Post on 03-Apr-2015
1
LE PHOTOVOLTAÏQUE
LICENCE VERTE POITIERS – 2009/2010
2
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
3
RAYONNEMENT SOLAIREL’élément essentiel du photovoltaïque est la lumière du soleil, les photons.
L’ensoleillement du soleil possède sa constante : 1360W/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
4
RAYONNEMENT SOLAIRERayon 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 : 1000W/m²;soleil au zénith et dégagé
B : 200-580W/m²;soleil au zénith et nuageux
5
ORIENTATION & INCLINAISONLequel 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°
6
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 librespassage 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
7
ANATOMIE D’UN MODULE
Silicium :
Monocristallin : 1 seul cristal ordonné, fondu et refroidissement tout seul
Polycristallin : plusieurs cristaux de 1mm à 2cm, 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 4mm
Cadre aluminium
Feuille de tedlar
8
FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE
Pmpp = Umpp*Impp
Umpp : Tension de charge idéale
Impp : Courant de charge idéale
Pmpp : Puissance maximale
Pmpp : Pc
Rendement (Base standardisé STC : 1000W/m²;25°C;AM 1,5)
η = Pm/E*S = Wc/W.m²*m²
Exemple : module SCHEUTEN P6-66 260Wc (1820*1000*42)
η = 260/1000*1,82 = 0,143
η = 14,3%
Conclusion : la production dépendra essentiellement de l’ensoleillement…
9
FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE
LA TEMPERATURE EXTERIEURE
Paramètre non négligeable
Chute = 2,35%/5°C
Ex : P(Wc) = 260Wc STC
P(Wc) à 60°C : 60-25=35 6 points (6*5) = 6*2,35 = 14,1 100-14,1 = 85,9
P(Wc) = 260*0,859 = 223Wc
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.
10
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
11
TYPES DE SILICIUM
Arséniure de Gallium (GaAs)η : très élevéPrix : très élevéUsage : satellite, concentrateurs
Monocristallin (Si)η : 15-19% STCPuissance : 5 à 300WcUsage : en extérieur pour
l’habitat, télécom, balisage…
Polycristallin (Si)η : 11-17% STCPrix : 5 à 300WcUsage : idem
Amorphe cristallinη : 5-9%Puissance : 1Wc (en intérieur)Puissance : 5 à 140Wc (en extérieur)Usage : couverture de toiture plate, calculette, montre…Particularité : Les 1ers mois, performance plus élevés
Sulfure de Cadmium (CuInSe2)η : 10-12%Prix : 5 à 100WcUsage : idem au cristallin, mais peu commercialisé car présence de matériaux dangereux
12
USAGES DU PHOTOVOLTAIQUE
1. Autonome
Charge batteriecontrôle de la consommation automateutilisation pour électrification rurale
2. Fil du soleil
Directement utiliséalimentation moteur d’une pompe en PVD
3. Connecté au réseau
Toute ou partie réinjecté au réseaurevente de sa production
13
SYSTÈME DE POSE
1. Intégration
1. En surimposition
1. Bac acier
1. Brise soleil
1. Verrière
1. Sol
14
INTEGRATION
15
SURIMPOSITION
16
BAC ACIER
17
BRISE SOLEIL
18
VERRIERE
19
SOL
20
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
21
LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRESPAYS 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%
22
PRATIQUE
23
PRATIQUEAlimentation d’un portail automatique
Ensoleillement :
Matériel :
Moteur 10A-12VDC
Récepteur de télécommande à basse consommation (12VDC de préférence)
Utilisation :
Fonctionnement moteur : 3*20s par jour
Fonctionnement récepteur : 40mA permanent sous 12VDC
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?
Mois Décembre Mars Juin Septembre
Ville X 1250 3550 4630 4490
Orientation Sud, 60°, Wh/m² jour
24
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
25
PRATIQUEMise 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 230VAC, 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 : 1127mAh*12V=13,5Wh/jour
Consommation avec convertisseur : 13,5/0,8=16,9Wh/jour
26
PRATIQUESchéma :
K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur
Batterie chargée/en charge
K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur
Batterie chargée à 100%
K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service
Batterie déchargée
27
PRATIQUESchéma :
K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur
Batterie chargée/en charge
K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur
Batterie chargée à 100%
K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service
Batterie déchargée
28
PRATIQUESchéma :
K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur
Batterie chargée/en charge
K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur
Batterie chargée à 100%
K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service
Batterie déchargée