontion de la temp$rature.



@raphe montrant l!in"luene de la temp$rature sur le rendement des ellules photovoltaïque

Ces oe""iients sont r$sum$s dans le ta+leau suivant F

,<oureF Programme P: avril 2#> rapport de s4nth5se 22> O""ie ;$d$ral de l3$nergie <uisse

Un module d$livre moins d3$nergie lorsqu3il est soumis une temp$rature am+iante $lev$e et un $lairementimportant ,le TUC permet de d$terminer la temp$rature de ellule en "ontion de l!$lairement> sau" pour laellule @raetel qui elle a un oe""iient positi" ,soure F .sta.om.auBe+ontent%.htm.

D%gradation de! "er.ormance! de! modue! "'oto#ota*)ue

&es di""$rents "a+riants de modules photovoltaïques garantissent une puissane en att rte minimum apr5sun ertain nom+re d3ann$es d3utilisation ,2 ou 2' ans en g$n$ral. Une $tude a $t$ e""etu$e par le la+oratoire&777KTI<O ,Universit4 o" -pplied <ienes o" <outhern <iterland> DCT via Trevano> (0'2 Cano++io surun s4st5me de 1>* 9 de puissane nominale install$ en 10/#. &es 2// modules de tehnologie siliiummono ristallin install$s "ournissaient une puissane $letrique de 0>/ G9 sous les onditions standard demesure> soit #% 9 par module. 7n 22> 2'2 modules "ournissaient une puissane $letrique de /># 9 sousles onditions standard de mesure ou enore #2>0 9 par module> soit une d$gradation de #>2J en 21 ans.



1,= Le! di..%rente! a""ication! du "'oto#ota*)ue Page 11

Il e8iste un marh$ pu+li int$rieur ,montres> horloges> alulettes> gadgets divers et e8t$rieur ,lampes de ?ardin> alarmes> appliations qui repr$sente moins de 1J du marh$ atuel de roissane "ai+le.

? Le !egment "ro.e!!ionne i!o% 2"ui!!ance de 1@c 10 B@c4 F signalisation> t$l$ommuniation>environnement> mesure distane Ce seteur repr$sente 1%J des ventes en 2> marh$ en roissane de1'J C3est t4piquement pour des appliations autonomes dans les t$l$ommuniations> la signalisation maritimeet la s$urit$ routi5re que e marh$ se d$veloppe. Une grande "ia+ilit$ est demand$e pour e seteur sta+le etsolva+le. &e pri8 n3est en g$n$ral pas le rit5re d$terminant> e qui ompte est le servie rendu.

? Le !egment de! centrae! !oaire! !ur r%!eau 2"ui!!ance 100 B@c4 F Il onerne prinipalement desateurs importants> op$rateurs nationau8 de l3$nergie $letrique ou non>. &3$volution de se segment d$pend de la

politique nationale en mati5re de tari" d3ahat du ourant produit> et a don $t$ al$atoire es derni5res ann$es..&a prodution entralis$e de plusieurs m$gaatts permet par $onomie d3$helle de "aire +aisser les o6ts desmodules photovoltaïques> mais l3$nergie $letrique reste enore h5re. 7n outre l3int$gration dans le pa4sage degrandes sur"aes de apteurs P:> est une ontrainte qui peut tre "orte suivant le site.

K <egment de l3ha+itat isol$ ,puissane de 1 9 1 9 F 7lairage> irrigation> dispensaire ,r$"rig$rateur>ommuniation Ce segment onerne tous les sites $loign$s d3un r$seau $letrique et o` un +esoin en$lairage> pompage> "roid se "ait sentir. Ce marh$ onerne prinipalement les pa4s en voie ded$veloppement> peu solva+le> o` 2 milliards d3individus n3ont pas a5s l3$letriit$. Un marh$ e8iste dansles pa4s d$velopp$s pour les sites isol$s tel que re"uges> gZtes ou "ermes qui sont loin du r$seau $letrique. &eo6t de onstrution d3une ligne +asse tension est appro8imativement de 2 Bm> e qui ?usti"ie dessolutions telle que le solaire photovoltaïque.Un s4st5me photovoltaïque autonome est on=u pour "ontionner sans apport d3$nergie autre que l3$nergiesolaire> pour un apteur photovoltaïque qui lui est dimensionn$ suivant les +esoins et la ressouresolaire.Comme l3$nergie $letrique n3est pas "or$ment utilis$e au moment o` elle est produite lorsqu3il 4 a dusoleil> un s4st5me de stoage de l3$nergie par +atterie est n$essaire pour la nuit ou les ?ourn$es sans soleil. 7ng$n$ral> es s4st5mes sont dimensionn$s pour les onditions les plus d$"avora+les ,hivers ave un ertainnom+re de ?ours d3autonomie sans soleil> ne garantissant don pas une autonomie totale. Pour pallier e d$"aut> ile8iste une solution ave les s4st5mes h4+rides. &es s4st5mes h4+rides om+inent deu8 soures d3$nergies> le

photovoltaïque et une autre qui peut tre un g$n$rateur diesel> une tur+ine h4draulique> un g$n$rateur +iomasseou autre. Cei dans le +ut d!assurer une alimentation en $nergie $letrique onstante et ontinue tout au long de

la ?ourn$e et de l3ann$e en s3a""ranhissant de l3ensoleillement. Ces s4st5mes sont pr$vus> le plus souvent> pourdes sites isol$s> ave $ventuellement un stoage de l3$nergie par +atterie pour plus de souplesse.

K <egment du Photovoltaïque onnet$ au r$seau ,puissane de 1 9 quelques entaines de 9 F toitures>"a=ades priv$es ou pu+liques> Ce segment repr$sente '#J des ventes en 2 ,1J en 100(> et un marh$ en"orte roissane ,*J par an.)arh$ ine8istant il 4 a quasiment 1 ans> le photovoltaïque int$gr$ sur les toitures ou en "a=ades des +Htimentsest apparu omme une des solutions au protoole de G4oto. Ce segment se d$veloppe dans les pa4s onsiene$ologique et o` la l$gislation pratique une tari"iation avantageuse "ae un o6t enore $lev$. On peutdistinguer deu8 s4st5mes F

Le! !(!tme! !im"e! raccord%! au r%!eau, &es s4st5mes photovoltaïques raord$s au r$seau permettent de produire de l3$nergie $letrique et de l3in?eter



sur le r$seau $letrique ,ave ou sans option d3utilisation partielle de l3$nergie pour les +esoins propres du site.&e r$seau se omporte en "ait omme un grand r$servoir qui a+sor+e ette $nergie. 7n ontrepartie> la nuit>lorsqu3il n34 a plus de prodution> le r$seau ?oue son rXle ha+ituel de "ournisseur en $nergie $letrique.&3avantage de e s4st5me est de ne pas n$essiter de +atteries de stoage> diminuant ainsi le o6t de

l3installation. Par ontre> la prodution $letrique risque de ne pas tre en phase ave les r$els +esoins en $nergiede la ma?orit$ de onsommateurs. Ce sera don au r$seau $letrique de ompenser e d$alage. Un inonv$nient>n$essaire pour des raisons d!intervention sur le r$seau $letrique> est l!arrt de la prodution d!$nergie $letriquevers le r$seau $letrique lorsqu!une oupure de eluiKi se produit.

Le! !(!tme! !%curi!%! raccord%! au r%!eau, &es s4st5mes photovoltaïques s$uris$s raord$s au r$seau sont identiques au8 s4st5mes pr$$dents etomportent de plus une +atterie. Une "ois elleKi harg$e> le s4st5me r$in?ete l3$nergie $letrique sur le r$seau.&a +atterie n3est pr$sente que par s$urit$ F au as o` une oupure du r$seau $letrique se produirait> elleKi

permettrait d3alimenter l3ha+itat pendant un ertain temps. Ce genre de s4st5me> plus on$reu8 du "ait del!utilisation de +atteries> est int$ressant lorsque le r$seau $letrique est peu "ia+le ou lorsque que l!alimentationd!une partie d!une installation $letrique est imp$rative.,e8emples F alimentation de servies de +ase> ativit$s desant$> s4st5mes de re"roidissement>.

7n onlusion> la plus "orte roissane du marh$ photovoltaïque se situe l o` il 4 a on?ontion entre un +esoin$nerg$tique et une volont$ de diminuer l3impat sur l3environnement ,"in de l35re du p$trole> e""et de serre>s$urit$ nul$aire et gestion des d$hets. -tuellement> le suro6t de la "ili5re photovoltaïque est "lagrant> unertain nom+re de pa4s> dont en premier l3-llemagne et le bapon> ont des programmes toits solaires ave aides>su+ventions et tari"s avantageu8 pour stimuler ette "ili5re et "aire desendre les o6ts.

