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chapiter 1 etat de l'art 1/ Etat de l’art sur le photovoltaïque : I-1 Introduct

chapiter 1 etat de l'art 1/ Etat de l’art sur le photovoltaïque : I-1 Introduction Le soleil est une source énergétique quasiment illimitée, il pourrait couvrir plusieurs milliers de fois notre consommation globale d'énergie. C'est pourquoi, l'homme cherche depuis long temps à mettre à profit cette énergie importante et diffusée sur l'ensemble de la planète, il est arrivé à réaliser ce but par le moyen dit cellule photovoltaïque. Cette énergie solaire est disponible en abondance sur toute la surface terrestre, et malgré une atténuation importante lorsqu'elle traverse l'atmosphère, la quantité qui reste est encore assez importante quand elle arrive au sol. On peut ainsi compter sur 10 000 w/m² crête dans les zones tempérées et jusqu'à 14 000 W/m² lorsque l'atmosphère est faiblement polluée [1-3]. Pour comprendre le fonctionnement de cette énergie et en optimiser son utilisation, [page 20 ] : Mémoire de fin de cycle En vue de l’obtention du diplôme de Master en Electrotechnique Etude et caractérisation d’un panneau photovoltaïque type Condor [Etude et caractérisation d'un panneau photovoltaique type Condor.] I.2 Définition et Historique du photovoltaïque Le terme « photovoltaïque », souvent abrégé par les lettres PV, a été formé à partir des mots « photo », un mot grec signifiant lumière, et « Volta », le nom du physicien italien Alessandro Volta, qui a inventé la pile électrochimique en 1800. L'effet photovoltaïque, c'est la conversion directe de l'énergie solaire en électricité. Les cellules solaires photovoltaïques sont des semi-conducteurs capables de convertir directement la lumière en électricité. Cette conversion, appelée effet photovoltaïque [4]. Quelques dates de l’histoire du photovoltaïque : 1839 : Le physicien français Edmond Becquerel découvre le processus de l’utilisation  de l’ensoleillement pour produire du courant électrique dans un matériau solide. C’est l’effet photovoltaïque. 1875 : Werner Von Siemens  expose devant l’Académie des Sciences de Berlin un article sur l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs. Mais jusqu’à la Seconde Guerre Mondiale, le phénomène reste encore une curiosité de laboratoire. 1954 : Trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince, mettent au point une  cellule photovoltaïque à haut rendement au moment où l’industrie spatiale naissante cherche des solutions nouvelles pour alimenter ses satellites. 1958 : Une cellule ave  c un rendement de 9 % est mise au point. Les premiers satellites alimentés par des cellules solaires sont envoyés dans l’espace. 1973 : La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à  l’Université de Delaware. 1983 : La p  remière voiture alimentée par énergie photovoltaïque parcourt une distance de 4 000 km en Australie . chapiter 1 etat de l'art La première cellule photovoltaïque (ou photopile) a été développée aux Etats-Unis en 1954 par les chercheurs des laboratoires Bell, qui ont découvert que la photosensibilité du silicium pouvait être augmentée en ajoutant des "impuretés". C'est une technique appelée le "dopage" qui est utilisée pour tous les semi-conducteurs. Mais en dépit de l'intérêt des scientifiques au cours des années, ce n'est que lors de la course vers l'espace que les cellules ont quitté les laboratoires. En effet, les photopiles représentent la solution idéale pour satisfaire les besoins en électricité à bord des satellites, ainsi que dans tout site isolé [page 20-21 ] : Mémoire de fin de cycle En vue de l’obtention du diplôme de Master en Electrotechnique Etude et caractérisation d’un panneau photovoltaïque type Condor [Etude et caractérisation d'un panneau photovoltaique type Condor.] I.4 Différents types de rayonnement solaire Le soleil est constitué principalement de gaz, dont la fusion continue produit une quantité d’énergie phénoménale. La fusion des atomes d’hydrogène en atomes d’hélium permet en effet d’atteindre des températures de l’ordre de 20 millions de degrés Kelvin. Cette énergie se traduit par l’émission d’un rayonnement composé de longueurs d’ondes Le rayonnement solaire est constitué de photons transportant chacun une énergie Eph, qui répond elle même à la relation suivante : Dans laquelle _ représente la longueur d’onde, h la constante de Planck et c la vitesse de la lumière. La distribution des radiations lumineuses émises par le soleil est déterminée par la température de la surface de ce dernier, à savoir 5800 K environ. Les matériaux photovoltaïques réagissent différemment selon la longueur d'onde de la lumière à laquelle ils sont soumis. La connaissance de la distribution en longueur d'onde de l'énergie solaire s'avère donc primordiale. La figure I-2 représente le spectre solaire chapiter 1 etat de l'art L'énergie par unité de surface où irradiance, fournie par le soleil, hors atmosphère et sous incidence normale, est constante, voisine de 1,36 kW/m^2. Afin d'établir un système de référence, la notion d'air masse (AM) a été introduite. L'air masse prend en compte l'angle _ formé par le soleil par rapport au zénith. AM0 correspond à l'irradiance hors atmosphère, AM1 correspond à une position du soleil au zénith du lieu d'observation. Le spectre AM1.5, correspondant à un angle du soleil de 48,19° par rapport au zénith, est le plus couramment utilisé (fig. I-1). L'irradiance correspondante est arrondie à 1kW.m-2 La traversée de l'atmosphère induit une atténuation non négligeable de l'énergie incidente. Cette atténuation est due aux phénomènes d'absorption par les molécules de l'atmosphère (H2O, H2, CO2, O3 pour l'essentiel) [page 21-22 ] : Mémoire de fin de cycle En vue de l’obtention du diplôme de Master en Electrotechnique Etude et caractérisation d’un panneau photovoltaïque type Condor [Etude et caractérisation d'un panneau photovoltaique type Condor.] I.4 Différents types de rayonnement solaire Par ensoleillement, nous faisons référence a l'intégrale de l'irradiance solaire sur une période donnée [kWh/m2].Par conséquent, le rayonnement tombant sur une surface horizontale est constitue d'un rayonnement direct, associe a l'irradiance directe sur la surface, d'un rayonnement diffus qui frappe la surface depuis l'ensemble du ciel et non depuis une partie spécifique de celui-ci et d'un rayonnement réfléchi sur une surface donnée par le sol et l'environnement (Figure 1.3). En hiver, le ciel est couvert et le composant diffus est donc supérieur au composant direct. chapiter 1 etat de l'art a) Rayonnement direct Le rayonnement direct est le rayonnement reçu directement du Soleil. Il peut être mesuré par un pyrhéliomètre [10]. Si I est le rayonnement direct Dans le cas d'un plan horizontal le rayonnement s'écrit : b) Rayonnement diffus Le rayonnement diffus (Dh) est le rayonnement émis par des obstacles (nuages, sol, bâtiments) et provient de toutes les directions, Il peut être mesuré par un pyranomètre avec écran masquant le soleil c) L’albédo ou réfléchi L’albédo du sol est le rayonnement qui est réfléchi par le sol ou par des objets se trouvant à sa surface. Cet albédo peut être important lorsque le sol est particulièrement réfléchissant (eau, neige). chapiter 1 etat de l'art Il y a quelques valeurs de L'albédo selon la surface du sol: d) Rayonnement global Le rayonnement global est le rayonnement émis par le soleil incident sur un plan donné, et c'est la somme du rayonnement direct et diffus, il est mesuré par un pyranomètre ou un solarimètre sans écran [11]. Dans le cas d'une surface horizontale, le rayonnement global s'écrit: G = I.Sinh + Dh h: hauteur angulaire [page 23-24 ] : Mémoire de fin de cycle En vue de l’obtention du diplôme de Master en Electrotechnique Etude et caractérisation d’un panneau photovoltaïque type Condor [Etude et caractérisation d'un panneau photovoltaique type Condor.] I.7 Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque La conversion de l’énergie solaire en énergie électrique repose sur l’effet photoélectrique, c’est-à-dire sur la capacité des photons à créer des porteurs de charge (électrons et trous) dans un matériau. Lorsqu’un semi-conducteur est illuminé avec un rayonnement de longueur d’onde appropriée (l’énergie des photons doit être au moins égale à celle du gap énergétique du matériau), l’énergie des photons absorbés permet des transitions électroniques depuis la bande de valence vers la bande de conduction du semi-conducteur, générant ainsi des paires électron-trou qui peuvent contribuer au transport du chapiter 1 etat de l'art courant (photoconductivité) par le matériau lorsqu’on le polarise. Si on illumine maintenant une jonction PN, les paires électron-trou qui sont créées dans la zone de charge d’espace de la jonction sont immédiatement séparées par le champ électrique qui règne dans cette région, et entraîné dans les zones neutres de chaque côté de la jonction. Si le dispositif est isolé, il apparaît une différence de potentiel aux bornes de la jonction (photo tension) ; s’il est connecté à une charge électrique extérieure, on observe le passage d’un courant alors qu’on n’applique aucune tension au dispositif. C’est le principe de base d’une cellule photovoltaïque [page 29-30 ] : Mémoire de fin de cycle En vue de l’obtention du diplôme de Master en Electrotechnique Etude et caractérisation d’un panneau photovoltaïque type Condor [Etude et caractérisation d'un panneau photovoltaique type Condor.] chapiter 1 etat de l'art I.12 Comparatif des déférentes technologies Le tableau suivant présente les avantages et les inconvénients pour les technologies les plus utilisées d'une cellule photovoltaïque: I.13 Les avantages et les inconvénients de l’énergie solaire photovoltaïque I.13.1 Avantages *Les avantages de l’électricité solaire photovoltaïque sont multiples : La production de cette électric  ité renouvelable est propre, n’est pas uploads/Litterature/ chapter-1.pdf