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LE PHOTOVOLTAÏQUE

LICENCE VERTE POITIERS – 2009/2010. LE PHOTOVOLTAÏQUE. SOMMAIRE. RAYONNEMENT SOLAIRE ORIENTATION & INCLINAISON CONVERSION DE LA LUMIERE EN ELECTRICITE ANATOMIE D’UN MODULE FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE SCHEMA EQUIVALENT ELECTRIQUE TYPES DE SILICIUM USAGES DU PHOTOVOLTAÏQUE SYSTÈMES DE POSE

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LE PHOTOVOLTAÏQUE

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  1. LICENCE VERTE POITIERS – 2009/2010 LE PHOTOVOLTAÏQUE

  2. SOMMAIRE • RAYONNEMENT SOLAIRE • ORIENTATION & INCLINAISON • CONVERSION DE LA LUMIERE EN ELECTRICITE • ANATOMIE D’UN MODULE • FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE • SCHEMA EQUIVALENT ELECTRIQUE • TYPES DE SILICIUM • USAGES DU PHOTOVOLTAÏQUE • SYSTÈMES DE POSE • LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES • PRATIQUE

  3. RAYONNEMENT SOLAIRE • L’élément essentiel du photovoltaïque est la lumière du soleil, les photons. • L’ensoleillement du soleil possède sa constante : 1360W/m² • Unité : flux exprimé par une puissance sur une surface • Cette valeur arrive sur Terre plus faible : • Gaz atmosphérique • Vapeur d’eau • Pollution •  • Masse Atmosphérique ou Air Mass

  4. RAYONNEMENT SOLAIRE • Rayon utile au fonctionnement : • Rayonnement direct : rayons arrivant directement en ligne droite • Rayonnement diffu : rayons passant à travers les nuages • Rayonnement global : Σ des 2 • Albédo : réfléchissement des rayons A : 1000W/m²;soleil au zénith et dégagé B : 200-580W/m²;soleil au zénith et nuageux

  5. ORIENTATION & INCLINAISON Lequel prime ? Aucun, l’un est aussi important que l’autre. Inclinaison optimale pour une position fixe annuelle : latitude +10° Orientation optimale pour une position fixe annuelle : +/-45° Sud Position et orientation idéale : utilisation de trackers. Nécessite un investissement lourd, de la maintenance et consomment de l’énergie. x : L + 10°

  6. CONVERSION DE LA LUMIERE EN ELECTRICITE 2 points essentiels : toute matière est faite d’atome 1 courant électrique est une circulation d’atome Isolant électrique : électrons de la matière liés aux atomes (plastique, céramique…) Conducteur électrique : électron totalement librespassage du courant (fil de cuivre, métal…) Semi-conducteur : « mélange » des 2 Electrons bloqués dans la matière et ne circule qu’avec un apport d’énergie (photons par exemple) « Inépuisable » : présent dans le sable sous forme de silice, le silicium (Si) Dopage des faces [type P « - » (Bore) et type N « + » (Phosphore)] Jonction passante sous éclairage

  7. ANATOMIE D’UN MODULE Silicium : Monocristallin : 1 seul cristal ordonné, fondu et refroidissement tout seul Polycristallin : plusieurs cristaux de 1mm à 2cm, fondu et accélération du refroidissement Sciage des carottes : scie à fil  WAFER Dopage des couches inférieur et supérieur Photopile opérationnelle Mise en série des photopiles Tension trop faible  mise en série  augmentation de la tension Assemblage Photopile encapsuler avec les 2 couches d’EVA (Ethyl-Vinyle Acétate) Consolidation Plaque de verre de 4mm Cadre aluminium Feuille de tedlar

  8. FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE Pmpp = Umpp*Impp Umpp : Tension de charge idéale Impp : Courant de charge idéale Pmpp : Puissance maximale Pmpp : Pc Rendement (Base standardisé STC : 1000W/m²;25°C;AM 1,5) η = Pm/E*S = Wc/W.m²*m² Exemple : module SCHEUTEN P6-66 260Wc (1820*1000*42) η = 260/1000*1,82 = 0,143 η = 14,3% Conclusion : la production dépendra essentiellement de l’ensoleillement…

  9. FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE LA TEMPERATURE EXTERIEURE Paramètre non négligeable Chute = 2,35%/5°C Ex : P(Wc) = 260Wc STC P(Wc) à 60°C : 60-25=35  6 points (6*5) = 6*2,35 = 14,1  100-14,1 = 85,9 P(Wc) = 260*0,859 = 223Wc Un climat très chaud est donc un inconvénient (Sahara) et donc empêche son développement dans ces pays. Conclusion : la production dépendra essentiellement de l’ensoleillement, mais pas seulement.