1,10 Le! con#erti!!eur! Page 1+

&e onvertisseur est n$essaire pour onvertir le ourant ontinu issu des modules photovoltaïques en ourantalternati" pour sa r$in?etion dans le r$seau ou pour les +esoins dans un site isol$> quoique e ne soit pastou?ours n$essaire suivant les appliations. CeluiKi doit avoir ertaines arat$ristiques omme suivre le pointde trans"ert ma8imum de puissane ,)PPT> avoir un rendement de onversion le plus $lev$ possi+le et uno6t le plus +as possi+le.&e onvertisseur se pr$sente sous la "orme d3un +oZtier m$tallique> muni d3un radiateur ou d3un ventilateur. Ildoit tre pla$ sur un support vertial et dans un espae ventil$. Il n3$met que peu de parasites

$letromagn$tiques ,aspet normati" et ne g$n5re quasiment auun +ruit. -"in de limiter les pertes dans leH+lage> il doit tre pla$ le plus pr5s possi+le des modules photovoltaïques.



Onduleur <)-

Pour des raisons de s$urit$> l3onduleur s3arrte automatiquement de "ontionner lorsque le r$seau est mis horstension ,oupure de ourant de ause aidentelle ou pour travau8. C3est e qu3on appelle la protetion de

d$ouplage S qui permet de supprimer tout risque d3$letroution lorsque des tehniiens "ont une op$ration demaintenane sur le r$seau. &ors du raordement au r$seau> 7D; ,ou la r$gie> v$ri"iera que l3onduleur respetela norme DIN :D7 12( qui enadre la protetion de d$ouplage.

Comme tout omposant $letronique> l3onduleur a une dur$e de vie limit$e. -insi il "aut pr$voir de le hangertous les / 1' ans.

Rendement et o6t des onvertisseurs suivant la soure F Photovoltais> -n 7nerg4 Ressoure "ot the 7uropeanUnion> Communit4 Researh 7UR 21'

1,11 Le !tocBage de $%nergie %ectri)ue Page 1/

Di..%rent! mo(en! de !tocBage de $%ectricit%

&e stoage passe le plus souvent par une "orme d3$nergie interm$diaire ,gravitaire> ompression> himique>in$tique> thermique issue par onversion de l3$letriit$ de +ase produite . Cette $nergie interm$diaire est

par la suite onvertie en $nergie $letrique suivant les +esoins de l3utilisateur.

:oii di""$rentes $nergies interm$diaires de stoage ,soures> tehniques de l3ing$nieur <toage d3$letriit$dans les s4st5mes $letriques S> r$"$rene D%#> donn$es de 100/ F

K@ravitaire dans un s4st5me de pompageKThermique dans un s4st5me de haleur latente ou sensi+leKPression dans un s4st5me ompression d3air KChimique dans un s4st5me d3aumulateurs $letrohimiquesKChimique dans un s4st5me de stoage par $letrol4seBh4drog5neBpile om+usti+leKCin$tique dans s4st5me volant d3inertieK7letromagn$tique dans un s4st5me ourant permanent dans une +o+ine supraondutrieK7letrostatique dans un s4st5me super ondensateur

Ta+leau omparati" de es di""$rentes $nergies interm$diaires F





,<oure bCMKIN7<K2#

Pour un site isol$> la r$tention de la harge en $nergie interm$diaire doit tre su""isamment grande pourl3appliation et le t4pe d3$nergie renouvela+le. 7n e""et> l3appliation n$essite de l3$nergie durant la nuit alorsque l3$nergie renouvela+le est le solaire photovoltaïque> d3o` le +esoin d3une r$tention quotidienne> voire plus sil3on onsid5re les intemp$ries ,plusieurs ?ours d3autonomie sans soleil ave risque de non ouverture des +esoinssi la p$riode d3intemp$ries est plus grande> une solution est l!utilisation d3une $nergie d3appoint omme un

groupe $letrog5ne. 7n prenant le as de la petite h4dro$letriit$ ave une rivi5re se l3$t$ et un +esoin permanent sur l3ann$e> la r$tention de la harge devra alors tre saisonni5re.

-tuellement> le seul stoage ouramment utilis$ est le stoage par +atteries par sa simpliit$ d3utilisation,ave le pompage tur+inage. Ce stoage est adapt$ pour des apait$s d3$nergie asse "ai+le ,c19h ar ilrevient vite her et pour un temps asse ourt ,quelques semaines du "ait de l3autod$harge. Parmi les autresmo4ens de stoage de l3$nergie> l3h4drog5ne se distingue par sa apait$ se stoer longtemps en en grandequantit$ ,il est aussi transporta+le omme le ga naturel ,ave les normes de s$urit$. &e o6t de stoage del3h4drog5ne devrait tre asse +on marh$> par ontre> la onversion $letriit$ photovoltaïque en M2 puis M2 en$letriit$ est on$reuse. &e marh$ des $letrol4seurs est "ai+le et ompos$ surtout de grosses unit$s> les pri8devraient desendre ave de la RD sur de plus petits $letrol4seurs et une demande du marh$ pour la

prodution d3h4drog5ne d$entralis$. &e o6t des piles om+usti+le hute r$guli5rement ,par di8 en di8 ans>



tir$ par les onstruteurs automo+iles qui sont int$ress$s par un o6t de ' _B9 pour de "utur v$hiules non polluants.

Co6t du stoage M2 ave $letrol4seur et pile om+usti+le ,estimation 22 F

K 7letrol4seur F 2 B9 en 2 ,marh$ atuel "ai+le et pour grosses unit$s> rendement *K/JK <toage M2 F %BNm# ou 1 B9h ,1 Nm# A #>' 9h PC<K P-C P7);C F 2 B9 en 2 ,rendement 'J> *'J ave P-C <O;C tur+ine vapeur

Le !tocBage "ar 5atterie!

&es prinipales tehnologies utilis$es atuellement le plom+Kaide> le NielKCadmium> NielK)etal M4dride et&ithiumKion

Ta+leau d$rivant les prinipales arat$ristiques des es tehnologies F

,<oure F Tehnique de l3ing$nieur ,note > PdD signi"ie pro"ondeur de d$harge

Pour des appliations en sites isol$s> don stationnaires> les "ateurs d$terminants sont le o6t> le rendement> ladur$e de vie et les apait$s disponi+les pour stoer des $nergies asse $lev$es. Pour e dernier point> seul leadmium Niel peut rivaliser ave le plom+ mais la tehnologie NiKCd devrait terme disparaZt> pour ause deto8iit$ du admium. 7n "ait> le prinipal mo4en de stoage largement utilis$ est elui par +atteries au plom+Kaide> malgr$ les dangers de es $l$ments. &es autres t4pes de +atteries sont utilis$s dans le as de petitss4st5mes stationnaire de quelques atts ,prinipalement dans le domaine pro"essionnel o` les o6ts sont moinsimportants et pour les appliations mo+iles o` le rapport $nergieBpoids est important.

+ Le dimen!ionnement de! !(!tme! "'oto#ota*)ue! Page 1

&es trois prtinipau8 s4st5mes du point de vu dimensionnement sont propos$s dans les pages suivantes.

Il s!agit pour le premier des s4st5mes photovoltaïques onnet$s au r$seau $letrique ou l!ensem+le de la prodution $letrique est inget$ dans le r$seau> le dimensionnement se "era pour ma8iniser ette produtionsur l!ann$e.

&e deu8i5me onerne les s4st5mes photovoltaïques pour sites isol$s> dans e as> le dimensionnement se "era pour le mois le plus d$"avora+le en irradiation solaire de tel sorte que les +esoins en $nergie $letrique soient



ouvert toute l!ann$e ave les h4poth5ses prisent sur le nom+re de ?ours d!autonomie sans soleil> un mo4en destoage omme des +atteries est n$essaire pour l!utulisation de l!$nergie en temps di""$r$.

&e troisi5me s4st5me> dit au "il du soleil> utilise diretement l!$nergie photovoltaïque lorsqu!elle est produite>

as t4pe pour le pompage. &e dimensionnement e "ait aussi pour le mois le plus d$"avora+le en irradiationsolaire mais il n!4 a pas de stoage ar l!eau pomp$e sert diretement pour l!arrosage ou alors pour remplit unr$servation> "aisant o""ie de stoage.

