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Le Solaire photovoltaïque
PLAN : UnitésUn peu de physique :
Rayonnement du soleil E(λ)effet photovoltaïque
FabricationCaractéristiques, performancesPhotovoltaïque : applicationsSolaire thermiqueLa ressource solaireSystème PV autonomeSystème PV connecté au réseau
Objectifs : Apporter les connaissances de base sur l’énergie solaireet sur l’énergie photovoltaïque en particulier.
Module 2l6ov8mV. BoitierJanvier 2010
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2/ Un peu de physique.
Sour
ce :
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Spectre du soleil.Idem corps noir à 5770 K
Cathode N Anode P3
Dopé N : excès d’e- dans le réseau cristallin. Dopé P : excès de trous dans le réseau cristallin.
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2/ Un peu de physique.
La jonction pn.
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Bandes énergétiques au sein de l’atome de Silicium
(doc BP Solar)
Eg = Ec-Ev ≈ 1eVSi E=hC/λ < Eg,
pas de conversion PVSi E=hC/λ > Eg,
conversion PV, le rab > à Eg est perdu sous forme de chaleur.
Photon ⇒ électrons passe de BV vers BC du semi-conducteur et deviennent libres ⇒création paire électron-trou, séparation avant recombinaison dans la ZCE.
Cellule au silicium à jonction pn.
2/ Un peu de physique.
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2/ Un peu de physique.
Cellule au silicium à jonction pnet cellule au silicium amorphe.
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3/ fabrication.
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3/ fabrication.
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Cellule : diode de grande surface(en convention générateur).
Module : mise en série de cellules, module « 12 volts » => 36 cellules22 volts à vide, 16 – 17 volts au MPP
Mise en série , la tension augmente, le courant est fixé par la cellule la moins éclairée.Mise en parallèle , la tension est la même, le courant est égal à la somme des courants de chaque branches
4/ caractéristiques. I
V
+
-
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Sharp 175.
la caractéristique P(V) présente un extrémum.
4/ caractéristiques.
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Influence de l’éclairement et de la température.
4/ caractéristiques.
Photowatt PW110.
4/ caractéristiques.Performances…
JC-Muller
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Silicium multicristallin :ηlabo ≈ 19%.ηcellules indus ≈ 11, 14%.62 % du marché
Silicium monocristallin :ηlabo ≈ 25%.ηcellules indus ≈ 12, 16%.27 % du marché
amorpheηlabo ≈ 13%.ηmodules ≈ 6 à 8%.< 3% du marché
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Source (2008):
Total production électrique mondiale en 2007 d’origine renouvelable: 3 604 TWh soit 18% de la production totale d’électricité (19 825 TWh).
Total production électriquephotovoltaïquemondiale en 2007 : 7,9 TWh(2,7 TWh en 2004), soit 0,2% de la production électrique mondiale en 2007 d’origine renouvelable
5/ Place du photovoltaïque (PV) parmi les énergies.
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6/ Photovoltaïque : des applications décentralisées
Satellites
Electrification des sites isolés, notamment :pompage d ’eaubalises…pays en développementloisirs
De façon marginale : véhicules (courses sunracers)bateaux...
Sources : Bernard Multon, Stephan Astier
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6/ Photovoltaïque: plus de puissance
… et le réseauBavaria solarpark (Allemagne) 62000m²
de panneaux pour 10MW
Phot
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2005
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Toit solaire > utilisation
« individuelle »> raccordés au
réseau électrique
Centrale de grande puissance
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Principe : système concentrateur de chaleurpuis …échangeur et turbine ou générateur (moteur Stirling)
Miroir à auges
Paraboles Diam : 8m Pe=10kW
7/ Solaire thermique pour la production d’électricité
Champs de miroir + récepteur
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7/ Solaire thermique pour la production d’électricité
Principe
Docs : A. Ferriere
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Solar Two Barstow
Californie 97-200085000 m² 12,4 MWe
7/ Solaire thermique : Exemples
Ancienne installation Themis en France
(83-86) 10740 m² miroir2,5 MWe
Tour solaire Manzanares (Espagne)194 m de haut6000m2 de miroir
Désert MojaveCalifornie
2000000 m² cylindro-paraboliques
354 MWe
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7/ Solaire thermique pour le chauffage
le chauffage de l’eau
le chauffage de la maison
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un chauffe-eau solaire couvre entre 40 et 80 % des besoins en eau chaude (surface entre 2 et 5 m² pour 4 personnes - 200l)
le système solaire combiné couvre 25 à 60 % des besoins en chauffage et en eau chaude (surface environ 1 à 1,2 m² pour 10 m² de maison).