  10. SCHEMA EQUIVALENT ELECTRIQUE G : photopile D : diode « by-pass » permet la circulation du courant dans un seul sens Rsh : résistance de « shunt », absorbe les fuites inévitables du courant entre les bornes d’une photopile Rs : résistance de série, simule la Σ des pertes

  11. TYPES DE SILICIUM Amorphe cristallin η : 5-9% Puissance : 1Wc (en intérieur) Puissance : 5 à 140Wc (en extérieur) Usage : couverture de toiture plate, calculette, montre… Particularité : Les 1ers mois, performance plus élevés Sulfure de Cadmium (CuInSe2) η : 10-12% Prix : 5 à 100Wc Usage : idem au cristallin, mais peu commercialisé car présence de matériaux dangereux Arséniure de Gallium (GaAs) η : très élevé Prix : très élevé Usage : satellite, concentrateurs Monocristallin (Si) η : 15-19% STC Puissance : 5 à 300Wc Usage : en extérieur pour l’habitat, télécom, balisage… Polycristallin (Si) η : 11-17% STC Prix : 5 à 300Wc Usage : idem

  12. USAGES DU PHOTOVOLTAIQUE • Autonome • Charge batteriecontrôle de la consommation automateutilisation pour électrification rurale • Fil du soleil • Directement utiliséalimentation moteur d’une pompe en PVD • Connecté au réseau • Toute ou partie réinjecté au réseaurevente de sa production

  13. SYSTÈME DE POSE • Intégration • En surimposition • Bac acier • Brise soleil • Verrière • Sol

  14. INTEGRATION

  15. SURIMPOSITION

  16. BAC ACIER

  17. BRISE SOLEIL

  18. VERRIERE

  19. SOL

  20. LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES Union européenne en 2004

  21. LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES

  22. PRATIQUE

  23. PRATIQUE Alimentation d’un portail automatique Ensoleillement : Matériel : Moteur 10A-12VDC Récepteur de télécommande à basse consommation (12VDC de préférence) Utilisation : Fonctionnement moteur : 3*20s par jour Fonctionnement récepteur : 40mA permanent sous 12VDC Questions : Qu’elle est la consommation globale du système ? Calculer la puissance crête du panneau à prendre ? Pour 10 jours d’autonomie, qu’elle batterie faut-il prendre? Orientation Sud, 60°, Wh/m² jour

  24. PRATIQUE Questions : Qu’elle est la consommation globale du système ? Calculer la puissance crête du panneau à prendre ? Pour 10 jours d’autonomie, qu’elle batterie faut-il prendre? Formule : Pc = (Consommation globale*tension)/(Ensoleillement*0,6) 0,6 étant le coefficient de base (perte, baisse de performance…) C = (Consommation globale*Autonomie)/0,6

  25. PRATIQUE Mise en place d’un régulateur Il faut impérativement que le courant admissible du régulateur soit supérieur ou égal au courant de démarrage du moteur, sauf si le régulateur accepte les surintensités transitoires Mise en place d’un convertisseur AC-DC Si votre moteur ne fonctionne qu’en 230VAC, il faut rajouter un convertisseur entre la batterie et le moteur, il faut aussi majorer la consommation du système par le rendement du convertisseur. Ex : Consommation sans convertisseur : 1127mAh*12V=13,5Wh/jour Consommation avec convertisseur : 13,5/0,8=16,9Wh/jour

  26. PRATIQUE Schéma : K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur Batterie chargée/en charge K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur Batterie chargée à 100% K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service Batterie déchargée

  27. PRATIQUE Schéma : K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur Batterie chargée/en charge K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur Batterie chargée à 100% K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service Batterie déchargée

  28. PRATIQUE Schéma : K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur Batterie chargée/en charge K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur Batterie chargée à 100% K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service Batterie déchargée

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