+,1 Dimen!ionnement d-un !(!tme connect% au r%!eau Page 1

Un apteur photovoltaïque peut tre d$"ini par sa sur"ae et son rendement de onversion mais en g$n$ral>!est sa puissane rte> not$ P> qui est la prinipale arat$ristique donn$e par les "a+riants. &a puissanerte d!un apteur photovoltaïque est la puissane $letrique qu!il peut "ournir sur une harge optimale sous un$lairement perpendiulaire de 1 9BmE ,spetre -)1>' ave une temp$rature de ellules de 2'QC ,par"ois2/QC dans les sp$i"iations. &a puissane rte s!e8prime en iloatt rte ,ou 9 mais pour tre plus

pr$is> il s!agit de puissane $letrique par un $lairement lumineu8 don en 9 $letrique par 9BmElumineu8.&!$lairement 7 est la puissane lumineuse re=ue par unit$ de sur"ae en 9BmE> elleKi varie de $ro ,lanuit une valeur ma8imum de environ 1 9BmE , midi. &!irradiation est l!$lairement lumineu8 umul$ sur une dur$e omme l!ann$e ou le ?our. &!irradiation s!e8prime en 9hBmE> e qui orrespond un ertain

nom+re d!heures sous un $lairement de 1 9BmE. &a puissane rte que d$livre un module photovoltaïqueest ?ustement d$"inie pour et $lairement. Ce nom+re d!heures sous une irradiane de 1 9BmE multipli$ parla puissane rte orrespond l!$nergie $letrique produite> d!o` les "ormules suivantes F &a puissane$letrique Pel ,en 9 que peut "ournir un apteur photovoltaïque de puissane rte au nominal en "ontionde l!irradiane Ir ,en 9BmE se alule omme suit F

&!$nergie $letrique 7a produite par an ,en 9hBan en "ontion de l!irradiation annuelle Ira ,en 9hBmE.an

se alule omme suit F

Note> la "ormule analogue peut tre utilis$e pour un ?our> pour un mois ou toute autre dur$e.&!avantage de es deu8 "ormules est de ne pas tenir ompte de la sur"ae et du rendement du apteur

photovoltaïque. &!utilisation de la puissane rte permet d!appr$hender rapidement la puissane et l!$nergied$livr$e lorsque l!on n!a pas +esoin de pr$ision.

Exemple d'applications (sans tenir compte des pertes) :

Un capteur photovoltaïque de puissance nominale Pc de 1000 Wc est soumis à une irradiance Ir de 800



W/m² incidente dans le plan du capteur. Quelle est la puissance lectrique dlivre par ce capteur !

Pel " Pc # Ir " 1000 Wc lectrique $/ 1 000 W/m² lumineu#% # 800 W/m² lumineu# " 800 W lectrique

&i l'irradiation annuelle Ira incidente dans le plan du capteur est de 1 000 (Wh/m².an $)ille de *ille sur un plan hori+ontal%, quelle est l'ner-ie dlivre par ce capteur de puissance nominal Pc de 1000 Wc !

a " Pc # Ira " 1 000 Wc $/ 1 ( W/m² lumineu#% # 1000 (Wh/m² lumineu# par an " 1 000 (Wh lectrique par

an

&e gisement solaire tenant ompte des onditions limatiques est onsulta+le dans di""$rents doumentsomme l!-tlas <olaire ;ran=ais ,de P.Clau8> R.@illes> -.Pesso> ).Raoust> PfC $dition ou ave ertainslogiiels omme )$t$onorm ,.meteotest.h. CeluiKi est "ontion du lieu ,de la latitude de l!orientationdu plan des modules photovoltaïques par rapport au sud ainsi que de l!inlinaison par rapport l!horiontale.

&e ta+leau iKdessous donne pour di""$rentes inlinaisons et di""$rentes orientations l!irradiation solaireannuelle par m5tre arr$ &ille> &4on et Nie F

Pour les trois villes> la plus "orte irradiation annuelle orrespond une orientation plein sud et une inlinaisonde #Q ,#Q n!est pas "or$ment l!inlinaison optimum> elleKi d$pend entre autre de la latitude. Cela seomprend ais$ment puisque les onditions sont "avora+les en $t$ ,ma8imum d!ensoleillement> moment o` lesoleil est le plus haut dans le iel et o` l!irradiation est ma8imum pour un plan perpendiulaire au8 ra4ons dusoleil. On remarque que si l!orientation varie de plus ou moins %'Q autour du sud et si l!inlinaison varie deBK #Q autour de l!inlinaison de #Q> l!irradiation annuelle ne hute pas de plus de 1J. Cela signi"ie qu! uneorientation plein sud et une inlinaison de #Q ne sont pas des imp$rati"s et qu!une ertaine li+ert$ e8iste pours!adapter l!orientation et l!inlinaison des toitures o` sont int$gr$s les modules photovoltaïques.

Dans le as ou l!$nergie $letrique est r$in?et$e dans le r$seau> un "ateur de onversion doit tre appliqu$ pour tenir ompte de di""$rentes pertes ,onvertisseur DCB-C> perte en puissane dans le module photovoltaïquedu l!$l$vation en temp$rature par e8position au ra4onnement solaire. D$termin$e8p$rimentalement sur un panel d!installations> e "ateur de onversion> not$ G> a pour valeur mo4enne >*',sans unit$> e oe""iient varie de >/ pour des modules P: +ien ventil$s >* si ils sont mal ventil$s.

&a puissane $letrique Pel ,en 9 r$in?et$e dans le r$seau par un s4st5me photovoltaïque de puissanerte P en "ontion de l!irradiane Ir ,en 9BmE se alule omme suit F



De mme> l!$nergie $letrique 7a ,en 9hBan r$in?et$e dans le r$seau par un s4st5me photovoltaïque de puissane rte P en "ontion de l!irradiation annuelle Ir ,en 9hBmE.an se alule omme suit F

Note> la "ormule analogue peut tre utilis$e pour un ?our> un mois ou toute autre dur$e.

Ces "ormules appro8imatives sont vala+les pour un pr$Kdimensionnement. Pour o+tenir de meilleures pr$isions> il sera n$essaire de se prourer les arat$ristiques des apteurs photovoltaïques et duonvertisseur DCB-C ainsi que les onditions m$t$orologiques sur l!ann$e du lieu ,ensoleillement ettemp$rature. Il e8iste des logiiels de simulations qui permettent de simuler plus ou moins pr$is$ment la

prodution en $nergie $letrique d!une installation photovoltaïque.

Exemple d'application :Un capteur photovoltaïque de 1 (Wc de puissance nominale est int-r à la toiture d'une maison à *on.

ette toiture est oriente vers le sud est avec une inclinaison de 02 par rapport au plan de l'hori+ontal.

Quelle ner-ie peut3on esprer dlivrer au rseau par an !

a " 4 # Pc # Ira " 0,56 # 1 (Wc $/ 1 (W/m²% # 151 (Wh/m².an " 1 078 (Wh lectrique par an

Pour a 6ranceF on retient e! #aeur! mo(enne! !ui#ante! & un !(!tme "'oto#ota*)ue rei% au r%!eau

de "ui!!ance nominae 1 B@c 2ca"teur "'oto#ota*)ue de !ur.ace de 10 mG et de rendement de 104d%i#re une %nergie de 1 000 B@' %ectri)ue "ar an,

,78emple d!installation photovoltaïque oupl$ au r$seau $letrique en Corse

+,+ Dimen!ionnement d-une in!taation "'oto#ota*)ue "our un !ite autonome Page 1:

Dans le as d!un s4st5me photovoltaïque alimentant en $nergie $letrique un site autonome> e qui ompte>!est d!assurer la prodution $letrique tout au long de l!ann$e et de garantir un approvisionnement en $nergie$letrique orrespondant la demande ?ournali5re pr$ d$"inie.&e gisement solaire est "ontion du lieu ,et de sa latitude> des onditions limatiques> de l!orientation du plandes modules photovoltaïques> ainsi que de l!inlinaison par rapport l!horiontale et +ien s6r de l!$poque de



l!ann$e.

&e ta+leau iKdessous donne pour di""$rentes inlinaisons et une orientation sud l!irradiation solaire ?ournali5re par m5tre arr$ pour di""$rents mois Nie F

Pour la ville de Nie> l!inlinaison des apteurs photovoltaïques o""rant la plus "orte irradiation ?ournali5re sur

le mois le moins ensoleill$ ,qui est dans notre as le mois de d$em+re est de (Q ,e qui est aussi le as pour&ille et &4on ave une orientation plein sud. Cela se omprend puisque ette inlinaison permet d!avoir un

plan apteur perpendiulaire au8 ra4ons du soleil dans le mois le plus d$"avora+le.

On remarque que si l!inlinaison varie de %' 0Q> l!irradiation ?ournali5re de d$em+re ne hute pas de plus de1J e qui o""re une ertaine li+ert$. Il "aut aussi savoir que l!orientation ,"i8e dans le ta+leau pr$$dent est un

param5tre aussi sensi+le que l!inlinaison> puisque hanger elleKi de %'Q par rapport au sud diminue de 2Jl!irradiation ?ournali5re en d$em+re.

