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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene Faculté d’Electronique et d’Informatique Département d’électrotechnique Domaine : Sciences et Technologie Filière : Electrotechnique Spécialité : Energie renouvelable en électrotechnique Matière : Matériaux photovoltaïques Mini projet : CELLULES PHOTOVOLTAIQUE AU SILICIUM MULTI CRISTALLIN • Etudiante : SAID Lina • Enseignante : Mme.N.ACHAIBOU USTHB 2020/2021 Introduction générale ............................................................................................................... 1 Chapitre I : Généralité sur les cellules photovoltaïques 1 Introduction ..................................................................................................................................................1 1.1 Définition d’une cellule photovoltaïque ............................................................................ 1 1.2 Le rôle de la cellule photovoltaïque ................................................................................... 1 1.3 Description ............................................................................................................................. 2 1.4 Différents types de filières technologiques des cellules photovoltaïques ..................... 2 Conclusion ...........................................................................................................................................................3 Chapitre II : Cellules photovoltaïques au silicium polycristallin 2 Introduction .................................................................................................................................................4 2.1 La filière silicium .................................................................................................................. 4 2.2 Silicium polycristallin .......................................................................................................... 5 2.2.1 Définition : ........................................................................................................... 5 2.2.2 Comment reconnaitre un panneau solaire polycristallin ? ................................... 5 2.2.3 Le processus de fabrication d’une cellule polycristalline .................................... 6 2.2.4 Le processus de fonctionnement des cellules polycristallin ................................. 6 2.2.5 Rendement d’un panneau solaire polycristallin ................................................... 7 2.2.6 Utilisation du panneau solaire polycristallin ........................................................ 8 2.2.6.1 Trois types d’applications du panneau solaire polycristallin ............................ 8 2.2.7 Durée de vie d’un panneau solaire polycristallin ................................................. 9 2.3 Example d’application des cellules photovoltaïques polycristallins : Système de pompage d’eaux pour une ferme……………………………………………………………12 Conclusion générale Introduction générale Les principales ressources énergétiques utilisées actuellement de part le monde sont les combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz), le nucléaire, les énergies renouvelables… Un inventaire de ces différentes sources d’énergie permet de constater que nous dépendons fortement des énergies fossiles… Or ces dernières sont amenées à disparaître. De plus l’utilisation massive de ces énergies à un effet néfaste sur l’environnement, le changement climatique, la pollution de l'air, les déversements de pétrole. Ces dernières années, la protection de l’environnement est devenue une préoccupation majeure des sociétés. De nombreux axes de recherches ont donc été orientés vers l’utilisation des énergies propres dites renouvelables. Il y a cinq énergies renouvelables principales : les énergies solaires, éolienne, hydraulique, géothermique et l'énergie provenant de la biomasse. Parmi ces énergies, celle qui nous intéresse dans ce travail est l’énergie solaire photovoltaïque. Le rayonnement solaire constitue la ressource énergétique la mieux partagée sur la terre et la plus abondante. Le premier chapitre est une introduction générale des cellules photovoltaïques. Nous parlons des cellules photovoltaïques, de leur rôle et des différents types de filières technologiques. Dans le deuxième chapitre, nous nous intéresseront aux cellules photovoltaïques au silicium polycristallin. [1] Chapitre I 1 Chapitre I : Généralité sur les cellules photovoltaïques 1 Introduction [2] La protection de l’environnement est devenue une préoccupation majeure de nos sociétés. De nombreuses voies de recherches se sont donc orientées vers l’utilisation des énergies propres dites renouvelables. Du côté de ces dernières, plusieurs sources ont déjà été proposées. Les deux nouvelles sources les plus répandues sont l'énergie éolienne et l’énergie solaire. Dans ce travail nous intéressons à cette dernière énergie. L’énergie photovoltaïque est une source d'énergie renouvelable très intéressante, dans la mesure où elle est abondante, présente sur toute la planète et gratuite. Toutes les heures le soleil fournit à la terre l'énergie dont les hommes ont besoin en 1 an. L’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) a calculé qu’une surface de 145 000 km² (soit 4 % de la surface des déserts les plus arides) serait suffisante pour couvrir la totalité des besoins en électricité de la planète. 