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Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

Cellules, modules et systèmes photovoltaïques. 3. Installation photovoltaïque raccordée au réseau (compétence électrique) Version de janvier 2011. Type de cellules photovoltaïques. Cristallin : 300 m m. Silicium polycristallin (p-Si) Silicium monocristallin (m-Si). Couches minces :

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Presentation Transcript

  1. Cellules, modules et systèmes photovoltaïques 3 Installation photovoltaïque raccordée au réseau (compétence électrique) Version de janvier 2011

  2. Type de cellules photovoltaïques Cristallin : 300mm • Silicium polycristallin (p-Si) • Silicium monocristallin (m-Si) Couches minces : 1 à 3 mm • Silicium amorphe (a-Si) • Couche mince de diséléniure de cuivre et d’indium CIS • Tellure de cadmium Cd Te PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  3. Filière Silicium Cristallin • De la silice au silicium… Silicium purifié Lingot Wafer Cellule Module Systèmes Procédé chimique de purification Moulage Sciage Traitement De surface Lamination PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  4. Filière Silicium Cristallin PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  5. Filière Silicium Cristallin Photowatt Technologies PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  6. Filière Silicium Cristallin Four à diffusion 800 °C PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  7. Filière Silicium Cristallin Tri des cellules PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  8. Filière couches minces PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  9. L’effet photovoltaïque PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  10. L’effet photovoltaïque PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  11. Électrode négative Silicium dopé n Couche limite Électrode positive Silicium dopé p La cellule photovoltaïque PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  12. Exemples de cellules cristallines Monocristallin Polycristallin Tailles les plus courantes : 4’’ = 101 mm 5’’ = 125,5 mm 6’’ = 155,5 mm PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  13. Exemples de cellules couches minces La surface n’est pas standardisée PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  14. Rendement d’une cellule p-Si m-Si PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  15. U (Volts, V) R(Ohms, Ω) I (Ampères,A) + - Grandeurs en courant Continu U = R x I (V Ω A) P = U x I (W V A) P = R x I x I = R x I² PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  16. Rappels d’électricité • U : tension (Volt - V) • I : courant (Ampère - A) • P : puissance (Watt - W) • Pc : puissance d’une cellule, d’un module, d’un système mesurée dans les Conditions Standard de Test (Watt-crête - Wc) • Les Conditions Standard de Test – STC : • Eclairement énergétique = 1 000 W/m² • Tcellule = 25 °C • A.M = 1,5 • En courant continu : • Puissance : P = U x I (en W ; Watt) • Energie : E = U x I x t (en Wh ; Wattheure) • En courant alternatif (monophasé) • Puissance active : P = U x I x cos phi (W ; Watt) • Puissance apparente : S = U x I (en VA) • Energie : E = U x I x cos phi x t (en Wh ; Wattheure) PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  17. Caractéristique courant tension puissanced’une cellule PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  18. Différentes tailles de cellules en polycristallin 101 x 101 101 x 50,5 50,5 x 50,5 PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  19. La constitution d’un module photovoltaïque • Les cellules photovoltaïques sont fragiles et sensibles à l’environnement extérieur nécessité de protection mécanique • La tension et la puissance d’une cellule ne sont pas adaptées aux applications courantes nécessité de les coupler D’où constitution de modules photovoltaïques PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  20. La constitution d’un module photovoltaïque • Montage en série des cellules photovoltaïques • La mise en série des cellules permet d’augmenter la tension tout en conservant le courant d’une cellule (nécessité d’appairage des cellules) U PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  21. ruban Cellules La constitution d’un module photovoltaïque • Câblage des cellules photovoltaïques • Les cellules sont connectées entre elles par de fins rubans métalliques (cuivre étamé), du contact en face avant (-) au contact en face arrière (+) PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  22. EVA VERRE CADRE RUBAN JOINT CELLULES (36 en série) La constitution d’un module photovoltaïque • Encapsulation des cellules mises en série • Les cellules sont encapsulées sous vide entre 2 films thermoplastiques transparents (EVA: Ethylène Acétate de Vinyle) • Le plus souvent présence d’un cadre en aluminium avec un joint périphérique pour permettre la dilatation • Un verre trempé en face avant protège les cellules sur le plan mécanique tout en laissant passer la lumière • La face arrière est constituée d’un verre ou d’une feuille TEDLAR PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  23. Coupe d’un laminé PV bi-verre • Verre face et arrière • Protection par EVA • Cellules cristallines PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques Le processus photovoltaïque 3-9