De mani5re g$n$rale> une orientation sud et une inlinaison de (Q par rapport l!horiontal des modules photovoltaïques seront privil$gier pour ma8imiser l!$nergie re=ue durant le mois le plus d$"avora+le> eng$n$ral d$em+re pour la ;rane.

Dans le as d!une installation photovoltaïque pour un site autonome> l!$nergie $letrique issue des apteurs photovoltaïques est sto$e dans des +atteries> puis utilis$e en temps di""$r$. Un "ateur de onversion estappliqu$ pour tenir ompte de di""$rentes pertes ,onvertisseur> perte dans les modules photovoltaïques dontelle dans les +atteries. D$termin$ e8p$rimentalement> e "ateur de onversion ,not$ G a pour valeur eng$n$ral >( ,sans unit$.

&a puissane rte des apteurs photovoltaïques est d$terminer en "ontion des +esoins 7? ,en 9hBan en$nergie $letrique et de l!irradiation annuelle Ir?min ,en 9hBmE.an dans le as le plus d$"avora+le> elle se

alule omme suit F

&!irradiation mo4enne ?ournali5re Ir?min durant le mois de d$em+re est une mo4enne sur le mois> !estKKdirequ!il peut s!$ouler plusieurs ?ours o` la valeur de l!irradiation ?ournali5re est quasiment nulle suivant lesonditions m$t$orologiques. Dans e as> les +esoins en $nergie $letrique doivent tre "ournis par des

+atteries. CellesKi se hargeront durant les ?ourn$es ensoleill$es.

&a apait$ +at des +atteries se alule en "ontion des +esoins ?ournaliers 7? en $nergie $letrique> du



nom+re de ?ours b de stoage d$sir$s et d!un "ateur G+ pour les di""$rentes pertes ,en premi5re estimation> G+A >*> par la "ormule iKapr5s F

-ttention> pour assurer une +onne dur$e de vie au8 +atteries> ellesKi ne doivent pas tre harg$es ave unourant trop important> ni surharg$es ou d$harg$es ave un ourant trop important> ni d$harg$es trop

pro"ond$ment. D!o` la n$essit$ d!utiliser un r$gulateur pour $viter les surharges et les d$harges pro"ondes.&es "a+riants de +atteries garantissent la dur$e de vie ,nom+re de 4le hargeBd$harge en "ontion de leurutilisation> et de r5gles d!usage omme par e8emple> elle de ne pas d$passer une ertaine pro"ondeur ded$harge.7n g$n$ral> pour assurer une +onne dur$e de vie au8 +atteries> entre ' et * ans pour des +atteries sp$i"iques ausolaire> il es de mise de ne pas d$harger les +atteries de plus de 2J de leur apait$ ou mieu8 > 1J et de ne

pas d$pass$ /J de la d$herge possi+le.&a puissane $letrique d$livr$e au site $letri"ier ne d$pend pas don pas uniquement de la puissaned$livr$e par le module photovoltaïque mais aussi des arat$ristiques des +atteries> notamment de la puissaneque ellesKi peuvent "ournir.

Note F e t4pe de s4st5me assure les +esoins en $nergie sur toute l!ann$e ,sau" s!il 4 a plus de ?our sans soleilque l!autonomie pr$vue puisque qu!il est dimensionn$ pour le mois de d$em+re. Durant tous les autre mois> il4 a surprodution d!$nergie $letrique. Cette $nergie non utilis$e peut tre du mme ordre de grandeur voiresup$rieure elle onsomm$e. Une solution pour $viter ette non utilisation d!$nergie serait de "aire unstoage saisonnier ,$t$ pour hiver mais ela onduirait une apait$ des +atteries $norme non r$aliste ,sau"dans ertains as pour de tr5s petites installations. In?eter dans le r$seau si on le peut est pr$"$ra+le

Exemple d'application :

n souhaite lectri9ier un site autonome situ pr:s de ;ice. *e module photovoltaïque sera orient vers le sud

avec une inclinaison de <02. *e =esoin en ner-ie lectrique est de > (Wh par ?our $1 600 (Wh/an%.

*'autonomie voulue est de 10 ?ours.

Quelle doit @tre la puissance cr@te des modules photovoltaïques !

Pc " ? / $ 4 # Ir?min % " > / $ 0,< # 7,8> % " 7,6 (Wc

Prendre 7,> (Wc ou plus suivant la com=inaison de modules P) choisis et la mar-e souhaite.

Quelle est la capacit ncessaire en =atteries $en prenant 4= " 0,5% !

Q=at " ? # A / (= " > # 10 / 0,5 " 65 (Wh $60 =atteries de 100 Bh # 17) " <0 (Wh%

Pour autant que la varia+ilit$ de l!ensoleillement soit elle d!un mois normal

Comparaison du s4st5me autonome iKdessus ave son $quivalent reli$ au r$seau et un s4st5me autonome avestoage sur l!ann$e.7n onsid$rant les mmes onditions mais pour un s4st5me reli$ au r$seau ,sau"l!inlinaison qui sera de #Q> on souhaite produire la mme quantit$ d!$nergie sur l!ann$e. Dans e as> la

puissane en modules photovoltaïques devra tre de 1>2 9 ,sans +atterie puisse que le r$seau "ait o""ie de



stoage .

Co6t appro8imati" du s4st5me P: ,modules P: onduleur montage F ' B 9> et des +atteries F 1 B9h> la dur$e de vie est de 2 ans> le tau8 de l!argent F (J ,Ga A >/*2> la maintenane annuelle ,par rapport

l!investissement est de 2J ,pour les petits s4st5mes pour le s4st5me onnet$ au r$seau et (J pour less4st5mes autonomes ave +atteries.

&e s4st5me sur r$seau est le plus int$ressant ,mais enore % "ois plus her que le 9h r$seau mais n!o""re pasl!ind$pendane du r$seau. &e s4st5me autonome sur quelques ?ours ave +atteries a un o6t du 9h $lev$ du"ait de sa grande sur"ae en modules P:. &e s4st5me P: ave stoage annuel sur +atteries permet de diminuer la sur"ae de modules P: mais la quantit$ de +atteries ,irr$aliste entraZne un o6t du 9h tr5s $lev$. Cedernier s4st5me o""re une s$urit$ totale qui peut tre int$ressante pour ertaines appliations pro"essionnellesonsommant peu d!$nergie $letrique.

+,/ Dimen!ionnement d-une in!taation "'oto#ota*)ue "our "om"age de -eau Page 1<

&e pompage de l!eau est un des rares as o` l!$nergie $letrique issue d!un module P: peut tre utilis$ediretement par un moteur $letrique et une pompe. C!est e que l!on appelle une utilisation au "il du soleil. Ces4st5me de pompes est surtout utilis$ dans les pa4s en voie de d$veloppement> dans les ones hors r$seau$letrique.&e +esoin est> partir d!un puits> d!$lever d!une ertaine hauteur M ,en m un ertain volume d!eau : ,en m# par

?our. &!$nergie m$anique 7? ,en 9h en une ?ourn$e pour e""etuer e travail est donn$e par la "ormulesimpli"i$e suivante F

Il "aut tenir ompte du rendement m$anique de la pompe qui est de l!ordre de 'J ,Rp A >' ainsi que de eluidu moteur $letrique qui est de l!ordre de /J ,Rm A >/. Un "ateur doit tre pris aussi pour prendre en ompteles pertes issues de l!$l$vation thermique dans le module photovoltaïque ainsi que du rendement du onvertisseurtensionBtension s!il 4 en a un ,GpA >* >0.7n"in> un point ne pas n$gliger est la perte de harge dans les tu4au8 provenant du "rottement de l!eau danseu8Ki. Ces pertes sont "ontion de la longueur et de la setion des tu4au8> du d$+it de l!eau et aussi de la rugosit$et de la "orme des tu4au8. Ces pertes de harges sont r$perut$es sur la hauteur d!eau en a?outant 1 2J lahauteur pour d$terminer e que l!on appel la hauteur manom$trique totale ou M)T. Des a+aques e8istent pour

aluler la M)T en "ontion du diam5tre du tu4au et du d$+it ,e8emple sur le site



Internet.aquoa.netBI)@Bpd"BdoK2#.pd" .

,<oure F .solener.omB"otos^".html

&e gisement solaire est "ontion du lieu> de la latitude> des masques $ventuels> de l!orientation du plan desmodules photovoltaïque par rapport au sud ainsi que de l!inlinaison par rapport l!horiontale et +ien sur de

l!$poque de l!ann$e.