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http://images.wikia.com/solarcooking/images/7/73/Minimum_Solar_Box_Cooker_Photo.jpg
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Solar Steam cooking system installed at Sangi Industres,Hyderabad for their industrial canteen to cook for 500 workers. http://www.gadhiasolar.net/solarsteam.html
Solar Steam cooking System installedat Sri Saibaba SanthanShirdi to cook for 3000 people per day
7/ Solaire thermique : la cuisine!
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25% de la surface de la France avec 1500 kWh/m²/an et 10% de rendement global, on obtient une production électrique de 20 000 TWh =conso élec de la planète.
8/ La ressource solaire
Docs : A. Ferriere PROMES
Réserves mondiales d’énergie primaires
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8/ Une ressource variable.Trajectoire du soleil
dans le ciel.
Journées du 20 et 21 /07/2006(LAAS)sur une surface horizontaleÉchelle entre 0 et 1000 W/m²(Max vers 13h30)
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La course du soleil à Toulouse
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8/ Une ressource variable.
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Azimut
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La course du soleil à Madagascar.
8/ Une ressource variable.
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01 janv 20 févr 10 avr 30 mai 19 juil 07 sept 27 oct 16 déc
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60 degrés45degrés30degréshorizontale
Données mensuelles (kWh/m²/j) (Toulouse)sur une surface horizontaleOrientation Sud (de janvierà janvier)
Donnéesjournalières(Millau) Surface horizontale
8/ Une ressource variable.
Doc : Atlas solaire français
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8/ Carte solaire de la France
En kWh / m² et par jour
Moyenne annuelle pour une surface orientée au Sud et inclinée avec un angle égal à la latitude du lieu.
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8/ Rendement de captation en fonction de l’orientation et de l’inclinaison. Calcul du facteur de transposition (FT)
27 Application à Toulouse.
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TRANSPORT ETGESTION
CONSOMMATIONAUTONOMIERECHARGE
9/ Système photovoltaïque autonome
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Durée de vie d'une batterie en fonction de la profondeur de décharge
Les Batteries
Paramètres de choix : Tension (12, 24, 48 Volts), Capacité (Ah) (courant de charge < 1/10 C), Nombre de cycles @ SOC min donné, Electrolyte gélifié ou non
9/ Système photovoltaïque autonome
30 autoconsommation Vente totale de la production
10/ Système photovoltaïque connecté au réseau
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2,2 kWc ⇔ 20 m² ⇔ 18500 €TTC pose comprise ⇔ 2400 kWh/an ⇔gain <1450 €/an ⇒ amortissement 13 ans si no subventions.
Installation en Mayenne : 3 kWc ⇔ 27 m² ⇔ 17000 €TTC pose comprise- subventions de 12000 €
10/ Système photovoltaïque connecté au réseau : Coûts
Exemples d’installations
Est ce qu’un projet PV est rentable ?De nombreux facteurs peuvent conduire à des écarts de temps de retour sur l’investissement très différents d’un système à l’autre; nos simulations donnent des valeurs entre 9 et 25 ans.
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Coûts moyens €HT 2000 Wc "posé " 2000 Wc "intégré " Fournitures 13.583 € HT 14.676 € HTPose 2.057 € HT 2.446 € HTCoût total 15.640 € HT 17.122 € HTCoût/Wc 7,80 €/Wc 8,60 €/Wc
Coûts d’un système PV raccordé réseau (2006).
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11/ Système photovoltaïque : CoûtsSo
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Attention aux chiffres!
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Conclusion
Systèmes autonomes (petite puissance) : éclairage, réfrigérationpompage (fil de l’eau)alimentation
Energie chère, systèmes fiable (pas de parties tournantes), problème du stockage (batteries éléments faibles).
Systèmes connectés au réseau:filière en plein développement…
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Conclusion en chiffres (quiz)
Soleil quand il fait beau ….. sur l’annéeou par jour
Panneau PV technos …rendement …paramètres influents …durée de vie …
Utilisations du PV 2 types …Batteries technos … dod max …
cycle … durée de vie …Onduleurs 2 types …Protections …Charges …Prix …
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