LICENCE VERTE POITIERS 20092010 LE PHOTOVOLTAQUE 1 SOMMAIRE

LICENCE VERTE POITIERS – 2009/2010 LE PHOTOVOLTAÏQUE 1

SOMMAIRE 1. RAYONNEMENT SOLAIRE 2. ORIENTATION & INCLINAISON 3. CONVERSION DE LA LUMIERE EN ELECTRICITE 4. ANATOMIE D’UN MODULE 5. FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE 6. SCHEMA EQUIVALENT ELECTRIQUE 7. TYPES DE SILICIUM 8. USAGES DU PHOTOVOLTAÏQUE 9. SYSTÈMES DE POSE 10. LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES 11. PRATIQUE 2

RAYONNEMENT SOLAIRE L’élément essentiel du photovoltaïque est la lumière du soleil, les photons. L’ensoleillement du soleil possède sa constante : 1360 W/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 3

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 : 1000 W/m²; soleil au zénith et dégagé B : 200 -580 W/m²; soleil au zénith et nuageux 4

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° 5

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 6

ANATOMIE D’UN MODULE Silicium : Monocristallin : 1 seul cristal ordonné, fondu et refroidissement tout seul Polycristallin : plusieurs cristaux de 1 mm à 2 cm, 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 4 mm Cadre aluminium Feuille de tedlar 7

FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE Pmpp = Umpp*Impp Umpp : Tension de charge idéale Impp : Courant de charge idéale Pmpp : Puissance maximale Pmpp : Pc Rendement (Base standardisé STC : 1000 W/m²; 25°C; AM 1, 5) η = Pm/E*S = Wc/W. m²*m² Exemple : module SCHEUTEN P 6 -66 260 Wc (1820*1000*42) η = 260/1000*1, 82 = 0, 143 η = 14, 3% Conclusion : la production dépendra essentiellement de l’ensoleillement… 8

FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE LA TEMPERATURE EXTERIEURE Paramètre non négligeable Chute = 2, 35%/5°C Ex : P(Wc) = 260 Wc STC P(Wc) à 60°C : 60 -25=35 6 points (6*5) = 6*2, 35 = 14, 1 10014, 1 = 85, 9 P(Wc) = 260*0, 859 = 223 Wc 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. 9

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 10

TYPES DE SILICIUM Arséniure de Gallium (Ga. As) η : très élevé Prix : très élevé Usage : satellite, concentrateurs Monocristallin (Si) η : 15 -19% STC Puissance : 5 à 300 Wc Usage : en extérieur pour l’habitat, télécom, balisage… Polycristallin (Si) η : 11 -17% STC Prix : 5 à 300 Wc Usage : idem Amorphe cristallin η : 5 -9% Puissance : 1 Wc (en intérieur) Puissance : 5 à 140 Wc (en extérieur) Usage : couverture de toiture plate, calculette, montre… Particularité : Les 1 ers mois, performance plus élevés Sulfure de Cadmium (Cu. In. Se 2) η : 10 -12% Prix : 5 à 100 Wc Usage : idem au cristallin, mais peu commercialisé car présence de matériaux dangereux 11

USAGES DU PHOTOVOLTAIQUE 1. Autonome Charge batterie contrôle de la consommation automate utilisation pour électrification rurale 2. Fil du soleil Directement utilisé alimentation moteur d’une pompe en PVD 3. Connecté au réseau Toute ou partie réinjecté au réseau revente de sa production 12

SYSTÈME DE POSE 1. Intégration 1. En surimposition 1. Bac acier 1. Brise soleil 1. Verrière 1. Sol 13

INTEGRATION 14

SURIMPOSITION 15

BAC ACIER 16

BRISE SOLEIL 17

VERRIERE 18

SOL 19

LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES PAYS CONNECTES AU RESEAU HORS RESEAU TOTAL 2004 Allemagne 360 3 363 Luxembourg 13 0 13 Espagne 10. 485 1. 3 11. 8 France 5. 114 0. 76 5. 9 Pays-Bas 4. 25 0. 05 4. 3 Italie 4 0. 3 4. 3 Autriche 2. 85 0. 15 3 Autre pays de l’UE 2. 96 2. 26 5. 2 TOTAL UE 402. 7 7. 8 410. 5 Suisse 1. 9 0. 1 2 Union européenne en 2004 20

LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES PAYS PUISSANCE TOTAL EN 2004 (MWc) PUISSANCE TOTAL EN 2000 (MWc) PROGRESSION SUR 4 ANS Japon 1134 330 242% Allemagne 794 113 598% USA 365 138 163% Australie 52 29 79% Pays-Bas 49 12 283% Espagne 37 12 205% Italie 30 19 61% France 26 11 132% Suisse 23 15 51% 21

PRATIQUE 22

PRATIQUE Alimentation d’un portail automatique Ensoleillement : Mois Décembre Mars Juin Septembre Ville X 1250 3550 4630 4490 Orientation Sud, 60°, Wh/m² jour Matériel : Moteur 10 A-12 VDC Récepteur de télécommande à basse consommation (12 VDC de préférence) Utilisation : Fonctionnement moteur : 3*20 s par jour Fonctionnement récepteur : 40 m. A permanent sous 12 VDC 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? 23

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 24

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 230 VAC, 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 : 1127 m. Ah*12 V=13, 5 Wh/jour Consommation avec convertisseur : 13, 5/0, 8=16, 9 Wh/jour 25

PRATIQUE Schéma : K 1 & K 2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur Batterie chargée/en charge K 1 ouvert & K 2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur Batterie chargée à 100% K 1 fermé & K 2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service Batterie déchargée 26

PRATIQUE Schéma : K 1 & K 2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur Batterie chargée/en charge K 1 ouvert & K 2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur Batterie chargée à 100% K 1 fermé & K 2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service Batterie déchargée 27

PRATIQUE Schéma : K 1 & K 2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur Batterie chargée/en charge K 1 ouvert & K 2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur Batterie chargée à 100% K 1 fermé & K 2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service Batterie déchargée 28