  24. Coupe d’un module PV (verre-polymère)avec cadre • Cadre en aluminium • Joint d’étanchéité • Verre • Support EVA • Cellule cristalline • Film Tedlar PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques Le processus photovoltaïque 3-10

  25. La constitution d’un module photovoltaïque • Connexion • La boîte de connexion étanche regroupe les bornes de raccordement, les diodes by-pass • Les 2 câbles unipolaires y sont raccordés Voir rôle des diodes dans le chapitre« sécurité des personnes et des biens » PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  26. La connectique • Pour les câbles inter-modules, de groupes et principaux • Câbles unipolaire équivalent classe II - PV 1000-F(cf. guide UTE C 32-502) Stabilité aux UV – Tenue aux intempéries – • Tension : 1,15 Vco minimum,en pratique niveaux de tension: 600 à 1000V • Tenue en température : • 70°C température ambiante pour courant max • 90°C à l’âme • Connecteurs spécifiés pour courant continu et dimensionnés à l’identique des câbles • Étiquette signalant « ne pas déconnecter en charge » • Protection contre les contacts directs • Tenue aux intempéries (température, UV, étanchéité IP54,…) PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  27. La constitution d’un module photovoltaïque PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  28. La constitution d’un module photovoltaïque PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  29. Caractéristiques d’un module photovoltaïqueau silicium cristallin selon l’ensoleillement PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  30. TUC : Température d’Utilisation des Cellules NOCT : Normal Operating Cell Temperature C’est la température de la cellule dans des conditions conventionnelles de fonctionnement : Vitesse d’air en surface : 1 m/s Température de l’air : 20 °C Eclairement énergétique : 800W/m² PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  31. Caractéristiques d’un module photovoltaïqueau silicium cristallin selon la température Amorphe : 0,21%/ °C PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  32. Température d’un module au silicium cristallin en fonctionnement PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  33. Les modules photovoltaïques • Caractéristiques : • Isolation classe II • Diodes by-pass intégrées • Tension maximum admissible élevée (500 à 1000 V) • Courant inverse admissible : au moins 2 x Icc • Connecteurs débrochables détrompés PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  34. Fiches techniques de modules PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  35. Fiches techniques de modules PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  36. Fiches techniques de modules PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  37. Fiches techniques de modules PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  38. Différents modules photovoltaïques au silicium • Conformité : CEI 61215 CEI 61646 Monocristallin Polycristallin Couches minces PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  39. Spécification des modules photovoltaïques • PmPuissance nominale (dans les conditions STC, en Wc) • Icc Courant de court circuit (en A) • VocTension de circuit ouvert (en V) • VmppTension à puissance maximale (en V) • ImppIntensité à puissance maximale (en A) • kiCoefficient de température pour l’intensité (en %/°C) • kvCoefficient de température pour la tension (en %/°C) • kpCoefficient de température pour la puissance (en %/°C) • TUC (NOCT en anglais)Température d’Utilisation des Cellules (en °C) • I=f(V) Diagramme des caractéristiques • Surface active des cellules (en m²) • Rendement du module (en %) • FF Facteur de Forme • Certification (CEI 61215 ou CEI 61646) PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  40. Fiche technique d’un module photovoltaïque PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  41. Comparaison cristallin / amorphe(pour une même surface) PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  42. P c η = E ´ S STC STC module Rendement d’un module PV PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  43. Consommation d’énergie et de matériauxpour les couches minces et le cristallin Couche mince Cristallin Couche mince Cristallin PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  44. Le champ de modules photovoltaïques PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  45. Mise en série et en parallèle de modules PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  46. Caractéristiques d’un champ PV PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  47. Systèmes photovoltaïques • Systèmes de pompage • Systèmes autonomes • Systèmes hybrides • Systèmes raccordés réseau PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  48. Les systèmes autonomes au fil du soleil • Application principale : Pompage Réservoir Convertisseur PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  49. Les systèmes autonomes au fil du soleil • Application principale : Pompage PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

  50. Les systèmes autonomes avec batterie d’accumulateurs • Applications principales : Électrification habitat, télécommunication, signalisation routière, etc. Distribution en continu (12, 24 48 volts) Distribution en alternatif (230 volts) PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

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