&e ta+leau iKdessous donne pour di""$rentes inlinaisons et une orientation sud l!irradiation solaire pour di""$rentsmois Ouagadougou ,apitale du Lurina ;aso F

Pour la ville de Ouadadougou par e8emple> prohe de l!$quateur> l!inlinaison des apteurs photovoltaïques o""rant

la plus "orte irradiation ?ournali5re sur le mois le moins ensoleill$ ,qui est le mois de d$em+re est prohe de Q,horiontal> mais une pente de #Q permettrait de netto4er la poussi5re de la sur"ae du apteur lors des pluies.&a valeur de l!irradiation la plus "ai+le sera prise pour le dimensionnement de l!installation.&e dimensionnement de la puissane rte ,P des apteurs photovoltaïques de l!installation s!e""etue avel!irradiation ?ournali5re minimum sur l!ann$e Ir?min> en "ontion des +esoins ?ournaliers en $nergie 7? et desdi""$rents rendements. Il se alule omme suit F

-ve e genre d!installation> il n!4 a pas de stoage de l!$nergie $letrique pr$voir> don pas de +atteries. 7n asde n$essit$> le stoage> en g$n$ral pour les +esoins d!une ?ourn$e> s!e""etue dans un r$servoir pour uneutilisation di""$r$e. &a maintenane de e genre de s4st5me est simpli"i$e> point partiuli5rement important pourles sites isol$s.

&a hauteur entre la nappe et une pompe $merg$e ne doit pas e8$der quelques m5tres sous peine de d$samor=age.&!utilisation d!une pompe immerg$e r$sout e pro+l5me.

&a relation entre la puissane $letrique P issue des modules photovoltaïques et le d$+it ,en m# de la pompeest la suivante F

http://ines.solaire.free.fr/solpv/www.aquoa.net/IMG/pdf/doc-23.pdf

http://ines.solaire.free.fr/solpv/www.aquoa.net/IMG/pdf/doc-23.pdf



Exemple d'application :

n souhaiter arroser une plantation pr:s de ua-adou-ou. *es modules photovoltaïques seront placs

hori+ontalement. *es =esoins en eau sont de 10 m par ?our, l'lvation de l'eau est de 10 m:tres et le tuau 9ait

100 m:tres de lon- et a un diam:tre de > cm. Quelle doit @tre la puissance cr@te des modules photovoltaïques et

quel d=it peut3on esprer de la pompe !

1% Bpprciation de la hauteur manomtrique total C Bvec un d=it est estim à 0,6 litre/s $10 m / < heures% et une

section de > cm², la perte de char-e est de 76 mm par m:tre $site Internet DDD.aquoa.net/IEF/pd9/doc37.pd9%,

soit 7,6 m pour un tuau de 100 m:tres, la hauteur manomtrique total sera de 17,6 m:tres.

7% Gesoins ?ournaliers en ner-ie pour lever de 10 m:tres 10 m d'eau C

? " 0,007576 # ) # HE " 0,007576 # 10 m # 17,6 m " 0,>0 (Wh

% Puissance cr@te des modules photovoltaïques pour Ir?min " 6,1J (Wh/m².? C

*a puissance cr@te Pc des modules photovoltaïques à utiliser pour l'installation de pompa-e sera de 700 W, la

puissance du moteur lectrique et de la pompe devront @tre du m@me ordre de -randeur.

>% *e d=it dans le cas oK l'irradiance est de 1 (W/m² se calcule de la 9aLon suivante C *a puissance lectrique

disponi=le à partir des modules P) sera de 0,7 (W sous une irradiance de 1(W/m².

Q " $Pc # 4p # Mm # Mp% / $ 0,007576 # HE% " 0,7 # 0,J # 0,8 # 0,6 / 0,007576 # 17,6 " 7 m/h

Pour une irradiane ,ou ensoleillement de 1 9BmE> le d$+it est de 2 m#Bh. &!irradiation ?ournali5re Ouagadougou la plus d$"avora+le est elle de d$em+re ave '>10 9hBmE par ?our. Cela $quivaut '>10 heuressous une irradiane de 1 9BmE ,en r$alit$> au ours de la ?ourn$e> l!intensit$ de l!irradiane a une "orme de loheoup$ par endroit lors des passages de nuages ave un d$+it de 2 m#Bh> les 1 m# sont +ien o+tenus.

/ A!"ect %conomi)ue du "'oto#ota*)ue

/,1 Le cot de! in!taation! "'oto#ota*)ue Page 1>

&a r$partition du o6t de "a+riation d!une ellule siliium se r$partit omme suit F



&a r$partition des o6ts pour une installation photovoltaïque onnet$e au r$seau se d$omposeappro8imativement omme suit FK 'J pour les modules photovoltaïques>K 1'J pour l!onduleurK 1'J pour le mat$riel $letriqueK 1J pour le support des modules P:K 1J "rais d!installation

&es ta+leau8 iKapr5s donnent suivant deu8 soures un ordre de grandeur des o6ts mat$riel pose> en B9 MT>qui peuvent tre renontr$s dans diverses on"igurations en 2( F

<oure F Mespul 2(. &es travau8 d!am$lioration ou de r$"etion du +Htiment ind$pendants du s4st5me photovoltaïque ,e8. travau8 d!$tanh$it$> ren"orement de la harpente> et. ne sont pas pris en ompte dans eta+leau.

,<oure -D7)7B <ituation et ondition de d$veloppement du marh$ photovoltaïque en ;rane K 7tat des lieu8et mise en perpetive de ;a+rie buquois> le 2* septem+re 2(

Pour les sites autonomes> il est +eauoup plus di""iile de donner un o6t du "ait de l!utilisation de +atteries et dutransport du mat$riel dans un site isol$ omme un site en haute montagne part e8emple. Ce o6t peut varier de1 2 ou # B9 suivant les as.

-utre point important> la maintenane> les s4st5mes P: n!a4ant pas de pi5es mo+iles> la maintenane onsiste une simple v$ri"iation une deu8 "ois par an du +on "ontionnement du s4st5me> v$ri"ier le niveau d!$letrol4tedes +atteries s!il 4 en a ainsi que l!$tat de sur"ae des modules P: ,netto4age.&a dur$e de vie des modules P: est de 2 # ans> par ontre les onduleurs sont des produits dont la dur$e devie d$pend de la "r$quene d!utilisation. Celle des +atteries d$pend du nom+re de 4les de harge et d$harge etd!une gestion appropri$e. -u ours de la vie du s4st5me> l!onduleur devra tre rempla$ tous les / 12 ans> les



+atteries sont en g$n$ral hanger tous les inq di8 ans.

&a maintenane peut tre estim$e environ 2 ou # J par an du o6t d!investissement pour les petits s4st5mesraord$s sur le r$seau et 1J pour les grands s4st5mes , ' 9.

Pour les s4st5mes en sites isol$s ave +atteries le poste maintenane sera de ( / J du o6t d!investissement pour tenir ompte du remplaement des +atteries.

/,+ E#oution du cot du "'oto#ota*)ue Page 1=

:oii l!$volution du pri8 du 9 en _ de 100/ et de la prodution annuelle des modules P: de 10*( 2 F

,<oure d!apr5s Pierre TaillantK CR7D7N> oto+re 21

&a roissane du marh$ des modules photovoltaïques "ait huter les pri8. &e tra$ de la our+e logarithme du pri8 des modules P: ,en _B9 en "ontion du logarithme de la prodution umul$e ,en )9 est tr5sint$ressante puisqu!elle s!apparente une droite. Ce ph$nom5ne est lassique dans le domaine de l!$letroniqueet des produtions de masse.

&!$quation de ette droite s!$rit de la "a=on suivante F

ouK C1 est le o6t l!instant t1K C2 est le o6t l!instant t2K P1 est la prodution umul$e l!instant t1

K P2 est la prodution umul$e l!instant t2K T7 est le tau8 d!e8p$riene.



&e tau8 d!e8p$riene repr$sente la r$dution de o6t pour un dou+lement de la prodution umul$e. Dans notreas> la pente mo4enne sur l!ensem+le des points d!o+servation ,de 10*0 2 est de >2.

-tuellement et omme pour toute nouvelle tehnologie> le o6t de l!$nergie $letrique produite est enore tr5s$lev$ omme nous pourrons le onstater dans le hapitre suivant. &e tau8 d!e8p$riene de 2J permet deonnaZtre l!$volution du pri8 de revient des modules photovoltaïques en "ontion de la prodution mondiale.<u+ventionner l!investissement ou sur le tari" d!ahat de l!$nergie $letrique permet d!augmenter les quantit$s

produites ?usqu! atteindre la renta+ilit$. &e d$veloppement tehnologique d!autres $nergies omme pare8emple le nul$aire >ont $t$ su+ventionn$es sur "onds pu+lis F il n!est don pas a+errant de su+ventionner>mme des hauteurs pouvant aller ?usqu! /J> dans une premi5re phase de lanement> une nouvelle

tehnologie de prodution d!$nergie prometteuse et non polluante "ae des $nergies +on marh$> mme sielles sont +ase d!$nergies "ossiles> ar pr$sentes depuis longtemps et en grande quantit$.

