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Introduction :  L’énergie photovoltaïque désigne la transformation d’une sourc

Introduction :  L’énergie photovoltaïque désigne la transformation d’une source d’énergie lumineuse en électricité et son utilisation. Elle est à distinguer de l’énergie solaire thermique, qui est une autre technique destinée au chauffage de l’eau par conversion directe de l’énergie solaire en calories à l’aide de capteurs plans. Les cellules solaires et modules photovoltaïques sont des composants de conversion d’énergie qui produisent de l’électricité lorsqu’ils sont exposés à la lumière. On parle généralement d’énergie solaire photovoltaïque, car le soleil est la source lumineuse la plus intense de notre planète, et la plupart des applications sont en plein air. L’originalité de l’énergie photovoltaïque telle qu’on l’entend ici est de transformer directement la lumière solaire en électricité. Et quand on sait que l’apport énergétique solaire total sur la planète est de plusieurs milliers de fois supérieur à notre consommation globale d’énergie, on comprend tout l’intérêt d’une telle démarche. Dans le présent travail une étude théorique des systèmes photovoltaïques, ainsi que l’étude de dimensionnement de ce système sera présentée. Pour conclure cette introduction générale, voici quelques détails de terminologie. Cellule solaire et photopile sont des termes équivalents qui désignent généralement des capteurs de petite taille, utilisés soit tels quels, soit en assemblage dans un panneau solaire, ou module photovoltaïque. Ces deux derniers termes, équivalents quand on parle d’énergie solaire électrique, désignent un capteur de plus grande taille et donc de puissance supérieure aux photopiles. Quant au mot photogénérateur, il regroupe l’ensemble de ces composants d’énergie lumière en électricité. Le travail que nous présentons dans ce projet de fin d’étude comprend trois chapitres. Dans un premier chapitre, nous exposons un aperçu général sur le photovoltaïque et technologies photovoltaïque, le second chapitre est evolution de photovoltaïque . Le troisième chapitre est perspectives. Le travail se termine par une conclusion générale qui regroupe l’ensemble des données sur photovoltaïque. Chapitre 1 : les Technologies photovoltaïques 1-Définition de photovoltaïque: Le phénomène photovoltaïque est la transformation directe de la lumière en électricité à l’échelle atomique. Certains matériaux se caractérisent par une propriété connue sous le nom d’effet photoélectrique qui leur fait absorber les photons de la lumière et libérer des électrons. Lorsque ces électrons libres sont capturés, il en résulte un courant électrique. L’effet photoélectrique a d’abord été observé par un physicien français ,Edmond Bequerel en 1839, qui a découvert que des matériaux spécifiques produisaient de petites quantités de courant électrique lorsqu’ils étaient exposés à la lumière. En 1905, Albert Einstein a décrit la nature de la lumière et l’effet photoélectrique sur lequel s’appuie la technologie photovoltaïque, ce qui lui a valu plus tard de remporter un Prix Nobel de physique. La figure 1 montre la production d’electricite d’origine photovoltaique en 2011 (GWh).[ floating- solar-system.blogspot.com/2012/06/top-10-des-pays-producteurs.html]. Figure 1 : production d’électricité d’origine PV Du côté du parc installé, le classement est le suivant : Allemagne (19000 GWh) première puissance photovoltaïque européenne, Italie (10500 GWh) deuxième et Espagne (8000 GWh) troisième. 2-Généralité sur les panneaux photovoltaïques : 2-1 : Energie solaire : L’énergie solaire est l’énergie transmise par le Soleil sous la forme de lumière et de chaleur. Cette énergie est virtuellement inépuisable à l’échelle des temps humains, ce qui lui vaut d’être classée parmi les énergies renouvelables. L’énergie solaire peut être utilisée directement par l’Homme pour s’éclairer (fenêtres, puits de lumière), se chauffer et cuisiner (chauffe-eau solaire, four solaire) ou pour produire de l’électricité par l’intermédiaire de panneaux photovoltaïques. En pratique inépuisable, l'énergie du soleil est une source abondante sur la planète Terre et les procédés pour la récupérer sont bien connus. L’énergie du soleil peut être utilisée essentiellement de trois façons :  Chaleur passive Il s’agit de la chaleur que nous recevons naturellement du soleil. Cet élément peut être pris en compte dans la conception des bâtiments afin de réduire les besoins en chauffage.  Solaire thermique Technologie utilisant l’énergie du soleil pour fournir de l’eau chaude (ou du chauffage) aux maisons et aux piscines.  Energie photovoltaïque (PV) Technologie utilisant l’énergie du soleil pour fournir l’électricité alimentant appareils électriques et éclairage. Un système photovoltaïque produit de l’électricité grâce à la lumière du jour et non pas uniquement grâce à la lumière du soleil. 