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Chapitre 1 : Énergie Solaire Photovoltaïque Institut Universitaire de Technolog

Chapitre 1 : Énergie Solaire Photovoltaïque Institut Universitaire de Technologie – Industrielle Licence LAEER Dr Ahmed Houssein 1 Énergie Solaire Photovoltaïque Institut Universitaire de Technologie – Industrielle Licence LAERE Photovoltaïque Dr Ahmed Houssein 2 L’effet photovoltaïque est la transformation directe de la lumière en électricité. Elle utilise une cellule PV ou photopile pour transformer directement l’énergie solaire en électricité. La photopile est à base de matériaux semi- conducteurs (le silicium). Qu’est ce que le photovoltaïque ? 3 conducteurs (le silicium). cellule PV bloc de silicium Sable Silice Principe de fonctionnement d’une cellule PV Matériau Semi-conducteur Pur (le silicium). Dopages Excès d’électrons Excès d’électrons Excès de trous Dopage de type N Dopage de type P 4 Juxtaposition ZCE Jonction PN Cathode N Anode P Excès de trous Bandes énergétiques au sein de l’atome de Silicium Photons ⇒Si E=hC/λ> Eg, électrons passe de BV vers BC du semi- conducteur et deviennent libres ⇒création paire électron-trou. Cellule au silicium à jonction PN. Principe de fonctionnement d’une cellule PV 5 Si E=hC/λ> Eg, conversion PV Eg = Ec-Ev ≈1,12eV Si E=hC/λ < Eg, pas de conversion PV Energie de gap pour différent semi conducteur à la température de 300°K (27°C) : Récapitulatif : Principe de fonctionnement d’une cellule PV 6 Quelles sont les caractéristiques électriques I (V) des cellules et des panneaux? La tension délivrée par une cellule PV est comprise entre 0.5 V et 0,6 V (caractéristique de la diode) Icc Impp MPP 3,35 A = 7 Schéma équivalent d’une cellule photovoltaïque à une diode Vco Vmpp 0,6 V = 21,6 V 36 cellules en série Caractéristiques électriques I (V) d’une cellule et d’un panneau = Vco Les différentes technologies Deux technologies de cellules photovoltaïques dominent le marché mondial : • Les cellules dites cristallines •Les cellules dites couches minces 8 Couches minces en silicium Amorphe cellules dites cristallines Les différentes technologies Silicium multicristallin : Module rigide et module souple en silicium amorphe η labo ≈19%. η cellules indus ≈11, 14%. 62 % du marché rendement faible sous un faible éclairement 9 Silicium monocristallin : Silicium Amorphe η labo ≈ 25%. η cellules indus ≈ 12, 16%. 27 % du marché rendement faible sous un faible éclairement η labo ≈ 13%. η modules ≈ 6 à 8%. 3% du marché fonctionne avec un éclairement faible (calculatrices ou montres) Les différents systèmes photovoltaïques 1- Système PV autonome sans batterie 1 3 10 1 2 Les différents systèmes photovoltaïques 2- Système PV autonome avec batterie 2 11 Le système photovoltaïque en sites isolés permet d'électrifier des habitations qui se situent loin du réseau de distribution d'électricité, et pour lesquelles une extension du réseau serait très coûteuse. 1 3 4 5 Les différents systèmes photovoltaïques 3- Système PV autonome hybride avec batterie 3 12 1 4 6 7 2 5 Les différents systèmes photovoltaïques 4- Les Systèmes PV raccordés réseau : Vente totale 2 7 13 1 3 4 5 6 5- Les Systèmes PV raccordés réseau : Les différents systèmes photovoltaïques Vente du surplus 2 6 14 1 3 4 5 Consommations journalières Ej : elle dépend de la puissance des appareils et de leur durée d’utilisation. Elle est exprimée en Wh/j ou en kWh/j. C’est le produit de la puissance par le temps. Ej = P x T Ej : Consommations journalières (Wh/j ou kWh/j) P : Puissance des équipements (W ou kW) T : Temps de fonctionnement journalier ( h/j) Méthode de dimensionnement simple d’un système PV Ej Pc = 0,6 x Ei Dimensionnement solaire (panneau) : la puissance crête des panneaux dépend des consommations, du gisement solaire et d’un coefficient de pertes au niveau des panneaux. La puissance s’exprime en Wc. Ej : Consommations journalières (Wh/j ou kWh/j) Ei : Ensoleillement journalier (Wh /m2/j ou kWh/m2/j) Pc : Puissance crête des panneaux solaires (Wc)ou ( kWc ) 0,6 : coefficient de pertes Prendre le mois le plus défavorable en ensoleillement : Janvier Dimensionnement des batteries ( capacité ) : elle dépend des consommations journalières, du nombre de jours d’autonomie, de la tension nominale et du type de batterie utilisée. Elle s’exprime en Ah. Nj x Ej C = Dp x V Ej : Consommations journalières (Wh/j ou kWh/j) C : Capacité de la batterie (Ah) V : Tension de la batterie (V) Dp : Coefficient de décharge profonde 0,8 pour les batteries solaires Système PV autonome avec batterie 0,8 pour les batteries solaires 0,6 pour les batteries standard 0,5 pour les batteries de voitures Nj : nombre de jours d’autonomie (j) : 5 jours pour les sites ensoleillés (Afrique,DomTom) 