/,/ Pri9 de re#ient du B@' "'oto#ota*)ue Page +0

&e pri8 de revient du 9h d$pend en premi5re appro8imation des donn$es suivantes F

K &!investissement initial par att rte ,I en B9

K 7nergie annuelle produite par un att rtre ,"ontion de l!irradiation annuelle dans le plan des modules et durendement l!installation etBou de l!$nergie r$ellement onsomm$e ,Nh en 9hB 9 ou heure



K De la maintenane ,Gem A maintenane annuelle B investissement iniitialK Du o6t de l!argent ,tau8 d!atualisation t et de la dur$e de vie de l!installation P: ,n

Ces 2 derniers points permettent de aluler le "ateur d!atualisation> prenons (J pour le tau8 d!atualisation

tet 2 ans pour la dur$e de vie n en ann$e. &e "ateur d!atualisation Ga se alule omme suit F

&a "ormule donnant le pri8 de revient du 9h en en "ontion des di""$rentes donn$es est la suivante F

,;ormule de la m$thode T7C de Lernard Cha+ot B-D7)7

-ve es mo4ens de alul du pri8 de revient de l!$nergie $letrique> omparons l!$letriit$ d!origine photovoltaïque et elle d!origine nul$aire.

&e ta+leau iKdessus montre lairement e qui p$nalise l!$nergie photovoltaïque. D!a+ord> un nom+re d!heuresde "ontionnement par an puissane nominale de 1 pour le P: ontre * pour les entrales nul$aires>

p$nalise d!un "ateur * le photovoltaïque. Impossi+le d!4 rem$dier en ;rane o` l!ensoleillement est mo4en ,1 heures et mme les pa4s disposants d!un tr5s +on ensoleillement ,2 2' heures ne peuventrivaliser. -utre point> l!investissement initial enore tr5s $lev$.

Cas des s4st5mes photovoltaïques autonomes F

Comme pour les s4st5mes onnet$s au r$seau> le pri8 de revient du 9h d$pend entre autre de FK l!investissement initial auquel il "aut a?outer le o6t des +atteries et l!$loignementK la prodution en $nergie ,"ontion de l!irradiation annuelle dans le plan des modules et du rendement del!installation etBou de l!$nergie r$ellement onsomm$e.K la maintenaneK le o6t de l!argent ,tau8 d!atualisationK la dur$e de vie de l!installation P:

Ces 2 derniers points permettent de aluler le oe""iient d!atualisation

Pour un s4st5me onnet$ au r$seau de 19 ave des modules P: de rendement 1J ,sur"ae A 1 mE et 29h de +atterie ,pour 1 ?our d!autonomie adapt$ ette puissane> ela "ait un investissement de / en



2# ,/ B9 et un pri8 de revient de 2>/ B 9h .

Note F un s4st5me P: pour un site isol$ est dimensionn$ pour les onditions les plus d$"avora+les> !estKKdired$em+re ,1 9hB? en mo4enne en ;rane. &e reste de l!ann$e> l!$nergie produite en plus n!est pas utilis$e.

&!$nergie r$ellement onsomm$e pour un s4st5me autonome est don moindre que elle produite par uns4st5me onnet$ au r$seau.&e pro+l5me du o6t est peut tre moins important pour les sites isol$s dans les pa4s d$velopp$s o` laonne8ion au r$seau reste on$reuse du "ait de l!$loignement et o` l!$nergie $letrique produite peut tre utilis$de "a=on rationnelle en sensi+ilisant au gaspillage et en utilisant des appareils $letriques $onomes en $nergiemais plus hers l!ahat. &es s4st5mes photovoltaïques> +ien que hers> sont plus a+orda+les pour un marh$solva+le> le as $h$ant> le ;-C7 e8iste.Par ontre> dans les pa4s en voie de d$veloppement> ou le r$seau est ou peut tre ine8istant> l!$letri"iation pardes s4st5mes photovoltaïques reste on$reuse.

/, Per!"ecti#e .uture !ur e "ri9 de re#ient du B@' "'oto#ota*)ue Page +1

Durant les ' derni5res ann$es> le tau8 de roissane annuel du photovoltaïque est ompris entre # et 'J. Nom+re d!e8perts pr$disent que e tau8 devrait durer plusieurs ann$es mais d$roZtre dans le temps> avetou?ours +ien s6r les aides sur l!investissement ou sur le tari" d!ahat pour ompenser le moindre o6t des$nergies onventionnelles. Dans le mme temps> les $nergies "ossiles devraient augmenter en o6t du "ait de leur rar$"ation.

<uivant le doument <O&-R @7N7R-TION I:K2* o $dit$ par l!7PI- ,7uropean Photovoltai Industr4-ssoiation et @reenPeae,httpFBB.epia.orgB"ileadminB7PI-^dosBpu+liationsBepiaB7PI-^<@^I:^"inal.pd" > la roissane du marh$

photovoltaïque mondial suivant un s$nario mod$r$ pourrait tre le suivant F

onduisant au8 pr$visions suivantes pour les ann$es 2(> 21> 22 et 2#.



<uivant e s$nario> en 2#> la apait$ umul$e en photovoltaïque serait de *2/ @9 produisant 1 T9h>soit 'J de la onsommation mondiale. &!augmentation de la prodution de modules photovoltaïque aura poure""et de "aire diminuer le pri8 de revient du photovoltaïque et en ons$quene le pri8 de revient du 9h

photovoltaïque.

&e graphe i apr5s montre l!$volution pr$vue du pri8 de revient du 9h photovoltaïque. Ce 9h photovoltaïque> produit dans la mesure du possi+le> devra pouvoir l!avenir onurrener l!$letriit$ du r$seau $letrique. CelleKi $tant produit +as o6t par de grandes unit$s de prodution mais ave un o6t pour le son transport et sadistri+ution e> !est le 9h $letrique que pa4e r$ellement le onsommateur.



&a one en vert sur le graphe iKdessus montre la one de pri8 de revient du 9h photovoltaïque entre 2 et

2%. CeluiKi d$pend "ortement de l!irradiation solaire puisque l!on onsid5re qu!une installation P: "ontionne1 / heures la puissane rte dans le sud de l!7urope et 0 heures dans le Nord de l!7urope.

D!un autre ot$> le o6t de l!$letriit$ est varia+le d!un pa4s l!autre> environ 12 TTCB9h en ;rane> del!ordre de 10 TTCB9h en -llemagne et 2' B9h au Danemar,httpFBB.industrie.gouv."rBenergieBstatistiBpd"Bhanpri82.pd" . &!int$rt du photovoltaïque s!en trouve modi"i$suivant les pa4s> les o6ts d!investissement et suivant la position g$ographique.



Cela onduit un point d!$quili+re au l!$nergie photovoltaïque devient int$ressante sans aides> visualis$ par laone hahur$e en rose sur les di""$rentes artes montr$es iKdessous pour 21> 21'> 22 et 2#.

<uivant les s$narios> l!$nergie photovoltaïque devrait don tre renta+le en ;rane partir de 22. 7nattendant> les aides sur le tari" d!ahat du 9h photovoltaïque ou l!investissement doivent tre poursuivies pour

d$velopper une industrie photovoltaïque en ;rane et partiiper l!e""ort mondial sur la r$dution du pri8 de





,<oure httpFBB.ed".omBhtmlBpanoramaBprodutionBrenouvela+leBsolaireB"rane.html

12>1 J de la prodution d!$letriit$ en ;rane en 2( est d!origine renouvela+le

,<oure httpFBB.ed".omBhtmlBpanoramaBprodutionBrenouvela+leBsolaireB"rane.html

et >(J de l!$letriit$ renouvela+le est d!origine solaire> soit >* J d!$letriit$ solaire sur toutel!$letriit$ produite en ;rane.

&a ;rane ompte de l!ordre de 1 mE de sur"ae ur+anis$e> en ouvrant 1J de ette sur"ae ave desinstallations photovoltaïques "ontionnant un $quivalent 1 heures par an> la prodution d!$nergie$letrique d!origine photovoltaïque serait de l!ordre de 1 T9h> soit 2J de la prodution $letriqueannuelle de la ;rane. Cet ordre de grandeur est onsid$ra+le> mme si ette prodution serait "aite surtoutl!$t$ et durant la ?ourn$e. Par ailleurs> l!investissement serait $norme> et envisagea+le uniquement si le o6td!investissement d$roZt omme pr$vu.