2-2 : Energie Photovoltaïque : 2-2-1: Les composants d’un système photovoltaïque : Schéma de principe d'une installation solaire photovoltaïque 1-Les panneaux solaires photovoltaïques. Ils produisent de l'électricité en courant continu (DC). 2 - Protection contre les surtensions côté DC. Il protège (côté courant continu) des surtensions liées à la foudre par exemple. 3 – Onduleur. Il convertit le courant continu des panneaux solaires en courant alternatif 230V 50Hz identique à celui de votre habitation. 4 - Protection contre les surtensions côté AC. Il protège (côté courant alternatif) des surtensions liées à la foudre par exemple. 5 - Le compteur bi-directionnel. Il favorise l'auto-consommation et permet à votre maison d'utiliser en priorité le courant électrique produit par vos panneaux solaires. 6 - Réseau électrique public. Le surplus de votre production est réinjecté dans le réseau et votre fournisseur d'électricité vous la rachètera selon sa grille tarifaire. Si votre production solaire est insuffisante par rapport à votre consommation (p. exemple la nuit), l'énergie est puisée dans le réseau électrique public. 7 - Consommateurs de votre habitation. 3- Les semi conducteurs : Un semi-conducteur est un isolant pour une température de 0 K. Cependant ce type de matériau ayant une énergie de gap (figure 9) plus faible que l'isolant (environ 1,1 eV pour le Silicium Si), aura de par l'agitation thermique (T = 300 K), une bande de conduction légèrement peuplée d'électrons et une bande de valence légèrement dépeuplée. Sachant que la conduction est proportionnelle au nombre d'électrons pour une bande d'énergie presque vide, et qu'elle est proportionnelle au nombre de trous pour une bande presque pleine. Figure 9 : Les niveaux énergétiques dans un semi-conducteur Pour qu'un électron lié à son atome (bande de valence) devienne libre dans un semiconducteur et participe à la conduction du courant, il faut lui fournir une énergie minimum pour qu'il puisse atteindre les niveaux énergétiques supérieurs (bande de conduction). C'est l'énergie du "band gap". Figure 10 : les semi conducteur Les semi-conducteurs ont acquis une importance considérable dans notre société, car ils sont à la base de tous les composants électroniques et optoélectroniques qui entrent dans les dispositifs informatiques, de télécommunications, de télévision, dans l’automobile, les appareils électroménagers, etc. 4 Le dopage : 4-1-Définition: Le dopage est une méthode qui consiste à introduire des impuretés dans un semiconducteur intrinsèque pour augmenter la concentration des porteurs de charges « électrons » ou les donneurs « trous » il existe deux types de dopage : le type N (Négatif) et le type P (Positif). 4-2- Dopage type P : Le dopage de type p consiste à produire un déficit d'électrons donc un excès de trous , considérés comme positivement chargés , dans le cas du silicium, consiste à ajouter un atome de bore au sien de la structure du silicium (figure 12). Le bore disposant de 3 électrons sur sa couche électronique externe va s’associer avec 4 atomes de silicium, laissant ainsi un trou libre. Figure 12 : structure cristalline dopée P 4-3- Dopage type N : Le dopage de type N consiste à produire un excès d'électrons, qui sont négativement chargés , dans le cas du silicium, consiste à ajouter un atome de phosphore au sien de la structure cristallin du silicium. Le phosphore disposant de 5 électrons sur sa couche électronique externe va s’associer avec 4 atomes de silicium, laissant ainsi un électron libre. Figure 13 : structure cristalline dopée N 4-4-Jonction PN : Une jonction P-N est constituée par la juxtaposition de deux régions de types différents d’un même monocristal de semi-conducteur figure 2 .La différence des densités de donneurs et d’accepteurs ….passe d’une valeur négative dans la région de type P à une valeur positive dans la région de type N. la loi de variation de cette grandeur dépend essentiellement de la technique de fabrication .Diffents modèles peuvent être utilisées pour étudier théoriqéruement les propriétés de la jonction. La jonction P-N est une structure de base dans les composants micro électronique .Les composants étant formés de semi-conducteurs dopés de manière différente, les jonctions P-N ou N-P sont présentes aux interfaces. Il est donc indispensable de bien comprendre les phénomènes physiques qui s’y manifestent. La jonction P- N est également un composant qui laisse passer le courant dans un seul sens. Elle permet donc de transformer un signal alternatif en un signal unipolaire. Figure 2 : jonction PN 5 Les cellules photovoltaïques : 5-1 Définition : Une cellule photovoltaïque est un dispositif semi-conducteur généralement a base de silicium. Elle est réalisée à partir de deux couches, une dopée P et l’autre dopée N créant ainsi une jonction PN avec une barrière de potentiel figure 3 . Lorsque les photons sont absorbés par le semi-conducteur, ils transmettent leur énergie aux atomes de la jonction PN de telle sorte que les électrons de ces atomes se libèrent et créent des électrons (charges N) et des trous (charges P). Ceci crée alors uploads/s1/ introduction-5.pdf