7 à 10 jours pour les sites tempérés (Europe du Sud et France) 15 à 20 jours pour les sites plus défavorables ( Europe du Nord) INSTALLATION SOLAIRE CONNECTÉE SUR LE RESEAU CRITERES DE CHOIX 1. BUDJET À INVESTIR 2. PRODUCTION DE L’ÉNERGIE 3. COÛT D’UNE INSTALLATION SOLAIRE 3. COÛT D’UNE INSTALLATION SOLAIRE INSTALLATION SOLAIRE CONNECTÉE SUR LE RESEAU 1. BUDGET A INVESTIR C’est le client qui définit la somme qu’il veut investir dans cette installation solaire. L’installateur devra essayer de concevoir une installation en tenant compte de ce budget et installation en tenant compte de ce budget et de la faisabilité du projet. INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE 2.1. STATISTIQUES D’ ENSOLEILLEMENT DU LIEU 2.2. ORIENTATION ET INCLINAISION 2.3. OMBRAGE 2.4. SURFACE POUR L’ IMPLANTATION 2.5. CALCUL DE LA PRODUCTION ANNUELLE 2.3. OMBRAGE 2.6. PUISSANCE POUR LE RACCORDEMENT AU RESEAU INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU Atlas du rayonnement solaire européen ( Doc1 ) 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE 2.1. STATISTIQUES D’ENSOLEILLEMENT DU LIEU Permet de savoir l’énergie moyenne produite sur une année produite sur une année sur la base de 1kWh/ kWc en fonction de la zone. On ne tient pas compte de la latitude, de l’altitude. Utilisé pour projet simplifié. 21 INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU Permet de savoir l’énergie moyenne annuelle sur une surface orientée plein sud et inclinée d’un angle égal à la latitude du lieu. 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE Atlas du rayonnement solaire européen 2.1. STATISTIQUES D’ENSOLEILLEMENT DU LIEU angle égal à la latitude du lieu. Eclairement de référence : G Ref S’exprime en ( kWh / m² ) par jour . Utilisé pour un projet détaillé. 23 INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE L’idéal est que l’installation soit orientée côté SUD. NORD TOIT 2.2. ORIENTATION ET INCLINAISON SUD EST OUEST TOIT PANNEAUX SOLAIRES INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE 2.2. ORIENTATION ET INCLINAISON L’inclinaison des panneaux doit prendre en compte : L’angle par rapport à l’horizontale. On considère que l’on a une perte d’ensoleillement de 20% SUD Angle d’inclinaison 30 ° 30° 90° Angle d’inclinaison 90 ° INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE 2.2. ORIENTATION ET INCLINAISON Facteur de correction ( pour projet simplifié ) INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE 2.2. ORIENTATION ET INCLINAISON Facteur de transposition ( pour projet détaillé ) Facteur de transposition tient compte de l’orientation et de l’inclinaison. Inclinaison horizontale 0 ° Inclinaison verticale 90° Inclinaison de 30° l’inclinaison. Facteur de transposition : FT Orientation : extérieur du disque ( de 0 à 360° ) Inclinaison : intérieur du disque ( en partant du centre du disque vers extérieur : de 0° à 90° par palier de 15° ) FT = 1,05 Inclinaison 45 ° Rendement = 95 % Orientation Sud Est IDEAL : dans la zone Marron ( maximum de rendement :100% ) FT = 1,11 28 INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE 2.3. OMBRAGE L’ombrage prend en compte les obstacles existants naturels ( arbres, reliefs ) ou artificiels ( pylône, bâtiments, câbles) et la course du soleil ( sur la journée, sur l’année ). SUD 30° Obstacle naturel : arbre 30° Obstacle naturel : arbre SUD 30° Obstacle naturel : arbre 30° Obstacle naturel : arbre Le facteur d’ombrage : FO Sans ombrage : 1 Avec ombrage :0,8 INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE Elle dépend du toit et de la puissance que l’on veut installer. TOIT 2.4. SURFACE POUR L’IMPLANTATION TOIT PANNEAUX SOLAIRES INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU TYPES D’INSTALLATIONS EN TOITURE 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE 2.4. SURFACE POUR L’IMPLANTATION Avantages : * Prix moins élevé que pour l’intégré * Simplicité de mise en place Pose sur toiture (surimposition ) Pose en encastrée ( intégré ) Avantages : * Économie de matériaux de construction * Meilleur esthétique Inconvénients : * Fixation sur le toit, traversées de câbles * Moins bonne esthétique Inconvénients : * Prix plus élevé que pour la surimposition * rendement plus faible * Ventilation à envisager pour le refroidissement INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU Coefficient de structure 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE 2.4. SURFACE POUR L’IMPLANTATION Le coefficient de structure dépend du type de panneaux et de leur ventilation. Le coefficient de structure : CS INSTALLATION SOLAIRE CONNECTEE SUR LE RESEAU 2. PRODUCTION DE L’ENERGIE 2.5. CALCUL DE LA PRODUCTION ANNUELLE EXEMPLE DE PROJET SIMPLIFIE uploads/Litterature/ cours-photovoltaique-geii2.pdf