Etat du marc'% "'oto#ota*)ue

,1 La "roduction de ceue! "'oto#ota*)ue! dan! e mondePage +/





,/ Tec'noogie de! ceue! "'oto#ota*)ue! Page +

Prodution de ellules photovoltaïques par tehnologie

&e siliium mono et multi ristallin ouvre tou?ours de l!ordre de 0J de la prodution mondiale et sem+leind$trXna+le malgr$ la p$nurie atuelle de siliium ristallin qui sem+lait promettre un meilleur avenir au8ouhes mines. Il sem+le quand mme que les ouhes mines o""rent de meilleures perspetives pour e quiest de la r$dution des o6ts de prodution.

, 6ourni!!eur! de ceue! "'oto#ota*)ue! Page +:

;a+riants de ellules photovoltaïques suivant le lassement 2( F



Il est noter que parmi les premiers produteurs de ellules photovoltaïques> on trouve des "a+riants de

omposants $letronique omme <harp> G4o$ra> <an4o ,?aponais> des produteurs d!$nergie p$trolier ,LP





&a partie du monde o` le plus de photovoltaïque est install$ est l!7urope ave ''J du umul mondiale dont%(J pour l!-llemagne ,ave /%J du P: install$ en 7urope. :ient en deu8i5me la bapon ave 2/J.

&e umul mondial de photovoltaïque install$ en 2( est de ( 1%# )9> ela repr$sente la puissane de (

entrales nul$aire de 1 )9 mais peine la prodution d!$nergie $letrique d!une entrale nul$aire ,elleKi "ontionnant environ * heures par an ontre 1 heures par an pour le photovoltaïque.

&!$nergie $letrique d!origine solaire a $t$ de %>#* T9h en 2' pour une prodution d!$letriit$ mondiale de1/ 1#/ T9h en 2' ,soure F httpFBB.energiesKrenouvela+les.orgBo+servKerBhtmlBinventaireBPD;BChapitre1;R.pd". Ces %>#* T9h d!$letriit$ solaire repr$sentent .2%J del!$letriit$ mondiale produite et onsomm$e.

,: A""ication! de! !(!tme! "'oto#ota*)ue! Page +>



-ppliations des s4st5mes photovoltaïques suivant C4th$lia ,1002K2> renea+le 7nerg4 9orld ,100(K2( etI7- P:P< pour la ;rane ,2K2(



Il e8iste une di""$rene entre la prodution de ellules photovoltaïques et les installations photovoltaïques pourhaque ann$e. Cette di""$rene s!e8plique par le "ait qu!une partie de la prodution n!est onsomm$e que l!ann$esuivante et aussi pare que une partie de la prodution est utilis$e pour des appliations grands pu+lis nonompta+ilis$es. - noter F le 25me ta+leau iKdessus issu de renea+le energ4 orld ne prend pas en ompte tous les

pa4s.

Ce qui est retenir> !est que si toutes les appliations utilisant des ellules photovoltaïques ont un tau8 deroissane de quelques pourents par an> les appliations onnet$es au r$seau $letrique onnaissent un +ondspetaulaire. Cela s!e8plique par une "orte volont$ de produire de l!$letriit$ d!origine renouvela+le sur un marh$"ort onsommateur d!$nergie $letrique qui plus est> solva+le mais malgr$ tout "ortement su+ventionn$

,< In!taation! "'oto#ota*)ue! cumu%e! en Euro"e et "ar 'a5itant Page +=



&a ;rane arrive en '5me position en 7urope de par la puissane photovoltaïque umul$e install$e derri5rel!-llemagne> l!7spagne> l!Italie et les Pa4s +as. )ais rapport$ au nom+re d!ha+itant> la ;rane arrive en 125m

position en 2( ave >'2 9 par ha+itant> loin derri5re le &u8em+ourg ave '1 9 par ha+itant etl!-llemagne ave #* 9 par ha+itant> la mo4enne $tant de * 9 par ha+itant pour l!7urope.

&a ;rane a onsomm$e %'# T9h d!$letriit$ en 2(> soit * ' 9h en mo4enne par "ran=ais.Pour ouvri1J des +esoins $letriques des "ran=ais> il "audrait que haque "ran=ais installe environ *' 9 dans desonditions normales d!e8position assurant 1 heures de "ontionnement pas an. )ais avant de ouvrir une

partie non n$gligea+le de notre onsommation $letrique par des installations photovoltaïques> un e""ort dansso+ri$t$ et l!e""iait$ dans l!utilisation de l!$nergie $letrique doit tre "ait pour maZtriser nos +esoins en $ner :oir le site de l!assoiation N7@-9-TT ,httpFBB.negaatt.orgB.

,> Cot de! modue! et de! !(!tme! "'oto#ota*)ue! Page /0

Co6t mo4en des modules et des s4st5mes P: pour l!-llemagne> le bapon et les U<- entre 1002 et 2(.



&e o6t des modules est pass$ en mo4enne de ( B9 en 100( # B9 en 2( ,plutXt %B9 en 2( pour desraisons de p$nurie de siliium qualit$ solaire et pour les s4st5mes photovoltaïques onnet$s au r$seau> de 12



B9 ( B9.

 on o+tient T7 A >2* > omparer au >2 pr$sent$ dans un hapitre pr$$dent.

On v$ri"ie aussi que le o6t des modules repr$sente de l!ordre de 'J du o6t d!un s4st5me photovoltaïque.

Ana(!e du c(ce de #ie Page /1

&!anal4se du 4le de vie des modules photovoltaïques permet> non pas de ne onsid$rer que l!aspet$onomique par e8emple mme s!il est tr5s important> mais de onsid$rer l!ensem+le des $l$ments entrant en

?eu8 dans le d$veloppement du photovoltaïque. Cette $tude sur l!anal4se du 4le de vie du photovoltaïque porte sur ertains des points suivants F

les ressoures en mati5res premi5res

l!$nergie pour la trans"ormation ,$nergie grisela to8iit$ des mat$riau8 utilis$es ainsi que les produits de trans"ormation ,aides la sant$ et la s$urit$ des travailleurs lors du proess de "a+riationl!aspet $ologique ave les di""$rentes pollutions ,ga e""et de serre la sant$ et la s$urit$ lors de l!utilisationla "in de vie ave le re4lage

,1 Le! 5e!oin! en mat%riau9 de 5a!e "our a .a5rication de! ceue! "'oto#ota*)ue! Page /+

&es ellules au siliium mono et multi ristallin repr$sentent la prinipale partie du marh$ atuel. &e siliiumP: est prinipalement issu des hutes de l!industrie de l!$letronique> la roissane du marh$ du

photovoltaïque ne pourra s!en su""ire. &!avenir devrait aller vers des $paisseurs de a"er de plus en plus "ai+le,/m> l!utilisation de siliium sp$i"ique de qualit$ solaire moins pur et don moins her ,2K# Bg. &esiliium amorphe devrait priori progresser quand de grandes unit$s de "a+riation seront en plae en "aisanthuter les o6ts du proess.

&es ressoures pour ertaines mati5res premi5res ,onnues en 22 sont "ai+les par rapport la onsommationqui en est "aite> onduisant un rapport ressoure sur onsommation de 2K# ans. &e risque de p$nurie en esmati5res premi5res ,argent> indium et ruth$nium pour l!industrie photovoltaïque est grand> sahant que es



mmes mati5res premi5res sont utilis$es dans d!autres industries.

Pour produire 2(J de l!$letriit$ grHe au photovoltaïque en 2%> une puissane umul$e de * T9 ,T$ra9att rte devra tre install$e> ette puissane install$e n$essite un approvisionnement en mati5res premi5res.

Certaines ressoures ,ave les onnaissanes atuelles sont limit$es et o""rent un potentiel in"$rieur eluin$essaire omme l!argent ,2>( T9> monoK le tellure ,>*% T9> tehnologie CdTe> l!Indium,>2 T9> tehnologie CI@< et le ruth$nium ,># T9> tehnologie TiO2. Des progr5s sur es tehnologiesdevront tre "aits pour diminuer ou remplaer l!utilisation de es mati5res premi5res.

Certaines tehnologies utilisent des produits to8iques omme le admium ,CdTe> le s$l$nium ,CI@< >l!arseni ,@a-s et le plom+ ,monoK l!utilisationet pour "in de vie ,re4lage. D!autres tehnologies n!utilisent pas ,ou peu de mati5res to8iques omme lesiliium amorphe ,dopage au phosphore mais les quantit$s sont tr5s "ai+les> les ellules aK<i@e> les ellules@rajtel et les ellules monoK<I et multiK<i si le plom+ peut tre $vit$.