1.1 Définition d’une cellule photovoltaïque [3] Le mot photovoltaïque est composé du terme photo, qui signifie lumière et de voltaïque dont l’origine est le nom du découvreur de la pile Volta. Une cellule photovoltaïque, ou cellule solaire, est un composant électronique qui, exposé à la lumière, produit de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque. 1.2 Le rôle de la cellule photovoltaïque [4] La cellule photovoltaïque sert à générer de l’énergie solaire. Son rôle est de capter le rayonnement du soleil, c’est-à-dire sa lumière, afin de le transformer en électricité. La cellule solaire, ou photovoltaïque, peut fonctionner seule, lorsque les besoins sont moindres, pour une calculette solaire par exemple. Pour répondre à des besoins plus importants, elle est assemblée en modules solaires photovoltaïques, que nous appelons couramment des panneaux solaires (figure 1.1). Figure 1.1 : cellule, module et panneaux photovoltaïques.[6] Chapitre I 2 1.3 Description [5] La cellule photovoltaïque est composée de fines plaques de 125 mm² ou de 156 mm² à l’avant et de deux conducteurs métalliques, produisant un contact électrique. Son épaisseur est de l’ordre du millimètre. La cellule photovoltaïque est un générateur électrique élémentaire qui transforme directement l’énergie solaire en électricité. Le plus souvent, les cellules photovoltaïques sont en silicium. 1.4 Différents types de filières technologiques des cellules photovoltaïques [3] Il existe différentes filières technologies (figure 1.2) (figure 1.3). On distingue : La filière à base de silicium cristallin comprenant le mono et le multi cristallin, elle couvre de l'ordre de 88% de la production mondiale. La filière des couches minces comprenant les cellules au silicium amorphe, multicristallin ou monocristallin ; au tellure de cadmium, au cuivre indium sélénium, et à l’arséniure de gallium. Il y a aussi la filière des cellules organiques et hybrides. Figure 2.2 : Quelques types de filières technologiques des cellules photovoltaïques.[7] Figure 1.3 : Type de filières technologiques des cellules photovoltaïques. [8] Chapitre I 3 Conclusion La conversion photovoltaïque de l’énergie solaire à terre est aujourd’hui une réalité industrielle dont la croissance est spectaculaire. Dans les dix années à venir, il semble que le silicium cristallin « massif » soit de très loin le matériau dominant, dans le prochain chapitre nous allons voir de plus près la filière à base de silicium cristallin plus précisément le multicristallin. Chapitre II 4 Chapitre II : Cellules photovoltaïques au silicium polycristallin 2 Introduction [4] Pour produire une quantité intéressante d’électricité, le panneau solaire additionne les courants électriques générés par les cellules photovoltaïques. Selon le matériau de construction utilisé pour élaborer une cellule solaire, la puissance obtenue peut aller du simple au double. Le rendement du matériau semi-conducteur est d’une grande importance, car à surface égale, il peut être diversement intéressant d’un matériau à un autre. Il en existe de nombreux, mais le silicium, présent en quantité à la surface de la Terre, est le plus utilisé. Dans ce chapitre, nous allons nous familiarisés avec les cellules au silicium polycristallin. 2.1 La filière silicium [9] C’est la filière dominante. L’élément du silicium est le plus abondant dans la croute terrestre après l’oxygène, il a l’avantage de pouvoir être produit à partir d’une ressource naturelle quasi inépuisable, la silice, un composant de granit, des sables et des grès. Il a été étudié pendant plus de 30 ans afin d’en améliorer le rendement, la première cellule solaire au silicium a été fabriqué en 1954 aux laboratoires Bell aux Etats-Unis avec un rendement de 6%. Le silicium polycristallin représente 80 % du marché. Il sert de matière première pour l’industrie des panneaux solaires. C’est le matériau de base du polycristallin. Le silicium polycristallin est composé de grains de 1 mm à 2 cm. Celui-ci est produit par l’industrie minière et industrielle. Il est pur à 99,999 %, et dit de qualité photovoltaïque. Figure Suivante présente les étapes de production du silicium de quantité solaire. Chapitre II 5 2.2 Silicium polycristallin 2.2.1 Définition [11] Silicium polycristallin désigne un matériau utilisé dans la fabrication de cellules PV composé d’une multitude de cristaux appelés cristallites. Les atomes sont rangés de façon ordonnée dans chaque cristal. 2.2.2 Comment reconnaitre un panneau solaire polycristallin ? [12] Les cellules polycristallines contenues dans les panneaux solaires sont également aisément reconnaissables. Elles sont composées de multiples cristaux aux formes irrégulières. En s’approchant du panneau, elles apparaissent clairement à l’œil nu. L’aspect ressemble à des petits cailloux entassés les uns sur les autres (figure 2.2). Les cellules contenues dans le panneau solaire sont de forme carrée. Du point de vue de l’habillage, il peut être encadré par différentes matières. Sa bordure ou ossature est souvent composée d’aluminium ou de polyester. Cet entourage est réduit, les débords sont évités. Figure 2.1 : les étapes de production du silicium de qualité solaire.[10] Chapitre II 6 Ceci afin que les poussières et salissures ne s’accumulent sur la surface. Ce qui le différencie des autres panneaux solaires est sa couleur bleu clair. 2.2.3 Le processus de fabrication d’une cellule polycristalline [12] Il est fabriqué dans des creusets de fonderie. C’est le produit de la fonte par coulage dans des lingotières. La solidification est le fruit d’un processus de cristallisation. Il s’agit d’un refroidissement lent. Celui-ci se fait en l’espace de quelques dizaines d’heures. Ce silicium industriel prend la forme de barreaux carrés. Ils sont découpés en wafers de 0.2 mm d’épaisseur. Ces wafers subissent un traitement chimique, le processus de dopage. Ce dopage a lieu alors que le silicium est toujours en fusion. Par diffusion, on y introduit du phosphore et du bore. Ceci crée sur un même wafer une jonction N et P. Il permet la circulation des électrons d’un pôle à l’autre uploads/Science et Technologie/ mini-projet-panneau-pv.pdf