,+ Le! 5e!oin! en %nergie "our a .a5rication de! modue! "'oto#ota*)ue!, Page //

&a "a+riation des modules photovoltaïques n$essite de l!$nergie et mme +eauoup d!$nergie dans le as o` latehnologie est en siliium mono ristallin ou multi ristallin. Un mo4en de quanti"ier ette $nergie est l!7PLT,7nerg4 Pa4 La Time qui orrespond au nom+re d!ann$es de prodution du module pour "ournir l!$nergien$essaire sa "a+riation. Un autre r$sultat int$ressant est le ga e""et de serre ,@7< ontenu dans le 9h

produit par le module photovoltaïque suivant l!origine de la soure en $letriit$.

&es soures d!in"ormations sur Internet FhttpFBB.nea."rBhtmlBnddBreportsB22Bnea#(*(Ke8ternalities.pd" ,7nerg4 &C-K2% pageshttpFBB.hem.uu.nlBnsBBpu+liaB0(*%.pd" httpFBB.hem.uu.nlBnsBBpu+liaB0''*.pd"httpFBB.hem.uu.nlBnsBBpu+liaB0/'#.pd" httpFBB.hem.uu.nlBnsBBpu+liaB0/'%.pd"httpFBB.hut."iBUnitsB-7<BstudiesBdisBarlsson.pd"

&e ontenu $nerg$tique des ellules siliium mono et multi ristallin ,1 1' 9hBmE est $lev$ du "ait entreautre de la "a+riation des lingots de siliium tr5s $nerg$tivore> par ontre> es tehnologies ont pour elles lesmeilleurs rendements ,1'J et les meilleures dur$es de vie ,2' ans qui $volueront "ai+lement l!avenir. &eontenu $nerg$tique devrait tre divis$ par 2 dans l!avenir.

&es ellules ouhe mine> du "ait des pro$d$s de "a+riation> ont un ontenu $nerg$tique asse "ai+le ,# ' 9hBmE mais les rendements ,(K/J et la dur$e de vie ,1K1' ans sont p$nalisants pour es tehnologies.Par ontre> le ontenu $nerg$tique devrait tre divis$ par 2> le rendement et la dur$e de vie devrait eu8 progresserd!un "ateur presque 2 l!avenir.

&! 7PLT ,7nerg4 Pa4 La Time d$pend de l!$nergie n$essaire la "a+riation du module mais aussi del!irradiation permettant au module de produire de l!$nergie ainsi que du rendement du module. &e ta+leau iKdessus montre que la tehnologie ouhe mine est un peu meilleure que elle siliium ristallin> par ontre>l!avenir donne un net avantage au8 ouhes mines.

&e ga e""et de serre ,@7< ontenu dans le 9h produit par le module P: d$pend de l!$nergie n$essaire la



"a+riation du module ,ou plutXt du ontenu en ga e""et de serre de l!$nergie $letrique utilis$e et de l!$nergie produite durant sa vie par le module P:> don de son rendement> de sa dur$e de vie et de l!irradiation solaire. &esmodules de tehnologie ouhes mines sont en mo4enne $quivalent eu8 de tehnologie siliium ristallin du"ait du moindre rendement et de la plus "ai+le dur$e de vie des premiers. &!avenir devrait tre "avora+le la

tehnologie ouhes mines.On onsid5re que pour la latitude de la ;rane> il "aut environ # ans pour rem+ourser la dette $nerg$tique pour la"a+riation d!un module photovoltaïque de tehnologie multi ristallin.

&a tehnologie organique TiO2 o""re de +onne perspetive d!$volution pour un o6t tr5s prometteur mais ontenu$nerg$tique ne nous est pas enore onnu.

&e ta+leau suivant> de soure 7D;> donne suivant les "ili5res le nom+re de gramme de CO2 $mis par 9h$letrique produit.

&!ast$risque indique> suivant 7D;> que e hi""re d$pend de la soure d!$nergie utilis$e pour la "a+riation qui peuttre d!origine prinipalement "ossile ,omme en -llemagne ou h4draulique ,omme en Norv5ge. &e hi""re de 'gr de CO2 par 9h pour l!$letriit$ nul$aire ne prend en ompte que la partie om+usti+le uranium ,soure<;7N> dans les mmes onditions> le photovoltaïque serait gr de CO2 par 9h puisque le om+usti+le est lesoleil qui n!$met pas de CO2 sur terre.

-utre soure> <andia National &a+oratories.



Dans le ta+leau iKdessus> les valeurs donn$es sont en gramme de ar+one par 9h. Un "ateur orreti" de #>'*doit tre utilis$ pour o+tenir des valeurs en gramme de CO2 par 9h. Ce qui "erait 2 gCO2 B 9h pourl!$letriit$ photovoltaïque et 2/ g CO2 B 9h pour l!$letriit$ nul$aire. Il est don important de onnaZtre lesonditions pour lesquels sont donn$s des in"ormations hi""r$es.

,/ Ri!)ue! !ur a !ant% et !%curit% or! de a .a5rication Page /

&es risques lors des proess de "a+riation sont +ien onnus dans l!industrie de l!$letronique. Ces risques onernent prinipalement le stoage et le maniement de produits to8ique ou e8plosi"s.

Pour plus d!in"ormation> voir aussi les sites suivants FhttpFBB.hem.uu.nlBnsBBpu+liaB0(*%.pd" httpFBB.nrel.govBdosB"4#ostiB##'(1.pd" ,CdTehttpFBB.nrel.govBnpvBpd"sB2(//2.PD; ,CI@<httpFBB.o?aKservies.nlBieaKpvpsBprodutsBdonloadBrep1^%.pd"

, Ri!)ue! durant a #ie de! modue! "'oto#ota*)ue! Page /



&es risques durant la vie des modules P: sont "ai+les voir nuls du "ait que les mati5res to8iques sont on"in$s l!int$rieur du module de "a=on sta+le> sans risque de dispersion. &e risque ma?eur est lors d!un inendie demaison lorsque les modules sont dispos$s sur le toit> il 4 a risque de diss$mination de partiules to8iques.

Pour les modules CdTe> la temp$rature de vaporisation des ompos$s CdTe est de 1'QC alors que latemp$rature sur un toit lors d!un inendie serait de /K0 QC ,0K1QC dans les pi5es int$rieures> don

peu de risque. ,voir site httpFBB.pv.+nl.govBart^1('.pd".

&es risques e8istent pour les di""$rentes tehnologies utilisant des mati5res to8iques d!$mission dansl!environnement de es mati5res. Il e8iste peu d!in"ormation sur la tehnologie CI@< mais il sem+lerait queelleKi soit moins risqu$e que la tehnologie CdTe ,voir httpFBB.pv.+nl.gov>

, Le rec(cage de! modue! "'oto#ota*)ue!, Page /:

&a dur$e de vie des modules photovoltaïques est de 2 # ans> moins pour les modules en ouhes mines>eu8Ki peuvent tre utilis$s apr5s leurs dur$es de vie mais leurs arat$ristiques hutent ,K>2J sur le rendement

par an pour le siliium mono ristallin. &e re4lage des modules P: risque d!tre her et di""iile ar eu8Kiseront dispers$s dans l!espae et le temps> le proess est aussi une question de o6t. Il 4 a deu8 +onnes raisons aure4lage des modules P: en plus du traitement $ologique des d$hets ,pour $viter l!inin$ration ou la d$harge.&a premi5re est le traitement des modules P: pour r$up$rer ,et r$utiliser les mati5res to8iques ,plom+>admium> s$l$nium pour $viter la pollution de notre l!environnement. &a deu8i5me est la r$up$ration desmati5res rares ou devenant rares omme l!argent> le tellure ou l!indium pour la "a+riation de nouveau8 modules,:oir le site httpFBB.pv.+nl.gov.

,: S(nt'!e !ur -ana(!e du c(ce de #ie du "'oto#ota*)ue Page /<

&!anal4se du 4le de vie va du +ereau la tom+e. &e ta+leau i apr5s reprend les prinipau8 points pris enompte iKdessus F

-tuellement et pour un "utur asse prohe> la vue de ette $tude> le siliium ristallin sem+le tre unetehnologie aepta+le> les tehnologies ouhes mines omme le CdTe et le CI@< ,ainsi que l!@a-s sont

p$nalis$es par l!utilisation de mati5res to8iques et asse rares. &a tehnologie en siliium amorphe o""re



+eauoup d!avantages si l!avenir> elle augmente son rendement et sa dur$e de vie.

Documents

SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE