,--' ,=--,-' ,-=' ,,+-=' Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire -'' -=-' ''' ,'-' Ministre de l'enseignement suprieur et de la recherche scientifique '=,- - -,-= -'= - -'-'Universitde HASSIBA BEN BOUALI CHLEF ',---' ,'' ,' Facult de technologie Dpartement de lectrotechnique En vue de lobtention dun diplme licence LMD Option : commande lectrique Prsent par : Encadrs par : MEKRELOUF AliBENYAMINA Abderrahmen Mr. SAIDI HAMZA Jury:Mr: BENYAMINA MAAMAR Promotion 2011 UHBCHPage 2 UHBCHPage 3 Je ddie ce modeste travail ceux qui sont la source de mon inspiration et mon courage. A ma trs cher mre, qui ma donne toujours lespoir de vivre et qui na jamais cess de prier pour moi. A mon trs cher pre, pour ses encouragements et son soutien, Et surtout pour son sacrificeafin que rien nentrave le droulement de mes tudes. A mes chers frresA mes surs A tous mes amis Ali & Abderrahmen UHBCHPage 4

Nous tenons remercier en premier lieu ALLAH, le tout puissant, qui nous a donn le courage et la volont pour bien mener ce modeste travail. Ainsi,nous remercions notre encadreur monsieur SAIDI HAMZA pour leur soin exceptionnel et conseils judicieux.

Nous remercions Tous les enseignants du dpartement ELT, qui ont assurs notre formation durant tout cycle dtude. Enfin, nous remercions tous ceux qui nous ont aid accomplir notre travail, de prs comme de loin.

Ali & Abderrahmen UHBCHPage 5 UHBCHPage 6 Sommaire Introduction gnrale Chapitre I : le rayonnement solaire ..................................................................... 01 I.1/-Introduction ............................................................................................... 01 I.2- Mouvementdu Globe terrestre .............................................................. 01 I.3- La sphre cleste...................................................................................... 02 I.4- Les coordonnes clestes .......................................................................... 02 I.4.1- Les coordonnes gographiques ............................... 02 I.4.1.1- Longitude ................................................................... 02 I.4.1.2- Latitude....................................................................... 03 I.4.2- Les coordonnes horaires.......................................................... 03 I.4.2.1- La dclinaison solaire................................................ 03 I.4.2.2- Angle horaire............................................................. 04 I.4.3- Les coordonnes horizontales .................................................. 05 I.4.3.1- Hauteur angulaire du soleil..................................... 05 I.4.3.2- Azimut....................................................................... 05 I.4.4- Temps solaires ........................................................................... 05 I.4.4.1- Temps solaire vrai .................................................... 05 I.4.4.2- Temps solaire moyen ............................................... 06 I.4.5- Angle horaire de coucher du soleil .......................................... 06

I.5-Le rayonnement solaire ......................................................................... 06 I.5.1- Types de rayonnements ............................................................. 06 I.5.1.1- Rayonnement direct .................................................. 06 I.5.1.2- Rayonnement diffus ................................................. 06 I.5.1.3- Rayonnement global................................................. 07 I.6-Rayonnement en Algrie........................................................................ 07 UHBCHPage 7 I.7- Conclusion................................................................................................ 08 Chapitre II : La conversion photovoltaque ............................................................ 09 II.1- Introduction............................................................................................. 09 II.2-Leffet photovoltaque .............................................................................. 09 II.2.1- effet photolectrique interne.................................................... 09 II. 3- la jonction PN........................................................................................... 10 II.3.1- La polarisation directe ............................................................ 12 II.3.2- La polarisation inverse ............................................................ 12 II.3.3- Lclairement a deux effets sur le fonctionnement ................ 13 II. 4- Les cellules solaires.................................................................................. 14 II.4.1- Les principaux types de cellule................................................ 14 II.4.1.1- Cellule en silicium amorphe.................................... 14 II.4.1.2- Cellule en silicium monocristallin.......................... 14 II.4.1.3- Cellule en silicium poly cristallin............................ 15 II.4.2- Modlisation lectrique dune cellule photovoltaque.......... 16 II.4.3- Caractristiques lectriques des photopiles........................... 18 II.4.3.1- Caractristique Courant- Tension ........................ 18 II.5-Linfluence del'clairement solaire et de la temprature .................. 20 II.5.1- Linfluence de l'clairement solaire ......................................... 21 II.5.2- Linfluence de la temprature................................................. 21 II.6-Regroupement des cellules ...................................................................... 22 II.6.1- Association en srie .................................................................... 23 II.6.2- Association en parallle............................................................ 24 II.6.3- Association mixte ................................................................... 25 II.6.4- Les diodes de by-pass (protection)...................................... 26 II.7-Les modules photovoltaques............................................................. 27 II.7.1- Caractristiques nominales des modules PV .................... 27 II.8- Conclusion ................................................................................................ 28 UHBCHPage 8 Chapitre III :Systme de poursuite du soleil.......................................................... 29 III.1- Introduction .............................................................................. 29 III.2- Position du soleil par rapport un observateur ............................... 29 III.2.1- Angle de znith ....................................................................... 29 III.2.2- Angle dazimut........................................................................ 29 III.2.3- Angle extrieur dazimut ......................................................... 30 III.2.4- Angle dincidence ..................................................................... 30 III.3- Orientation de la surface..................................................................... 31 III.3.1- Rotation suivant un axe ......................................................... 31 III.3.1.1- Axe vertical et inclinaison fixe de la surface ..... 31 III.3.1.2-Axe horizontal, surface parallle l'axe.......... 31 III.3.2- Rotation suivant deux axes ................................................... 32 III.4- Diffrents types de montures ............................................................... 33 III.4.1- Monture altazimutale........................................................... 33 III.4.2- Monture quatoriale .............................................................. 34 III.5- Comparaison entre un systme PV fixe et un systme mobile ........... 35 III.6- Conclusion ........................................................................................... 35 CHAP IV : Realisation........................................................................................... 36 IV.1- Introduction ............................................................................................ 36 IV.2- Schma Synoptique................................................................................. 36 IV. 3- ralisation du suiveur............................................................................ 37 IV. 3.1-Partie mcanique ...................................................................... 37 IV. 3.1.1-Description de la structure .................................. 38 IV. 3.1.2-Orientation laxe horizon (lvation)............... 39 IV. 3.1.3-Orientation laxe vertical (lazimute)............... 40 IV. 3.1.4-Chois demplacement du capteur ......................... 40 IV. 3.1.5-Chois du moteur lectrique ................................... 41 UHBCHPage 9 IV. 3.1.6-les vrins lectriques............................................ 41 IV. 3.1.7-Le moteur courant continue ............................. 41 IV. 3.2-Partie lectronique .................................................................. 42 IV. 3.2.1-Le bloc dalimentation ......................................... 42 IV. 3.1.2-chois du capteur de lumire ................................. 42 IV. 3.2.2.1-La photorsistance .................................. 42 IV. 3.2.3-Carte de puissance ................................................ 44 IV. 3.2.3.1-Constutiants.............................................. 45 IV. 3.2.4-Carte de traitement ................................................ 47 IV. 3.2.5- pic16f877A .............................................................. 49 IV. 3.2.5.1- Choix du microcontrleur.................... 51 IV. 3.2.6- Loscillateur........................................................ 52 IV. 3.2.7- Le module de conversion A/N .......................... 53 IV. 3.2.8- La programmation du pic ................................. 53 IV. 3.2.8.1- organigramme ........................................ 57 IV. 3.2.8.2- programme sous logiciel microC .......... 58 IV. 3.2.8.3- simulation en Isis .................................... 58 IV. 4. Test et Problmes rencontrs.............................................................. 59 IV. 5. Conclusion ............................................................................................ 59Conclusion gnrale.................................................................................................. 60 Bibliographies ........................................................................................................... 61 Annexes................................................................................................................ 62 UHBCHPage 10 UHBCHPage 11 Introduction gnrale Les nergies renouvelables sont des nergies qui se renouvlent assez rapidement pour treconsidrescommeinpuisablelchellehumainedutemps.Faceauxprvisions dpuisement invitable des ressources mondiales en nergie fossile (ptrole, gaz, charbon...), ennergiedoriginethermonuclaire(uranium,plutonium...),faceauxmultiplescrises ptrolires, conomiques, aux changements climatiques dus leffet de serre, la science sest tout naturellement intresse aux ressources dites " renouvelables " et notamment vers la plus ancienne, le soleil, qui dverse chaque jour lquivalent de 100 000 milliards de TEP (tonnes quivalentptrole).Cettevaleurestcompareraux9,58milliardsdeTEPquereprsentela consommation annuelle mondiale en nergie primaire (1998). ConsidrdanslAntiquitcommeundieu,lesoleilestaujourdhuirduitaustatut dnergie,unenergiequilnousfautlacapter,latransformer,lastocker....Captercette nergieetlatransformerdirectementenlectricitpareffetphotovoltaque,provientdela conversiondelalumiredusoleilenlectricitauseindematriauxsemi-conducteurs comme le silicium ou ceux qui sont recouvert dune mince couche mtallique. Ces matriaux photosensiblesontlapropritdelibrerleurslectronssouslinfluencedunenergie extrieure.Cestleffetphotovoltaque.Lnergieestapporteparlesphotons,(composants delalumire)quiheurtentleslectronsetleslibrent,induisantuncourantlectrique.Ce courant continu de micro puissance calcul en watt crte (Wc) peut tre transform en courant alternatif. Danscecontexte,notremotivationdanscetravaildveloppenchapitresest doptimiserlnergiefournieparlespanneauxphotovoltaquesdanslebutdemaximiserla quantit dclairement absorb par les panneaux photovoltaques en suivant le mouvement du soleil pendant la journe. Notre mmoire est organis de la manire suivante : -Le premier chapitre concerne ltat de lart du rayonnement solaire-le second chapitre porte sur la conversion photovoltaque mobile.-Le troisime chapitre prsente les diffrents systmes de poursuite du soleil-Quatrimechapitre concerne la ralisation du suiveur de soleil a deux axeset la programmation du PIC UHBCHPage 12 Le rayonnement solaire UHBCHPage 13 I.1- Introduction Laressourcedebaselaplusimportantepourtouslespotentielsnergtiques renouvelablesestl'nergiesolaire,cestlerayonnementmisdanstouteslesdirectionspar le soleil, et que la terre reoit raison d'une puissancemoyenne de 1,4 kW/m, pour unesurface perpendiculaireladirectionterre-soleil.Cefluxsolaireestattnulorsdela traverse de l'atmosphre par absorption ou diffusion, suivant les conditions mtorologiquesetlalatitude du lieu au niveaudu sol. Afin dexploiteraumieux cetteressourcenergtiqueetpourun bon dimensionnement des installations solaires, il est ncessaire de connatre la quantit de lnergie solaire disponible unendroitspcifiquechaqueinstantdelajourneetdelanne.Pourcetteraison,ona jug ncessaire de prsenterdans ce chapitre une notion gnrale sur les coordonnes clestes ainsi que le rayonnementsolaire. I.2- Mouvementdu Globe terrestre :[1] Laterredcritautourdusoleil uneorbiteelliptiquequasi circulaireavecunepriode de 365,25 jours. Le plan de cette orbite est appel plan de lcliptique. Cest au solstice dhiver (21dcembre)quelaterreestlaplusprochedusoleil,etausolsticedt(22juin) quelle en est la plus loigne. La terre tourne sur elle-mme avec une priode de 24h. Son axe de rotation (laxe des ples)auneorientationfixedans lespace.Ilfaitunangle2327 avec la normale auplande lcliptique. Figure I.1- Variation saisonnire du rayonnement solaire UHBCHPage 14 I.3- La sphre cleste : Lasphreclesteestunesphreimaginairedundiamtreimmense,aveclaterreau centre.Onconsidrequetouslesobjetsvisiblesdanslecielsetrouventsurlasurfacedela sphre cleste. On peut rsumer les diffrentes caractristiques sur la sphre elle mme comme est reprsent sur la figure (I-2) Figure I.2- La sphre cleste Ladirectiondesobjetspeuttrequantifiedefaonprciselaidedunsystmede coordonnes clestes. I.4- Les coordonnes clestes : I.4.1- Les coordonnes gographiques : Ce sont les coordonnes angulairesqui permettent le reprage dun point sur la terre I.4.1.1-Longitude : La longitude dun lieu correspond langle que fait le plan mridien passant par ce lieu avecunplanmridienretenucommeorigine.Onachoisipourmridien(origine0)le plan passant par lobservatoire de Greenwich. Par conventionon affecte du signe (+) les mridiens situs lest de ce mridien, et du signe (-) les mridienssitus louest. UHBCH I.4.1.2-Latitude : Lalatitudedunlieujoignant le centre de la terre gale0,lepolenordparconvention de signe affecte le tous les lieux de lhmisphre

Figur I.4.2- Les coordonnes horaiI.4.2.1- La dclinaison solair Cestlangleformpatoutaulongdelanne,entrsannule aux quinoxes de prin = 23.45sin (360 n : numro du jour dans lanne correspondlangleavec leplanquatoria ce lieu. Lquateur terrestre est donc caractrlalatitude+90etlepolesudparlala signe (+) tous les lieux de lhmisphre no sud. Chlef : =36.100 N re I.3- Les coordonnes gographiques aires re : arladirectiondusoleil etleplanquatorial redeuxvaleursextrmes(-2327et+23ntemps et dautomne, sa valeur peut tre calcu23.45sin (360 (284 + n) /365)(I ePage 15 al,quefaitlerayon ris par une latitude atitude-90.Cette ordetle signe () terrestre.Ellevarie 27environ)etelle ule par la formule: .1) UHBCHPage 16 Figure I.4- La dclinaison du soleil en fonction des jours I.4.2.2- Angle horaire (w) : Langlehorairedusoleilestlangleformparleplanmridiendulieuetceluiqui passe par ladirectiondu soleilsi lonprend comme origine le mridien de Greenwich, langle horaire est comprisentre 0et360degr sLa valeur de langlehoraireest nulle midi solaire,ngativelematin,positivedansl'aprsmidietaugmentede15parheure,L'angle horaire et est obtenu de la faon suivante : w= 180 x (TSV / 12 - 1) (I .2)ou encore :w = 360 x (TSV - 12)/ 24(I .3) w :en degrs Figure I. 5- les coordonnes horaires UHBCH I.4.3- Les coordonnes hLe reprage du soleil seI.4.3.1-Hauteur angulaire dCestlangleformpasoleil. Cette hauteurdurantle h = Arc Sin (Sin () x Sin (I.4.3.2-Azimut(a): CestlanglecomprisenLa connaissance de lazimut durayons sur une surface non hor Figu I.4.4- Temps solaires :I.4.4.1- Temps solaire vrai :Onappelle" TempsSolaireVrailanglehoraireduSoleilencelieuetcetinstantmouvementderotationdelaTerresurelleintroduction est naturelle, car iest indiqu sur les cadrans solaires. Remarque importante :LadfinitiondeTSVdonneciprend, par commodit, TSV = 12h pour la vCest cette dernire dfinition que nous utiliserons par la suite.horizontales : e fait par lintermdiaire de deux angles : du soleil (h) : arle planhorizontalaulieudobservation jourpeutvarierde 0(soleil lhorizon) 90) x Sin () + Cos () x Cos () x Cos (w)) ntrelemridiendulieuetleplanverticalput du soleilest indispensable pour le calcul de lanrizontaleure I.6- Les coordonnes horizontales : TempsSolaireVrai "(enabrgTSV)enunlieuetuninstantdonn, langlehoraireduSoleilencelieuetcetinstant.Cestunenotionquitraduitlafoisle mouvementderotationdelaTerresurelle-mmeetsonmouvementautourduSoleil.Son introduction est naturelle, car il est li lalternance des jours et des nuits. Cest le TSV qui est indiqu sur les cadrans solaires. LadfinitiondeTSVdonneci-dessusestladfinitionenAstronomie.Enphysique,on prend, par commodit, TSV = 12h pour la valeur nulle de langle horaire (cestCest cette dernire dfinition que nous utiliserons par la suite. TSV = 12 + (Page 17 netladirectiondu 90 (soleil au znith) (I .4) passantparlesoleil. ngle dincidence des TSV)enunlieuetuninstantdonn, .Cestunenotionquitraduitlafoisle mmeetsonmouvementautourduSoleil.Son l est li lalternance des jours et des nuits. Cest le TSV qui dessusestladfinitionenAstronomie.Enphysique,on aleur nulle de langle horaire (cest--dire midi). TSV = 12 + (w/15) en heures. UHBCHPage 18 I.4.4.2- Temps solaire moyen : La vitesse de la Terre sur son orbite nest pas constante au cours de lanne. Pour avoir un temps qui " scoule " vitesse constante (celui mesur par les horloges), on dfinit donc un temps solaire moyen. Historiquement, la journe solaire moyenne a t utilise pour dfinir les units de temps. On a encore avec une bonne prcision 1 jour = 24h 00m 00s. LcartentreTSVetTSMvarieselonladate,maisestnulenmoyenne,pardfinition. Lexpression de cet cart porte le nom de " Equation du temps ". I.4.5- Angle horaire de coucher du soleil : Langle horaire du soleil est le dplacement angulaire du soleil autour de laxe polaire. Dans sa course dest en ouest, par rapport au mridien local. Il estdonn par lquation Suivante : Ws=

arcos (- tan () tan ()) (I .5)

: Dclinaison solaire. : latitude. I.5- Le rayonnement solaire : Lerayonnementsolaireestunrayonnementthermiquequisepropagesouslaforme dondeslectromagntiques.Endehorsdelatmosphreterrestre,ildonneunclairement nergtique peu prs constant et gale 1367w/m2, appel de ce fait constante solaire.

I.5.1- Types de rayonnements : :[1] I.5.1.1-Rayonnement direct :Lerayonnementsolairedirectsedfinitcommetantlerayonnementprovenantdu seul disque solaire. Il est donc nul lorsque le soleil est occult par les nuages. I.5.1.2 -Rayonnement diffus : Danssatraversedelatmosphre,lerayonnementsolaireestdiffusparles molcules delairetlesparticulesensuspension.Lerayonnementsolairediffusnestdonc nul que la nuit. I.5.1.3-Rayonnement global : UHBCHPage 19 Cest la somme des deux types de rayonnements direct et diffus. Figure I.7- Composantes du rayonnement global sur une surface incline I.6- Rayonnement en Algrie :[2] LAlgriepossdantungisementsolaireimportant,departsonclimat,lapuissance solairemaximaleentoutpointdenotrepaysestdenviron1Kw/m2.Lnergiejournalire maximalemoyenne(cielclair,moisdejuillet)dpasseles6Kw/m2etlnergieannuelle maximaleenAlgrieestdel'ordrede2500Kw/m2Lacarteci-dessousreprsenteles diffrentes zones nergtiques de lAlgrie. UHBCHPage 20 Figure I.8- les diffrentes zones nergtiques dans lAlgrie I.7- Conclusion : Ltudedurayonnement solaire s'avrencessairepour lechoixdu meilleursiteen vue d'uneinstallationd'unsystmede captation solaire. Lerayonnementreuparuncapteur solairedpend galement duniveau densoleillementdusiteconsidretdesonorientation par rapport au soleil. Uncapteursolairefixereoitlemaximum dnergielorsquil estorient verslesudetest inclin selon un angle pratiquementgal la latitude du lieu.Pourquelerayonnementsolairesoitperpendiculaireaupanneausolaire,etafin d'optimiser tout le systme de captation, ilest ncessaire de recourir la technique de poursuitedu soleil. UHBCHPage 21 La conversion photovoltaque UHBCHPage 22 II.1- Introduction : Ledveloppementdelexploitationdesnergiesrenouvelablesaconnuuneforte croissancecesderniresannes.Laproductiondlectricitpardessourcesdnergie renouvelablesoffreuneplusgrandesretdapprovisionnementdesconsommateurstouten respectant les normes cologiques de lnergie. Nous rappelons brivementle principe de la conversiondelnergiesolaireennergielectriquereposantsurleffetphotolectrique, cestdiresurlacapacitdesphotonscrerdesporteursdecharge(lectronsettrous) dans un matriau.Ledomaine Gnie lectrique tant notre spcialit, nous nous sommes attachsutiliserdesmodleslectriquessimplifispourdcrirelecomportementdes diffrentes cellules rencontres tout au long de ce chapitre. II.2- Leffet photovoltaque: LeffetphotovoltaqueatdcouvertparAlexandreEdmondBecquerelen1839.Il est obtenu par absorption des photons dans un matriau semi-conducteur, lequel gnre alors une tension lectrique. Les cellules photovoltaques produisent du courant continu partir du rayonnement solaire qui peut tre utilis pour alimenter un appareil ou recharger une batterie. II.2.1- effet photolectrique interne :[2] Lerayonnementsolaireestconstitudephotonsdontlnergieestdcriteparla relation suivante : E [J]=h=h.c/ (II.1) h : constante de Planck. : longueur donde [m]. c : clrit de la lumire dans le vide : frquence [Hz]. Quandunphoton heurtelacellule,iltransmetsonnergieauxlectronsdessemi-conducteurs.Silnergieabsorbeestsuffisantepourpermettrelepassagedelabande interdite (hv > Egap = Econcuction - Evalence), ces lectrons quittent leur bande de valence et entrentdanslabandeditedeconduction.Cettemissiond'lectronsetdestrous correspondants (on parle de paires lectron-trou) due l'action de la lumire est appele effet photolectriqueinterne (carleslectronsnesontpasjectsendehorsdelatome).Les propritsphysiquesdumatriausontalorsmodifiesetcelui-cidevientconducteur UHBCH (photoconductivit).Silinverselnergieduphotonnestpassuffisante,matriau sans transmettre dnergie.Figure Ainsi,unmatriausemi-conducteurdontlabandeinterditeestcompriseentre0.7et0.4est un matriau dit photovoltaque du spectre solaire.Le dfi est de rcuprer la paire lectronsuffisammentrapidementilyarecombinaisonentrellectronetletrou.Pourpouvoir valoriser le potentiel lectrique de cet effet, on utilisera la diffrence de poteune jonction pn. II. 3- la jonction PN : Unecellulesolaireestcomposedunematriau de type n et la couche infrieure deuntraitementdesurfacepourdposerunsemidun matriau de type p. (photoconductivit).Silinverselnergieduphotonnestpassuffisante,matriau sans transmettre dnergie. Figure II.1- effet photolectrique interne conducteurdontlabandeinterditeestcompriseentre0.7et0.4est un matriau dit photovoltaque du spectre solaire. de rcuprer la paire lectron-trou ainsi gnr, car si celle-ci nest pas rcupre suffisammentrapidementilyarecombinaisonentrellectronetletrou.Pourpouvoir valoriser le potentiel lectrique de cet effet, on utilisera la diffrence de poteUnecellulesolaireestcomposedune jonctionp-n,lacouchesuprieuretantun matriau de type n et la couche infrieure de type p. Pour fabriquer ces jonctions, on effectue untraitementdesurfacepourdposerunsemi-conducteurdetypensurlasurfaceexterne Page 23 (photoconductivit).Silinverselnergieduphotonnestpassuffisante,iltraversele conducteurdontlabandeinterditeestcompriseentre0.7et0.4 eV ci nest pas rcupre suffisammentrapidementilyarecombinaisonentrellectronetletrou.Pourpouvoir valoriser le potentiel lectrique de cet effet, on utilisera la diffrence de potentiel induite par ,lacouchesuprieuretantun Pour fabriquer ces jonctions, on effectue conducteurdetypensurlasurfaceexterne UHBCH Lamiseencontactdecesmatriauxchamplectriquepermanent.Cettebarrire,appelezonededpltion,estformepar recombinaisondusurplusdetrousetdlectronsschma suivant reprsente les niveaux dnergie au voisinagFigure II.3-les niveaux dnergie au voisinage de la jonctionSilatempraturedunetellejonctionaugmente,leslectronsrempliront progressivementtouslestatsdnergie,annulantlabandeinterditeetparl,leffetdela jonctionp-n.Unetellejonctionprsenteuncomportementbiencaractristiqueselonquelle soit soumise une diffrence de potentiel dans le sens direct ou dans le sens inverse. Figure II.2-- la jonction PNLamiseencontactdecesmatriaux gnreunebarriredepotentiellabasedu champlectriquepermanent.Cettebarrire,appelezonededpltion,estformepar recombinaisondusurplusdetrousetdlectrons deszonespetnremisencontact.Le schma suivant reprsente les niveaux dnergie au voisinage de la jonction : les niveaux dnergie au voisinage de la jonctiontempraturedunetellejonctionaugmente,leslectronsrempliront progressivementtouslestatsdnergie,annulantlabandeinterditeetparl,leffetdela Unetellejonctionprsenteuncomportementbiencaractristiqueselonquelle soit soumise une diffrence de potentiel dans le sens direct ou dans le sens inverse.Page 24 potentiellabasedu champlectriquepermanent.Cettebarrire,appelezonededpltion,estformepar deszonespetnremisencontact.Le e de la jonction : les niveaux dnergie au voisinage de la jonction tempraturedunetellejonctionaugmente,leslectronsrempliront progressivementtouslestatsdnergie,annulantlabandeinterditeetparl,leffetdela Unetellejonctionprsenteuncomportementbiencaractristiqueselonquelle soit soumise une diffrence de potentiel dans le sens direct ou dans le sens inverse. UHBCH II.3.1- La polarisation directeDelajonction(enrespectantlesbornes)potentiel et permet un passage important de courant d aux porteurs majoritaires. Figure II.4II.3.2-La polarisation inverse Provoqueunrenforcementdelabarriredepotentiel(largissementdelazonede dpltion par recombinaison) et un courant d aux porteurs minoritaires (trous dans le type n et lectrons dans le type p). Ce courant, trs faible, varie peu en fonction de Figure II.5Cettecaractristiqueestlabasedesdiodeslectriques,composantlectroniquequi ne permet le passage de courant que dans un sens. polarisation directe :[2] Delajonction(enrespectantlesbornes)provoqueunabaissementdelabarrirede potentiel et permet un passage important de courant d aux porteurs majoritaires. 4- caractristique de la polarisation directepolarisation inverse : Provoqueunrenforcementdelabarriredepotentiel(largissementdelazonede dpltion par recombinaison) et un courant d aux porteurs minoritaires (trous dans le type n et lectrons dans le type p). Ce courant, trs faible, varie peu en fonction de 5- caractristique de la polarisation inverseCettecaractristiqueestlabasedesdiodeslectriques,composantlectroniquequi ne permet le passage de courant que dans un sens. Page 25 provoqueunabaissementdelabarrirede potentiel et permet un passage important de courant d aux porteurs majoritaires. polarisation directe Provoqueunrenforcementdelabarriredepotentiel(largissementdelazonede dpltion par recombinaison) et un courant d aux porteurs minoritaires (trous dans le type n et lectrons dans le type p). Ce courant, trs faible, varie peu en fonction de la tension. polarisation inverse Cettecaractristiqueestlabasedesdiodeslectriques,composantlectroniquequi UHBCH Ceschmamontrelarelationcomposant :

Figure II.6- relation typique entre le courant et le potentiel vPour crer un courant utilisable dans cette Soit abaisserlabarriredepotentiel(grceunepolarisationdirecte).Lajonctionestalors rceptrice (diodes de redressement).Soit fournir une nergie supplmentaire (dorigine lumineuse, thermique) aux bande de valence. La jonction est alors gnratrice.Il ne reste alors plus qu collecter les charges avant leur recombinaison.L'effet du rayonnement lorsquil fournit assez d'nergie (si cellelargeur de la bande interdite) fait apparatre des paires supplmentaires dlectron trou porteur (apparition simultane d'un porteur nLesporteurspainsicrsonttendancemigrerverslematriaupetlesporteursn vers le matriaun, renforant la barrire de potentiel. Une partie des porteurs gnrs par le rayonnementseraelleaussisoumisediversphnomnesderecombinaison(disparition simultane d'un porteur n et d'un porteur p). II.3.3- Lclairement a deux effets sur le Si le systme fonctionne en mode rcepteur (quadrant III) : la rsistance diminue avec lclairement, cest la photorsistance.Silesystmefonctionneenmodecircuit" estproportionnellclairementetlatensionvideestcelledeladiodeen polarisationdirecte.Cestlacellulephotovoltaqque sont bases les caractristiques des cellulesschmamontrelarelation typiqueentrelintensitducourantetlepotentielduntel relation typique entre le courant et le potentiel vPour crer un courant utilisable dans cette jonction p-n, deux moyens sont possiblesabaisserlabarriredepotentiel(grceunepolarisationdirecte).Lajonctionestalors rceptrice (diodes de redressement). fournir une nergie supplmentaire (dorigine lumineuse, thermique) aux bande de valence. La jonction est alors gnratrice. Il ne reste alors plus qu collecter les charges avant leur recombinaison. L'effet du rayonnement lorsquil fournit assez d'nergie (si celle-ci est suprieure la terdite) fait apparatre des paires supplmentaires dlectron trou porteur porteur n et d'un porteur p) dans la jonction. Lesporteurspainsicrsonttendancemigrerverslematriaupetlesporteursn , renforant la barrire de potentiel. Une partie des porteurs gnrs par le rayonnementseraelleaussisoumisediversphnomnesderecombinaison(disparition simultane d'un porteur n et d'un porteur p). Lclairement a deux effets sur le fonctionnement : Si le systme fonctionne en mode rcepteur (quadrant III) : la rsistance diminue avec photorsistance. Silesystmefonctionneenmode gnrateur(quadrantIV): estproportionnellclairementetlatensionvideestcelledeladiodeen polarisationdirecte.CestlacellulephotovoltaquejonctionPN.CestsurcequadrantIV caractristiques des cellules. Page 26 typiqueentrelintensitducourantetlepotentielduntel relation typique entre le courant et le potentiel v n, deux moyens sont possibles : abaisserlabarriredepotentiel(grceunepolarisationdirecte).Lajonctionestalors fournir une nergie supplmentaire (dorigine lumineuse, thermique) aux porteurs de la ci est suprieure la terdite) fait apparatre des paires supplmentaires dlectron trou porteur Lesporteurspainsicrsonttendancemigrerverslematriaupetlesporteursn , renforant la barrire de potentiel. Une partie des porteurs gnrs par le rayonnementseraelleaussisoumisediversphnomnesderecombinaison(disparition Si le systme fonctionne en mode rcepteur (quadrant III) : la rsistance diminue avec gnrateur(quadrantIV):lecourant "court-estproportionnellclairementetlatensionvideestcelledeladiodeen uejonctionPN.CestsurcequadrantIV UHBCH Figure II.II. 4- Les cellules solairesLescellulessolairesoucellulesphotovoltaquessontdescomposantesoptolectrique qui transforment directement la lumire solaire en lectricit. Elles sont ralises laide des matriaux semi-conducteurs. Le matriau de base est dans la plupart des le procd de fabrication, on obtiendra des photopiles plus ou moins performantes, sous forme amorphe,polycristalline,oumonocristalline.dautresmatriauxsontutilisablesde Gallium (AsGa), Tellurure de Cadium (CdTe II.4.1-Les principaux types de celluleII.4.1.1-Cellule en silicium amorphe Le silicium lors de sa transformation, produit un gaz, qui est projet sur une feuille de verre.Lacelluleestgristrsfonc.C'estlacelluledescalculatricesetde"solaires". Avantages: elles fonctionnent avec un clairement faible.elles sont moins chres que les autres.Inconvnients : Leur rendement (6%) est moins bon que les autres en plein soleil.Leurs performances diminuent sensiblement avec II.4.1.2-Cellule en silicium monocristallinOn sarrange, lors du refroidissement du silicium fondu pour quil se solidifie en ne formant quun seul cristal de grande dimension. On dcoupe le cristal en fines tranches qui donnerontqui les cellules. Ces cellules sont en gnral dun bleu uniforme. Figure II.7- leffet de Lclairement Les cellules solaires : Lescellulessolairesoucellulesphotovoltaquessontdescomposantesoptolectrique qui transforment directement la lumire solaire en lectricit. Elles sont ralises laide des conducteurs. Le matriau de base est dans la plupart des cas le silicium. Selon le procd de fabrication, on obtiendra des photopiles plus ou moins performantes, sous forme amorphe,polycristalline,oumonocristalline.dautresmatriauxsontutilisablesde Gallium (AsGa), Tellurure de Cadium (CdTe).Les principaux types de cellule : Cellule en silicium amorphe : Le silicium lors de sa transformation, produit un gaz, qui est projet sur une feuille de verre.Lacelluleestgristrsfonc.C'estlacelluledescalculatricesetdeelles fonctionnent avec un clairement faible. elles sont moins chres que les autres. Leur rendement (6%) est moins bon que les autres en plein soleil. Leurs performances diminuent sensiblement avec le temps. Cellule en silicium monocristallin : On sarrange, lors du refroidissement du silicium fondu pour quil se solidifie en ne formant quun seul cristal de grande dimension. On dcoupe le cristal en fines tranches qui donnerontules. Ces cellules sont en gnral dun bleu uniforme. Page 27 Lescellulessolairesoucellulesphotovoltaquessontdescomposantesoptolectrique qui transforment directement la lumire solaire en lectricit. Elles sont ralises laide des cas le silicium. Selon le procd de fabrication, on obtiendra des photopiles plus ou moins performantes, sous forme amorphe,polycristalline,oumonocristalline.dautresmatriauxsontutilisables :Arsniure Le silicium lors de sa transformation, produit un gaz, qui est projet sur une feuille de verre.Lacelluleestgristrsfonc.C'estlacelluledescalculatricesetdesmontresdites On sarrange, lors du refroidissement du silicium fondu pour quil se solidifie en ne formant quun seul cristal de grande dimension. On dcoupe le cristal en fines tranches qui donneront UHBCHPage 28 Avantages : bon rendement (17%). Inconvnients : les cellules sont chres. fonctionnement trs mdiocre sous un faible clairement. II.4.1.3-Cellule en silicium poly cristallin : Pendant le refroidissement du silicium, il se forme plusieurs cristaux .ce genre de cellule estgalementbleu,maispasuniforme,ondistinguedesmotifscresparlesdiffrents cristaux. Avantages : bon rendement (13%), mais cependant moins bon que le monocristallin. moins chre que le monocristallin. Inconvnients : les mmes que le cristallin. Cesontlescelluleslesplusutilisespourlaproductionlectrique(meilleurrapport qualit prix). Ilexistedautrestypesdecellule,certainstantencoursdtude.Leurutilisationest pratiquement ngligeable actuellement. Figure II.8- Diffrents types de cellules. II.4.2- Modlisation lectrique dune cellule photovoltaque : Les cellules monocristallines Les cellulespoly cristallinesLes cellules amorphes UHBCHPage 29 LorsquunejonctionPNralisepartirdematriauxsensibleslalumireestclaire,elleprsentelaparticularitdepouvoirfonctionnerengnrateurdnergie.Ce comportementenstatiquepeuttredcritparlquationlectriquedfinissantle comportementdunediodeclassique.Ainsi,lergimelectriquestatiquedunecellule photovoltaqueconstituedunejonctionPNensiliciumpeuttredcritvialquationsuivante : IccII= Icc-Isut jcxp [vccll+(IccllRscric)nvT -1[ -vccll+(IccllRscric)Rshunt (II.2) OI1=K1c reprsentelepotentielthermodynamique.Isat :lecourantdesaturationdela jonction.K.laconstantedeBoltzman(1.38110-23Joules/Kelvin).T :latempraturedela celluleenKelvin.e :lachargedunlectron.n.lefacteurdenonidalitdela jonction. Iell :le courant fourni par la cellule. Vell : la tension aux bornes de la cellule. I : le courantproduitparlacellulelorsquelleestmiseencourt-circuit.Rshunt :larsistance modlisantlescourantsdefuitesdelajonction.etfinalement,Rserte :larsistancesrie caractrisantlesdiversesrsistancesdecontactsetdeconnexions.LaFigureII.8reprsente avec des composantslectriques, lecomportement lectriquequivalentdduit de lquation prcdente. Figure II.9-Schma lectrique quivalent dune cellule en silicium cristallin LacourbeprsenteenFigureII.10(a)reprsentelacaractristiquecourant-tension normalise note I(V) dune cellule solaire en silicium multi-cristallin ayant un rendement de 19.8%.La densit decourant dlivrepar lacellule, ici note J, estexprime en ampre par unit de surface (cm). La tension prsente aux bornes de la cellule est exprime en volt et ne dpendpasdelasurfacedelacellule.Lecourantdecourt-circuitdelacelluleestde 38.1mA/cm(notdanslesnoticesconstructeursIccoualorsIscpourlaterminologieanglaisesignifiantShort-Circuitcurrent)etlatensiondecircuitouvertslve654mV (Voc, pour Open Circuit Voltage). UHBCHPage 30 Figure II.10- Caractristique courant-tension dune cellule en silicium multi-cristallin. (a)Courbe relle mesure par le constructeur, (b) Courbe simule. UnparamtreimportantestsouventutilispartirdelacaractristiqueI(V)pour qualifier la qualit dune cellule ou dun gnrateur PV : cest le facteur de remplissage ou fil factor(FF).IlestillustrsurlaFigureII.11.Cecoefficientreprsentelerapportentrela puissancemaximalequepeutdlivrerlacellulenotePmaxetlapuissanceformeparle rectangleIcc*Voc.Pluslavaleurdecefacteurseragrande,pluslapuissanceexploitablele sera galement. Les meilleures cellules auront donc fait lobjet de compromis technologiques pour atteindre le plus possible les caractristiques idales. Figure II.11- Notion de facteur de forme FF pour une cellule photolectrique. Vco LemodlelectriquedelaFigureII.8estfacilementadaptabletoutlogicieldetype circuit.Nouslavonsutilispourmodliserparexemplelacaractristiquedunecelluleen siliciummulti-cristallinlaidedulogicieldesimulationlectriquePSIM.Nousretrouvons enFigureII.11,leslmentsduschmalectriquequivalentprsentprcdemment.La rsistancenon-linairenousaservireproduirelacaractristiquerelledunediode jonction PN. UHBCH Figure II.12. Schma lectrique FigureII.12.Schmalectriquequivalentdunecellulesolaireensiliciumsous PSIM.Grcecemontagesimplifi,nouspouvonssimulerlescaractristiquesstatiquesdunecellulephotovoltaque donns,quellequesoitsatechnologie.Ilsuffitsimplementdemodifierlesparamtresdu modle pour avoir les bonnes caractristiques.

II.4.3-Caractristiques lectriques des photopilesII.4.3.1-Caractristique CourantFigure II.13- Caractristique CourantAvec, Icc [A] : courant de courtVco : tension en circuit ouvert.Pour crer un courant, on place des lectrodes sur chacun des matriaux et on les relie paruncircuitlectrique.Cesraccordementsetleurfabricationprovoquerontdeseffets . Schma lectrique quivalent dune cellule solaire en silicium sous PSIM..Schmalectriquequivalentdunecellulesolaireensiliciumsous PSIM.Grcecemontagesimplifi,nouspouvonssimulerlescaractristiquesstatiquesdunecellulephotovoltaquesoumiseunensoleillementetunetempratureconstante donns,quellequesoitsatechnologie.Ilsuffitsimplementdemodifierlesparamtresdu modle pour avoir les bonnes caractristiques. Caractristiques lectriques des photopiles :Caractristique Courant- Tension : Caractristique Courant- Tension de photopile : courant de court-circuit d lclairement E : tension en circuit ouvert. Pour crer un courant, on place des lectrodes sur chacun des matriaux et on les relie paruncircuitlectrique.Cesraccordementsetleurfabricationprovoquerontdeseffets Page 31 quivalent dune cellule solaire en silicium sous PSIM. .Schmalectriquequivalentdunecellulesolaireensiliciumsous PSIM.Grcecemontagesimplifi,nouspouvonssimulerlescaractristiquesstatiquessoumiseunensoleillementetunetempratureconstante donns,quellequesoitsatechnologie.Ilsuffitsimplementdemodifierlesparamtresdu de photopilePour crer un courant, on place des lectrodes sur chacun des matriaux et on les relie paruncircuitlectrique.Cesraccordementsetleurfabricationprovoquerontdeseffets UHBCH rsistifsparasitesquidiffrencierontlescaractristiquesrellesdescellulcomportement thorique. Figure II.14- Caractristiques lectriques des cellules et modulesSousunclairementdonn,toutecellulephotovoltaqueestcaractriseparune courbecourant-tensionreprsentantl'ensembledes prendre la cellule. Trois grandeurs physiques dfinissent cette courbe:Satensionvide:Vco.Cettevaleurreprsenteraitlatensiongnreparunecellule claire non raccorde. Soncourantcourt-circuit:Icc.Cettcellule claire raccorde elleSon point de puissance maximal: MPP (une tension et un courant optimaux : Vopt, Iopt (parfois appels aussi Vmpp, Impp).Figure II.1rsistifsparasitesquidiffrencierontlescaractristiquesrellesdescellul Caractristiques lectriques des cellules et modules Sousunclairementdonn,toutecellulephotovoltaqueestcaractriseparune tensionreprsentantl'ensembledesconfigurationslectriquesquepeut prendre la cellule. Trois grandeurs physiques dfinissent cette courbe: Satensionvide:Vco.Cettevaleurreprsenteraitlatensiongnreparunecellule circuit:Icc.Cettevaleurreprsenteraitlecourantgnrparune cellule claire raccorde elle-mme. Son point de puissance maximal: MPP (en anglais : maximal power point)une tension et un courant optimaux : Vopt, Iopt (parfois appels aussi Vmpp, Impp). Figure II.15- Caractristiques courant-tension Page 32 rsistifsparasitesquidiffrencierontlescaractristiquesrellesdescellulesdece Caractristiques lectriques des cellules et modules Sousunclairementdonn,toutecellulephotovoltaqueestcaractriseparune configurationslectriquesquepeut Satensionvide:Vco.Cettevaleurreprsenteraitlatensiongnreparunecellule evaleurreprsenteraitlecourantgnrparune : maximal power point) obtenu pour une tension et un courant optimaux : Vopt, Iopt (parfois appels aussi Vmpp, Impp). UHBCH Remarque : Pour permettre une comparaison de lefficacit de diffrentes cellules, on dfinit cescaractristiquesdansdesconditionsdetestbienprcises(STCConditions). Ces conditions sont : mission lumineuse de 1conditionsspectralesAirMass1.5lorsquiltraverseunepaisseuretdemiedatmosphre,cequicorrespondunangle dincidence de 41.8 par rapport lhorizontale).Actuellement, les cellules prsentent des valeurs de lordre de 0.5V II.5-Linfluencedelclairementetdelatempraturesurlefonctionnementdune cellule PV : DanslecasdapplicationsolairedecellulesPV,lescaractristiquesstandarddes cellulesPV(puissancecrte,Istandardenlaboratoire(STC)cestdireunerpartitiondurayoAM = 1,5,unrayonnementincidentnormalsurlacellulePVde1000Wtemprature de cellule + 25 C plus ou moins 2C, la vitesse de laircirculant autour de la cellule - environ 2 m / s - nest pas prcise car ede la cellule. II.5.1/- Linfluence de l'clairement solaire sur le fonctionnement dune cellule PVLa luminosit influence considrablement les performances des cellules.Figure II.16- Linfluence de l'clairement: Pour permettre une comparaison de lefficacit de diffrentes cellules, on dfinit cescaractristiquesdansdesconditionsdetestbienprcises(STCsont : mission lumineuse de 1 000 W/m, temprature de 25conditionsspectralesAirMass1.5 (compositionduspectreidentiqueauspectresolaire lorsquiltraverseunepaisseuretdemiedatmosphre,cequicorrespondunangle par rapport lhorizontale). Actuellement, les cellules prsentent des valeurs de lordre de 0.5V-3.5A-2.1Linfluencedelclairementetdelatempraturesurlefonctionnementdune DanslecasdapplicationsolairedecellulesPV,lescaractristiquesstandarddes cellulesPV(puissancecrte,Icc,Vco)sontindiquesdanslecasdetestsdefonctionnement standardenlaboratoire(STC)cestdireunerpartitiondurayonnementdetypesolaire 1,5,unrayonnementincidentnormalsurlacellulePVde1000W25 C plus ou moins 2C, la vitesse de laircirculant autour de la nest pas prcise car elle est prise en compte dans la temprature Linfluence de l'clairement solaire sur le fonctionnement dune cellule PVLa luminosit influence considrablement les performances des cellules. Linfluence de l'clairement solaire sur la cellule PVPage 33 : Pour permettre une comparaison de lefficacit de diffrentes cellules, on dfinit cescaractristiquesdansdesconditionsdetestbienprcises(STC =StandardTest W/m, temprature de 25 C, (compositionduspectreidentiqueauspectresolaire lorsquiltraverseunepaisseuretdemiedatmosphre,cequicorrespondunangle 2.1 Wc. Linfluencedelclairementetdelatempraturesurlefonctionnementdune DanslecasdapplicationsolairedecellulesPV,lescaractristiquesstandarddes )sontindiquesdanslecasdetestsdefonctionnement nnementdetypesolaire 1,5,unrayonnementincidentnormalsurlacellulePVde1000W / m,etune 25 C plus ou moins 2C, la vitesse de laircirculant autour de la lle est prise en compte dans la temprature Linfluence de l'clairement solaire sur le fonctionnement dune cellule PV : La luminosit influence considrablement les performances des cellules. solaire sur la cellule PV UHBCH Commelemontrecegraphique,lecourantdecourtproportionnellementaveclclairement,alorsquelatensionvide(Vco)varietrspeu (environ0,5 V).Ainsi,auplusla courant gnr est faible.

II.5.2/- Linfluence de la temprature sur le fonctionnement dune cellule PVLa temprature a une influence considrable sur le comportement de la cellule et donc surendement. Cette influence se traduit principalement par une diminution de la tension gnre (et une trs lgre augmentation du courant). Suivant les modles, ce comportement induit,rapportaurendementmaximumdelacellule.Oncomprendradonctoutlintrtdune ventilation correcte larrire des panneaux Figure II.17- Linfluence de La perte de tension dun module ou dune cellule psuivante : U(T) = U(25C)Avec :T : augmentation de tempa : coefficient de temprature II.6- Regroupement des cellulesCommelemontrecegraphique,lecourantdecourt-proportionnellementaveclclairement,alorsquelatensionvide(Vco)varietrspeu V).Ainsi,aupluslacouverturenuageuseestimportante,aupluslintensitdu Linfluence de la temprature sur le fonctionnement dune cellule PVLa temprature a une influence considrable sur le comportement de la cellule et donc surendement. Cette influence se traduit principalement par une diminution de la tension gnre (et une trs lgre augmentation du courant).ce comportement induit, par degr, une perte de 0.5 % du rendement par entmaximumdelacellule.Oncomprendradonctoutlintrtdune cte larrire des panneaux . Linfluence de temprature solaire sur la cellule PVperte de tension dun module ou dune cellule peut tre estime par la formule = U(25C) + (T*a) T : augmentation de temprature par rapport aux conditions STCa : coefficient de temprature Voc [mV/K], valeur fournie par le fabriquantRegroupement des cellules: Page 34 -circuit (Icc)crot proportionnellementaveclclairement,alorsquelatensionvide(Vco)varietrspeu couverturenuageuseestimportante,aupluslintensitdu Linfluence de la temprature sur le fonctionnement dune cellule PV : La temprature a une influence considrable sur le comportement de la cellule et donc sur son rendement. Cette influence se traduit principalement par une diminution de la tension gnre % du rendement par entmaximumdelacellule.Oncomprendradonctoutlintrtdune temprature solaire sur la cellule PV eut tre estime par la formule (II.3) rature par rapport aux conditions STC (25C) Voc [mV/K], valeur fournie par le fabriquant UHBCH Danslesconditionsstandardisesdetest,lapuissancemaximalepourunecelluleSi (silicium)de100cm(10sur10)tourneauxalentoursde1,25Watt.Cettecelluleconstituedoncungnrateurdetrsfaiblepuissance,insuffisantpourlesapplicationslectriques courantes.Lesmodulessontdoncralissparassociation,ensrieet/ouenparcellules lmentaires. La connexion en srie augmente la tension pour un mme courant alors quelaconnexionenparallleaugmentelecourantpourunetensionidentique.Pourquel'lectricitgnrencessairedassocierentreellesungrandnombredecellules.Lesmodules(gnralement prsentssousformedepanneaux)sontconstitusduncertainnombredecellules lmentairesplacesensrieafinderendrelatensionlasortiCesmodulessontensuiteassocisenrseau(srietensions/courants dsirs. II.6.1- Association en srie: Parassociationensrie(appele"String"),lescellulessonttraversesparlemme courant et la tension rsultante correspond la somme des tensions gnres par chacune des cellules Figure II.1Danslecasouunmoduledfectueuxexisteauniveaudelachanesrie,ilse comporteentantquercepteurcartouslesautresmodulesdelachaneydissiperontune partieimportantedelapuissance.Pourpallierceproblme,onplacedesprotection en parallle avec chaque module, Ces diodes ne dbitant quun trs faible courant enfonctionnementnormal,alorsquesilemoduleprotgsedgrade,ladiodeconduitet dvie le courant dlivr par les autres modules (Danslesconditionsstandardisesdetest,lapuissancemaximalepourunecelluleSi (silicium)de100cm(10sur10)tourneauxalentoursde1,25Watt.Cettecelluleconstituedoncungnrateurdetrsfaiblepuissance,insuffisantpourlesapplicationslectriques sontdoncralissparassociation,ensrieet/ouenparcellules lmentaires. La connexion en srie augmente la tension pour un mme courant alors quelaconnexionenparallleaugmentelecourantpourunetensionidentique.Pourquel'lectricitgnre soitutilisablepournosapplicationslectrncessairedassocierentreellesungrandnombredecellules.Lesmodules(gnralement prsentssousformedepanneaux)sontconstitusduncertainnombredecellules lmentairesplacesensrieafinderendrelatensionlasortiCesmodulessontensuiteassocisenrseau(srie-parallle)defaonobtenirles Parassociationensrie(appele"String"),lescellulessonttraversesparlemme et la tension rsultante correspond la somme des tensions gnres par chacune des Figure II.18: Association en srie de Ns cellules solairesDanslecasouunmoduledfectueuxexisteauniveaudelachanesrie,ilse comporteentantquercepteurcartouslesautresmodulesdelachaneydissiperontune partieimportantedelapuissance.Pourpallierceproblme,onplacedesprotection en parallle avec chaque module, Ces diodes ne dbitant quun trs faible courant enfonctionnementnormal,alorsquesilemoduleprotgsedgrade,ladiodeconduitet dvie le courant dlivr par les autres modules (Figure II.19). Page 35 Danslesconditionsstandardisesdetest,lapuissancemaximalepourunecelluleSi (silicium)de100cm(10sur10)tourneauxalentoursde1,25Watt.Cettecelluleconstitue doncungnrateurdetrsfaiblepuissance,insuffisantpourlesapplicationslectriques sontdoncralissparassociation,ensrieet/ouenparallle,de cellules lmentaires. La connexion en srie augmente la tension pour un mme courant alors quelaconnexionenparallleaugmentelecourantpourunetensionidentique. soitutilisablepournosapplicationslectriques,ilestdonc ncessairedassocierentreellesungrandnombredecellules.Lesmodules(gnralement prsentssousformedepanneaux)sontconstitusduncertainnombredecellules lmentairesplacesensrieafinderendrelatensionlasortieutilisable.parallle)defaonobtenirles Parassociationensrie(appele"String"),lescellulessonttraversesparlemme et la tension rsultante correspond la somme des tensions gnres par chacune des cellules solaires Danslecasouunmoduledfectueuxexisteauniveaudelachanesrie,ilse comporteentantquercepteurcartouslesautresmodulesdelachaneydissiperontune partieimportantedelapuissance.Pourpallierceproblme,onplacedesdiodesde protection en parallle avec chaque module, Ces diodes ne dbitant quun trs faible courant enfonctionnementnormal,alorsquesilemoduleprotgsedgrade,ladiodeconduitet UHBCH Figure II.19: Elimination de l'influence de la cellule dfaillante, cas srie II.6.2- Association en parallle Dans un tel montage, les modules doivent avoir la mme tension de circuit ouvert et descourantsdecourtcircuitquipeuventtre sommedescourantsdechaquemodulealorsquelatensionseracelledumodule(II.18). Figure II.20: Association en parallle de NDansLecasouunmodule autres modules de la branche dissiperont de la puissance dans ce module. Pour remdier ce problme,onplaceensrieavecchaquemoduleunediodepolariseeninverseetonajoute une diode anti retour en srie avec la branche des modules : Elimination de l'influence de la cellule dfaillante, cas srieAssociation en parallle : Dans un tel montage, les modules doivent avoir la mme tension de circuit ouvert et descourantsdecourtcircuitquipeuventtrediffrent.onauradoncuncourantgalla sommedescourantsdechaquemodulealorsquelatensionseracelledumodule(: Association en parallle de Np cellules identiquesDansLecasouunmoduledfectueuxexisteauniveaudelachaneparallle,les autres modules de la branche dissiperont de la puissance dans ce module. Pour remdier ce problme,onplaceensrieavecchaquemoduleunediodepolariseeninverseetonajoute tour en srie avec la branche des modules parallles (figure19Page 36 : Elimination de l'influence de la cellule dfaillante, cas srie Dans un tel montage, les modules doivent avoir la mme tension de circuit ouvert et diffrent.onauradoncuncourantgalla sommedescourantsdechaquemodulealorsquelatensionseracelledumodule(Figure cellules identiques dfectueuxexisteauniveaudelachaneparallle,les autres modules de la branche dissiperont de la puissance dans ce module. Pour remdier ce problme,onplaceensrieavecchaquemoduleunediodepolariseeninverseetonajoute parallles (figure19).UHBCHPage 37 Figure II.21- Elimination de l'influence de la cellule dfaillante, cas en parallle. II.6.3- Association mixte : Sipouruneapplicationdonneilestncessairedefaireaugmenterlecourantetla tension dlivre par les cellules solaires, on ralise un groupement mixte ou groupement srie parallle.Onparleradanscecasdemoduleetdepanneauxsolaires.Unpanneausolaireest par dfinition un ensemble de modules regroups selon un montage mixte, le module tant sontourcomposdunensembledecellulesmontsgnralementensrie.Ilestpossible dutiliserunmontagedeNCcellulesidentiquesensriesurunmodule,NSPnombrede branche(placesenparallle)etNMSnombredemodulesparbrancheLacourbede fonctionnementdecetteassociationestunecourbesemblablecelledelacelluledebase, obtenue en modifiant les chelles sur les deux axes. La puissance PM dun module sexprime enwatt-crteetcestpardfinitionlapuissancefournieparlemodulesachargeoptimale sous un clairement de 1KW/m et une temprature de 28C. La puissance totale disponible Pt, dans ces conditions, est gale : PT = N MSNSPPM (II.4) La rsistance optimale est donne par : Ropt = (NMS/NSP) Roptm (II.5) O Roptm est la rsistance optimale du module dans les mmes conditions. UHBCH Figure II.22- Association mixte de N II.6.4- Les diodes de by-pass (protection)Ilarrivefrquemmentquelescelluleslmentairesquicomposentlemodulene prsentent pas toutes lamme courbecaractristique au mme moment.Les raisons peuvent tremultiples:varitinvitabledefabrication,dfaillance,diffrencedclairementoude temprature (dues par exemple un ombrage non uniforme du module, un encrassement,).Sous certaines conditions, la cellule la plus faible peut alors se comporter comme une cellule rceptrice, dissipant la puissance gnre par la cellule la plus forte. Celledtruite si la contrainte ou la tempPour viter ce phnomne, on place des diodes de byinverses). Celles-ci sont places en srie lorsque les cellules sont connectes en parallle et enparallle lorsque les cellules sont Lesmodulesaujourdhuicommercialisscomprennentgnralementdesdiodesde protection situes en parallle des diffrents strings qui le composent. Figure II.Association mixte de NSP branches et de NMS module composs de Ncellules identiques. pass (protection) : Ilarrivefrquemmentquelescelluleslmentairesquicomposentlemodulene prsentent pas toutes lamme courbecaractristique au mme moment.Les raisons peuvent invitabledefabrication,dfaillance,diffrencedclairementoude temprature (dues par exemple un ombrage non uniforme du module, un encrassement,).Sous certaines conditions, la cellule la plus faible peut alors se comporter comme une cellule eptrice, dissipant la puissance gnre par la cellule la plus forte. Celletemprature devient trop importante. Pour viter ce phnomne, on place des diodes de by-pass (empchant tout courant ou tension ci sont places en srie lorsque les cellules sont connectes en parallle et ensont connectes en srie.Lesmodulesaujourdhuicommercialisscomprennentgnralementdesdiodesde situes en parallle des diffrents strings qui le composent. Figure II.23- Les diodes de protection Page 38 module composs de NC Ilarrivefrquemmentquelescelluleslmentairesquicomposentlemodulene prsentent pas toutes lamme courbecaractristique au mme moment.Les raisons peuvent invitabledefabrication,dfaillance,diffrencedclairementoude temprature (dues par exemple un ombrage non uniforme du module, un encrassement,). Sous certaines conditions, la cellule la plus faible peut alors se comporter comme une cellule eptrice, dissipant la puissance gnre par la cellule la plus forte. Celle-ci peut mme tre pass (empchant tout courant ou tension ci sont places en srie lorsque les cellules sont connectes en parallle et en Lesmodulesaujourdhuicommercialisscomprennentgnralementdesdiodesde UHBCH Lutilisationdecesbycaractristique, modifiant le point de puissance maximal du Figure II.Pour ne pas induire inutilement ces pertes, il est donc trs important que ces diodes de by-pass soient utilises et places en cohrence avec les du module. II.7-Les modules photovoltaques :Le module photovoltaque est un ensemble de cellules interconnectes entre elles pour obtenir le courant et la tension souhaits.Lemodulestandardcommercialis,connectant36cellulescristallinesensriepourdes applications en 12 V, a gnralement une tension vide suprieure 20 V et le point optimal defonctionnementestauvoisinagede16V25C.Maislatempraturedumodulesous rayonnementestsouventsuprieure40C,etlesperformancesdescellulessontrduites. On compte en gnral par cellule une baisse de 2 mV/C, soit 72 mV/C pour les modules de 36cellules.Latensiondumoduletombealorsaualentoursde14Vcequiestidalpourla charge dune batterie. II.7.1-Caractristiques nominales des modules PVLutilisationdecesby-passinduitnanmoinsdesperturbationsdelacourbe caractristique, modifiant le point de puissance maximal du module : Figure II.241-effet de diodes de protection Pour ne pas induire inutilement ces pertes, il est donc trs important que ces diodes de pass soient utilises et places en cohrence avec les ombres gnres par lenvironnement Les modules photovoltaques : Le module photovoltaque est un ensemble de cellules interconnectes entre elles pour obtenir le courant et la tension souhaits. Lemodulestandardcommercialis,connectant36cellulescristallinesensriepourdes nralement une tension vide suprieure 20 V et le point optimal defonctionnementestauvoisinagede16V25C.Maislatempraturedumodulesous rayonnementestsouventsuprieure40C,etlesperformancesdescellulessontrduites. en gnral par cellule une baisse de 2 mV/C, soit 72 mV/C pour les modules de 36cellules.Latensiondumoduletombealorsaualentoursde14Vcequiestidalpourla Caractristiques nominales des modules PV : Page 39 passinduitnanmoinsdesperturbationsdelacourbe Pour ne pas induire inutilement ces pertes, il est donc trs important que ces diodes de gnres par lenvironnement Le module photovoltaque est un ensemble de cellules interconnectes entre elles pour Lemodulestandardcommercialis,connectant36cellulescristallinesensriepourdes nralement une tension vide suprieure 20 V et le point optimal defonctionnementestauvoisinagede16V25C.Maislatempraturedumodulesous rayonnementestsouventsuprieure40C,etlesperformancesdescellulessontrduites. en gnral par cellule une baisse de 2 mV/C, soit 72 mV/C pour les modules de 36cellules.Latensiondumoduletombealorsaualentoursde14Vcequiestidalpourla UHBCHPage 40 LatensiondecircuitouvertmesureauxbornesdelacellulePVauxconditions de fonctionnement standard, VCO (V) Volt.Lintensit de court-circuit mesure aux bornes de la cellule PV aux conditions de fonctionnement standard, ICC (A) Ampre. Notes:Lerendementdumoduleestlerendementdunecellulediminuparlespertesdues auxconnexionsdescellulesentreelles,latransparencedesmatriauxdencapsulation,et ventuellementlachutedetensiondansladiode anti-retour lorsquilfautprotgerla batterie dune ventuelle dcharge nocturne. II.8-Conclusion : Ce chapitre nous a permis dexplorer le principe de la conversion photovoltaque et de voir la raction des pv vis--vis la variation des paramtres. UHBCHPage 41 Systme de poursuite du soleil UHBCHPage 42 III.1- Introduction : Lorientationdescapteursestunproblme importantdans lutilisationdescapteurs rayonnementconcentr.Eneffet,leprincipemmedelaconcentrationsupposequele rayonnement parvienne la surface rflchissante dans une direction dtermine.Puisquelapositionapparentedusoleilparrapportunpointdecaptationest constammentvariablelchelledunejourne,nousseronsdoncobligsdemodifier constamment la position duconcentrateurafin desuivre celledusoleil en utilisantun systme depoursuite automatique. III.2- Position du soleil par rapport un observateur : Lnergiesolairequereoitunesurfaceestrgieuniquementpardeslois astronomiquesetgomtriques.Cesderniresfaisantintervenirlalatitudedelieu,la dclinaison solaire,lheuredujouretenfinlorientationdelasurfacerceptrice.La position du soleildpenddutempssolaire,dunumrodujouretdelanne,elleestexprimepar diffrents angles : III.2.1- Angle de znith :Cestlangleentrelaverticaledunesurfaceestunrayondusoleil,ilestdonnpar lquation suivante : 0z= cos-1( sin sin +cos cos cos w )(III.1) : dclinaison solaire. : latitudedu lieu.w : angle horaire. III.2.2- Angle dazimut :[1] Cestlanglesurleplanhorizontalmesurpartirdusudaveclaprojection horizontale des rayons directs du soleil. Il est galement donn comme angle entre le mridien localetlaprojectiondelalignedelavuedusoleildansleplanhorizontal,dfinipar lquation suivante: ys= ocwonsyso+[1-ycwyns2 os 18u0(III.2) yso= sin-1[sInwcos sIn0z (III.3) ocw= ]1 si |w| wcw-1 outrcmcnt

(III.4) UHBCHPage 43 ons= ]1 si( - ) u-1 outrcmcnt

(III.5) ow=]1 si wu-1 outrcmcnt

(III.6) wcw=cos-1(cos tan) (III.7) III.2.3- Angle extrieur dazimut (g ) : Cest langle mesur partir du sud sur le plan horizontal avec la projection horizontale de la normale sur la surface, il est galement donn comme angle entrele mridien local et la projection horizontale de la normale avec la surface.III.2.4- Angle dincidence [1] Cest langle entre le rayon solaire direct et la normale extrieure du la surface du plan, il est donn par lquation suivante : 0 = cos-1|cos 0z+sin0zsin cos(ys-)](III.8) 0z: Angle de znith. : inclinaison dusurface. : angle dazimut.ys : Angle extrieur dazimut. Figure III.1- Position du soleil par rapport une surface incline UHBCHPage 44 III.3- Orientation de la surface : Laposition dusoleildans le cielchangetoutaulongdujour et de lanne. Pour une surface:Suivrelemouvementapparentdusoleilquivautorientercettesurfaceparla rotation de ses axes. III.3.1- Rotation suivant un axe : Certainstypesdecollecteurconcentration fonctionnentavec larotationautourdun seul axe, il existe deux modes : III.3.1.1- Axe vertical et inclinaison fixe de la surface :[1] Cemodeutiliseunesurfaceorientableavecunepenteextrieurefixeetlangle extrieurdazimutvariable tournantautourd'unaxeverticalcommemontrsurlaFigure II.2. Pour ce cas, le rayonnement solaire est maximum quand=ys . Figure III.2- Orientation dune surface (axe vertical) III.3.1.2-Axe horizontal, surface parallle l'axe :[1] Pourcedeuximemode,lasurfacetourneautourd'unaxesimplequiesttoujours parallle la surface. Pour un axe horizontal, linclinaison extrieure de la surface est donne par : = tan-1(tan0z cos( -ys)) (III.9) o l'angle extrieur d'azimut est donn par : = i+9u0si ys-i u (III.10) = i+9u0si ys-i< u (III.11) Silasurfacetournantautourd'unaxesimplequiesttoujoursparalllelasurfacemais n'estpasverticalouhorizontal,langleextrieurdazimutet lapentedelasurfacechange avec le temps. = i+tan-1jsIn0z sIn (y-y|)sIn0sIn[(III.12) UHBCHPage 45 = tan-1_tancos(-')_ (III.13) Figure III.3- Orientation dune surface (axe horizontal) III.3.2- Rotation suivant deux axes : Lecollecteurtournantautourdedeuxaxes(bi-axiales),danscecaslouverturedu collecteurseratoujoursnormaleausoleil,parconsquentl'angled'incidenceestzrotoutle long de la journe (cos = 1).Ceci est dfini par : = ys(III.14) et = 0z(III.15) Cetterotationesttoujoursexige pourdescollecteursqui suivent ledplacementdu soleiltoutmomentdelajourne.Celasignifiequelecollecteurdevratreplacsurune monture permettant de suivre le mouvementdu soleil. UHBCHPage 46 III.4- Diffrents types de montures : III.4.1- Monture altazimutale : La monture altazimutale est mobile autour de deux axesperpendiculaires, lun vertical, lautre horizontal. Le panneau solaire tourne autour dun axe horizontal port par une monture quiellemmetourneautourdunaxevertical.Cesystmeestcourammentutilispourles radars,lescinthodolites,lescanonsanti-ariens.Larotationautourdelaxehorizontal assurelapoursuiteenhauteur(dehautenbas),endautrestermeslanormaleducapteur solaire suit la hauteur angulaire du soleil. Alors que lautre axe assure le dplacement en azimut (de gauche vers la droite). Cette disposition trs simple ne pose pas de problmes mcaniques particuliers. Lesmouvementsenhauteuretenazimutsontdifficilescoordonneretlecotdusystme estexorbitantcausedel'apportdedeuxmoteurs,doncduneconsommationennergie beaucoup plus importante. Figure III.4- Monture altazimutale UHBCHPage 47 III.4.2- Monture quatoriale Lamonturequatorialeestlamontureidalepourassurerunsuivisidral.Elle emploieunerotationautourdunaxeparallle laxepolaireduglobeterrestre(mouvement enanglehoraire)etunaxeorthogonalauprcdent(mouvementendclinaison).Cette solutionestplusdlicatesurleplanmcanique,maislemouvement autourdelaxe polaire est pratiquement uniforme au coursde la journe. Donc la poursuite du soleilest grandement facile. Figure III.5- Monture quatoriale UHBCHPage 48 III.5-comparaison entre un systme pv fixe et un systme mobile : Au cours dune journe compltement ensoleille, un systme de 1 kWp bien orient produit5,5kWhdnergie,alorsquelemmesystmeavecsuiveurdanslesmmes conditions densoleillement produit 11 kWh dnergie. Figure III.6- diagramme de comparaison entre la production avec suiveur et la production avec systme fixe III.6- Conclusion Le rle de notre systme de poursuite consiste contrler le mouvement du suiveur de soleiletlecommanderparunprogrammeinformatiquebasedemicrocontrleur.Le s ui veur vatreorientpoursuivreautomatiquementlesoleilsuivantunetrajectoirebien dtermine. Limportance de ce systme est de capter le maximum de rayonnement solaire. Le systme avec suiveur de soleil donne des rsultats amliors par rapport un systme avec structure fixe UHBCHPage 49 Realisation UHBCHPage 50 IV.1-Introduction : Apresavoirtudileslaconversionphotovoltaqueetlesdiffrentesstructures mcaniques possibles nous avons opt pour la structure altazimutale quenous allons raliser etprogrammersacommandeenutilisantlemicrocontrleurprogrammaveclelangage microC IV.2-Schma Synoptique : Figure IV.1- Schma synoptique dun suiveur solaireCapteurstructure mecaniquemoteur d'elevation moteur d'azimutcarte de puissanceIsolation galvaniquecate de traitementUHBCHPage 51 IV. 3-ralisation du suiveur solaire : Notre ralisation peut tre dcompose en deux parties :Partie mcanique Partie lectronique IV. 3.1-Partie mcanique : Pourquelaproductionphotovoltaquesoitmaximale,lesrayonsprovenant directement du soleil doivent avoir un angle dincidence gal 90.Le pointage du panneau estdoncoptimallorsquelanormaleauplandupanneau,ensoncentre,estdirigeversle soleil

Figure IV.2-schma de fonctionnement du suiveur UHBCH IV. 3.1.1-Description de la structureFigure IV.3Notre structure mcanique est constitue de deux parties mobiles. Une partie sur ladhorizonpourlavariationdlvationdupanneauparrapportausoleilet laxe verticale pour la variation Description de la structure : Figure IV.3- structure mcanique ralise Notre structure mcanique est constitue de deux parties mobiles. Une partie sur ladlvationdupanneauparrapportausoleilet laxe verticale pour la variation dazimut du panneau. Page 52 Notre structure mcanique est constitue de deux parties mobiles. Une partie sur laxe dlvationdupanneauparrapportausoleiletlautrepartiesur UHBCHPage 53 IV. 3.1.2-Orientation laxe horizon (lvation) : La variation dlvation est base sur un vrin lectrique Figure IV.4- vrin du contrle dlvation Llvationminimaledusoleilestobtenuesonleveretsoncoucheretgale0 (Horizon). Llvation maximale du soleil est fonction de la latitude du lieu dinstallation. Enfait,danslaconfigurationdorigine,lesfinsdecourseduvrindlvationsont rgles par rapport llvation max et min du soleil. lvationmindupanneau=latitudedulieu(CHLEF=36.10)lorsquelatigedu vrin est compltement rentre. lvation max du panneau = 90) lorsque la tige du vrin est compltement sortie. UHBCHPage 54 IV. 3.1.3-Orientation laxe vertical (lazimute) : Figure IV.5- moteur de contrle dazimut Lemouvementenaxedazimutestenuneanglede180.Aumatinde-900etaprsmidide090.Ilfautorienterlemilieudelangledemouvementsurlaxevertical vert le sud o lazimut=0. Lemplacement de la fin de course est au -90 et +90 du point milieu. IV. 3.1.4-Chois demplacement du capteur : Ilfautquelescapteurssontposssurlemmeplandupanneausolairepourquele lclairement soit le mme sur les deux. Figure IV.6-positionnement du capteur UHBCHPage 55 IV.3.1.5-Chois du moteur lectrique : NousavonschoisiunvrinlectriquebasedumoteurDCpourlaxehorizontal cause du poids du panneau et en axe vertical un moteur DC rducteur avec une chaine cause de sa commande trs simple.

IV.3.1.6-les vrins lectriques : Lesvrinslectriquesutilisentleprincipedelatransformationdunmouvementde rotationcrparunmoteurlectriqueenunmouvementdetranslationgrceunsystme mcaniquedetransformationdemouvement.Lavitesselinairedelatigeduvrindpend doncdelavitessederotationdumoteuretdupasdusystmedetransformationde mouvement. La force de entre et sortie de la tige et trs grande. IV. 3.1.7-Le moteur courant continue : Nous avons choisi un moteur DC aimant avec un rducteur parce quil est disponible au march. IV. 3.1.7.1- GENERALITES : Les moteurs courant continu excitation spare sont encore utiliss assez largement pour l'entranement vitesse variable des machines. Trs facile miniaturiser, ils s'imposent dans les trs faibles puissances. Ils se prtent galement fort bien la variation de vitesse avec destechnologieslectroniquessimplespourdesperformanceslevesetjusqu'des puissances importantes. Leurs caractristiques permettent galement une rgulation prcise du couple, en moteur ou en gnrateur. Leur vitesse de rotation nominale est adaptable aisment parconstructiontouteslesapplications,carellen'estpaslielafrquencedurseau.Ils sontenrevanchemoinsrobustesquelesmoteursasynchronesetncessitentunentretien rgulier du collecteur et des balais. IV. 3.1.7.2- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT : L'application par excellence de la loi de Laplace est le moteur courant continu. Cette loiaffirmequel'actiond'unchampmagntiquesurunconducteurtraversparuncourant, produit une force, cette force engendre un couple qui fait tourner le moteur. UHBCHPage 56 IV. 3.1.7.3- BILAN DE PUISSANCE : Figure IV.7-schma du bilan de puissance du moteur DC IV. 3.2-Partie lectronique : Aprs que nous avons dcri le principe et la constructionde systme mcanique, nous allonsmaintenantentamerlapartielectroniquequivatraitertoutlesystme.Commenons toutdabordparunedescriptionthoriquedesdiffrentscomposantsquonautilisspour pouvoir raliser notre carte de traitement. IV. 3.2.1-Le bloc dalimentation :Destransformateursnousfournidestensionsde6vetde12vquiestredresseparle pontdediodesetfiltreparlescondensateurs.Cettetensionestensuitergule5vpar rgulateur 78L05 et 12v par rgulateur 78L12, On obtient : lasortiedurgulateurunetensionde5vassezstablepournepasperturberle circuit de commande.la sortie du rgulateur une tension de 12 v assez stable pour le relais. IV. 3.2.2-Chois du capteur de lumire : Nousavonsutilisuncapteurbasedelaphotorsistancepourrduireleprixde revient,etsimplifierlefonctionnement.Leprincipequenousavonsadoptestclassique,il consistecontrlerl'galitd'clairementde4dtecteursrpartisdansles4quadrantsdeux capteur du laxe horizontal et les deux autres sur laxe vertical. IV. 3.2.2.1- La photorsistance: IV. 3.2.2.1.1- Dfinition :Les capteurs de lumire sont des composants qui ralisent la conversion d'un signal lumineux en signal lectrique.UHBCHPage 57 Figure IV.8-: Schma dun capteur de lumire IV. 3.2.2.1.2-Fonctionnement : Unephotorsistanceestuncomposantlectroniquedontlarsistivitvarie(souvent unediminution)enfonctiondel'augmentationdelumirequil'atteint.Onpeutgalementle nommer rsistance photo-dpendante (light-dpendent rsistor (LDR)) ou photoconducteur.Unephotorsistanceestcomposed'unsemi-conducteurhautersistivit.Sila lumireincidenteestdefrquencesuffisammentleve,lesphotonsabsorbsparlesemi-conducteurdonnerontauxlectronslisassezd'nergiepoursauterdanslabandede conduction,leslectronslibres(avecleurstrousd'lectron)ainsiproduitsabaissantla rsistance de l'ensemble. IV. 3.2.2.1.3-Ralisation du capteur : Le montage est bas sur un deviseur de tension : Figure IV.9-Branchement de rsistance LDR en diviseur de tension Iout=1000010000+RLDR In(IV.1) UHBCH In : Tension dalimentation du capteur (5v)RLR : Rsistance du LDR Iout : Tension de la sortie du capteur (dpend de la lumire)Les 4 capteurs sont poss sur le mme planIV. 3.2.3.-Carte de puissanceFigure IV.10Figure IV.1 dalimentation du capteur (5v): Tension de la sortie du capteur (dpend de la lumire) Les 4 capteurs sont poss sur le mme plan Carte de puissance : 10-schma de carte de puissance en logiciel isisFigure IV.11-circuit imprim de la carte de puissancePage 58 isis circuit imprim de la carte de puissance UHBCHPage 59 Figure IV.12- La carte de puissanceMaintenanttudionsdeplusprslesdiffrentscomposantsquiconstituesnotrecarte lectronique. IV. 3.2.3.1-Les Constituants de la carte de puissance : IV. 3.2.3.1.1-Les optocoupleur pc123 : Figure IV.13-L optocoupleur Le pc123 est un optocoupleur qui permet le transfert d'informations entre Deux parties lectroniquesisolesl'unedel'autred'unpointdevuelectrique.LaPremirepartieestun metteur,etlasecondepartieestunrcepteur.L'metteurProduitdoncdelalumire,etle rcepteur, qui est sensible la lumire mise par l'metteur, ragit plus ou moins en fonction de la quantit de lumire reue. CecomposantisolelectriquementdeuxpartieslectroniquesoulectriquesEntre elles,ilsagitduneisolationgalvanique.EneffetlestensionsmisesenjeuxneSonpas compatibles de part et d'autre, il y a une partie commande qui est aliment En 5V et un circuit puissance aliment en 12V. IV. 3.2.3.1.2-ULN2803A : UHBCHPage 60 ULN2803Aestcomposantlectroniqueabasedutransistor,elleestcomposdu transistorbipolaireenmontageDarlingtonavecunmetteurcommunetdesdiodederoue libre pour les charges inductives. Figure IV.14- LULN 2803A IV. 3.2.3.1.3-Relai lectromagntique : IV. 3.2.3.1.3.1- DfinitionCommesonnomlindique,ilsertfaireunetransitionentreuncourantfaibleetun courant fort. Mais il sert galement commander plusieurs organes simultanment grce ses multiplescontactssynchroniss.Ilpermetgalementlatransitionentredeuxsources diffrentes en isolant ces dernires.IV. 3.2.3.1.3.2- ConstitutionUn relais " standard " est constitu dune bobine ou solnode qui lorsquelle est sous tension attire par un phnomne lectromagntique une armature ferromagntique qui dplace des contacts, voir figure ci-dessous.

Figure IV.15- relais lectromagntique IV. 3.2.3.1.3.3- Caractristiques : Un relais est caractris par : UHBCHPage 61 La tension de sa bobine de commande, 12V.Le pouvoir decoupure de ses contacts, qui estgnralement exprim enAmpre, 15A max.Son emplacement, circuit imprim, visser, embrochable, souder.Le type de courant de sa bobine, en gnral du continu.IV. 3.2.3.1.3.4- Contacts : On appelle contact, les parties mtalliques qui transmettent ou interrompent le courant en fonction de la commande de la bobine. Comme nous lavons vu ci-dessus, il existe diffrentes sortes de contacts. Contact inverseurs, cest dire quils peuvent partir dun point commun C, tablir un contact R lorsque le relais est au repos, qui deviendra T lorsque le relais sera alimentUn contact tabli sans action est appel contact Normalement Ferm : NF. Un contact tabli avec action est appel contact Normalement Ouvert : NO. IV. 3.2.4-Carte de traitement : Figure IV.16- schma de carte de traitement souslogiciel Isis UHBCHPage 62 Figure IV.17- circuit imprim de la carte de traitement Figure IV. 18 -carte de traitement UHBCHPage 63 IV. 3.2.5-pic16f877A : Figure IV.19- LE PIC 16F876/877 IV. 3.2.5.1-Dfinition: Une PIC nest rien dautre quun microcontrleur, cest dire une unit de traitement delinformationdetypemicroprocesseurlaquelleonaajoutdespriphriquesinternes permettant de raliser des montages sans ncessiter lajout de composants externes. La dnomination PIC est sous copyright de Micros hip, donc les autres fabricants ont t dans limpossibilit dutiliser ce terme pour leurs propres microcontrleurs. LesPICssontdescomposantsditsRISC(RducInstructionsConstructionSet),ou encorecomposantjeudinstructionsrduit.Sachonsqueplusquenrduitlenombre dinstructions,plusfacileetplusrapidequenestledcodage,etplusvitelecomposant fonctionne. Lhorloge fournie laPIC est pr divis par 4 au niveau de celle-ci. Cest cette base de temps qui donne le temps dun cycle. Sionutiliseparexempleunquartzde4MHz,onobtientdonc1000000de cycles/seconde, or, comme la PIC excute pratiquement une instruction par cycle, hormis les sauts, cela donne une puissance de lordre de 1MIPS (1 Million dInstructions Par Seconde). UHBCHPage 64 IV. 3.2.5.2-Les diffrentes familles des PICs : Il y en a trois grandes familles de PICs : -La famille Base Line, qui utilise des mots dinstructions de 12 bits. -LafamilleMid-Range,quiutilisedesmotsde14bits(etdontfontpartiela16F84et 16F877). -La famille High-End, qui utilise des mots de 16 bits. Toutes les PICsMid-Range ont un jeu de 35 instructions, stockent chaque instruction dans un seul mot de programme, et excutent chaque instruction (sauf les sauts) en un cycle. Onatteintdoncdestrsgrandesvitesses,etlesinstructionssontdeplustrsrapidement assimiles. IV. 3.2.5.3-Les avantages du microcontrleur : Lutilisation des microcontrleurs pour les circuits programmables plusieurs points forts et bienrels.Ilsuffitpoursenpersuader,dexaminerlaspectaculairevolutiondeloffredes fabricants de circuits intgrs en ce domaine depuis quelques annes. Nous allons voir que le nombre dentre eux dcoule du simple sens. -Toutdabord,unmicrocontrleurintgredansunseuletmmebotiercequi,avant ncessitaitunedizainedlmentsspars.Ilrsultedoncunediminutionvidentede lencombrement de matriel et de circuit imprim -Cette intgration a aussi comme consquence immdiate de simplifier le trac du circuit imprimpuisquilnestplusncessairedevhiculerdesbusdadressesetdedonnedun composant un autre. -Laugmentationdelafiabilitdusystmepuisque,lenombredescomposantsdiminuant,lenombredesconnexionscomposants/supportsoucomposants/circuitsimprimer diminue.-Le microcontrleur contribue rduire les cots plusieurs niveaux-Moins cher que les autres composants quil remplace. -Diminuer les cots de main duvre. -Ralisation des applications non ralisables avec dautres composants. IV. 3.2.5.4-Structure d'un PIC : LesPIC,aummetitrequelesmicroprocesseurs,sontcompossessentiellementde registres ayant chacun une fonction bien dfinie.Les lments essentiels du PIC 16F877A sont : Une mmoire programme de type flash de 8Kmots de 14 bits,Une RAM donne de 368 octets,UHBCHPage 65 Une mmoire EEPROM de 256 octets. Trois ports d'entre sortie, A (6 bits), B (8 bits), C (8 bits),D(8 bits), E(3 bits). Convertisseur Analogiques numriques 10 bits 8 canaux. USART, Port srie universel, mode asynchrone (RS232) et mode synchrone . SSP, Port srie synchrone supportant I2C.Trois TIMERS avec leurs Prescalers, TMR0, TMR1, TMR2.Deux modules de comparaison et Capture CCP1 et CCP2.Un chien de garde.1sources d'interruption.Gnrateur d'horloge, quartz (jusqu 20 MHz) ou Oscillateur RC. Protection de code . Fonctionnement en mode sleep pour rduction de la consommation.Programmation par mode ICSP (In Circuit Serial Programming) 12V ou 5V.Possibilit aux applications utilisateur daccder la mmoire programme.Tension de fonctionnement de 2 5V.Jeux de 35 instructions. Figure IV.20- Architecture interne du PIC 16F877A IV. 3.2.5.5-Choix du microcontrleur : Ce PIC dispose de 35 instructions de base et de 4 sources dinterruptions : Interruption externe commune avec la broche RB0. Interruption due au TIMER. UHBCHPage 66 Interruptionsur changement dtat des broches de port RB0 RB1. Interruptionde fin dcriture en EEPROM. Le choix dun microcontrleur est important car cest de lui que dpendent en grande partielesperformances,lataille,lafacilitdutilisationetleprixdumontage.LePIC 16F877,possdeplusdeportsquelesPICs(16F876et16F84),cequiaugmentedautantle nombre dentres/sorties disponibles, il dispose de 33 lignes dentres/sorties reparties en cinq ports : Un port A de 6 bits (RA0 RA5). Un port B de 8 bits (RB0 RB7). Un port C de 8 bits (RC0 RC7). Un port D de 8 bits (RD0 RD7). Un port E de 3 bits (RE0 RE2). IV. 3.2.6- loscillateur : Lhorloge est un systme qui peut treralise soitavec un QUARTZ(a), soit avec unehorlogeextrieur(b),soitavecuncircuitRC(c), danscedernierlastabilitdumontage est limite. LafrquencemaximaledutilisationvadpendredeMicrocontrleurutilis.Lesuffixe indiqu sur le botier donne la nature de lhorloge utiliser et sa frquence maximale. Figure IV.21- loscillateur UHBCHPage 67 IV. 3.2.7- Le module de conversion A/N : Figure IV.22-le module de CNA Cemoduleestconstitud'unconvertisseurAnalogiqueNumrique10bitsdont l'entreanalogiquepeuttreconnectesurl'unedes8entresanalogiquesexternes.Ondit qu'onaunCAN8canaux.Lesentresanalogiquesdoiventtreconfiguresenentre l'aidedesregistresTRISAet/ouTRISE.Lchantillonneurbloqueurestintgr,ilest constitu dun interrupteur dchantillonnage et dune capacit de blocage de 120 pF.Les tensions de rfrences permettant de fixer la dynamique du convertisseur. Elles peuventtre choisies parmi Vdd, Vss, Vr+ ou Vr- IV. 3.2.7.1-Configuration du registre dadcon : Le control du module se fait par les deux registres ADCON0 et ADCON1 ADCON0Tableau IV.1-Registre ADCON0 ADCS1:ADCS0 : Choix de l'horloge de conversion donc du temps de conversion00 : Fosc/201 : Fosc/810 : Fosc/3211 : Oscillateur RC ddi au CANCHS2:CHS0 : choix de l'entre analogique000 = chaine 0, (RA0)001 = chaine 1, (RA1)UHBCHPage 68 010 = chaine 2, (RA2)011 = chaine 3, (RA3)100 = chaine 4, (RA5)101 = chaine 5, (RE0)110 = chaine 6, (RE1)111 = chaine 7, (RE2) GO/DONE:Uneconversiondmarrequandonplacecebit1.Alafindela conversion,ilestremisautomatiquementzro.Cebitpeutaussitrepositionn automatiquement par le module CCP2.ADON : Ce bit permet de mettre le module AN en service ADCON1 Tableau IV.2- Registre ADCON1 ADFM : justification droite ou gauche du rsultat dans les registre ADRESH et ADRESLADRESHADRESL1 : justifi droite000000XX XXXXXXXX0 : justifi gaucheXXXXXXXX XX000000PCFG3:PCFG0:configurationdesE/Setdestensionsderfrences.Les5brochesde PORTAetles3dePORTEpeuventtreconfigurssoitenE/Sdigitales,soitenentres analogiques RA2. Et RA3 peuvent aussi tre configures en entre de rfrence. Tableau IV.3-configuration des entries analogique IV. 3.2.7.2-Droulement dune Conversion : LePICdisposedunchantillonneurbloqueurintgrconstitud'uninterrupteurS, d'unecapacitdemaintienC=20pFetdunconvertisseurAnalogiquenumrique10bits. Pendantlaconversion,latensionVel'entreduconvertisseurA/Ndoittremaintenue UHBCHPage 69 constante.Audpartilfautcommencerparfairelacquisitiondusignalenfermant linterrupteur S, ceci se fait laide du registre ADCON0, soit au moment de la validation du module par le bit ADON soit aprs un changement de canal si ADON est dj positionn.Aprslafindelacquisition,onpeutdmarreruneconversionenpositionnantlebit GO_DONE,l'interrupteurSsouvrepourassurerleblocagedelatension.Laconversion commence,elleestraliseen12TAD,lafin,lebitGO_DONErepasse0,ledrapeau ADIF passe 1 et le rsultat est charg dans les registres ADRESL et ADRESH. Le module met 2 TAD supplmentaires pourfermer l'interrupteur S ce qui dmarre une nouvelle phase dacquisitionpendantlaquellelatensionVerejointlatensionanalogiqued'entreVa.Letempsd'acquisitiondpenddelaconstantedetempsRC,Rtantlasommedesrsistances entrelemoduledeconversionetlasourcedelatensionanalogique.Aprslafinde lacquisition, on peut dmarrer une nouvelle conversion et ainsi de suite. Figure IV.23-conversion analogique numirique IV. 3.2.7.3-Temps de conversion : Le temps de conversion est gal 12 TADTAD est le temps de conversion d'un bit, il dpenddelafrquenceduquartzetduprdiviseur(div)choisi:TAD=divx1/fosc.Le choix de div doit tre ajust pour que TAD soit 1,6 s Tableau IV.4-Temps de conversion d'un bit TAD (les cases grises sont hors plage dutilisation) Avec un quartz de 4 MHz, il faut choisir div=8 ce qui donne TAD = 2 sSoit un temps de conversion : TCONV = 24 s UHBCHPage 70 IV. 3.2.7.4-Temps d'acquisition : Temps d'acquisition = TACQ= Tc + CT +2 s (IV.2) Tc: temps de charge du condenseur = (Ric+Rss+Rs) C Ln(2047)Ric = Rsistance dinterconnexions, elle est infrieure 1kRss=RsistancedulinterrupteurS(Samplingswitch),elledpenddelatension dalimentation Vdd. Elle est gale 7k pour Vdd=5V Rs : Rsistance interne de la source du signal analogique. Micro chip recommande de ne pasDpasser 10 kC : Capacit de blocage = 20 pFCT : Coefficient de temprature = (Tp -25C) 0.05 s/C (IV.3) Tp = Temprature Processeur, voisine de 45C en temps normal IV. 3.2.7.5-Frquence d'chantillonnageSi on veut chantillonner un signal variable, La priode d'chantillonnage Te doit tre suprieur ou gale Temin = TCONV + 2 Tad + TACQAvec lexemple prcits, on aura la priode dchantillonnage min Temin = 24 + 2 + 12 = 38 s La frquence dchantillonnage max est doncfe max = 1/Temin = 25 kHz SiontientcomptedelargledeShannon(fe>2fmax),onconstatequelonpeut chantillonnerdes signaux dont la frquencene dpasse pas 12 KHz. QuelleestlarelationentrelatensionanalogiqueconvertieetlenombreNrecueilli dans le registreADRES ?Si on note :Q = pas de quantification = (Vref+ - Vref-)/1024 (IV.4) Va = tension analogique convertirN = valeur numrique obtenue, N = valeur entire de (Va Vref-) / Q(IV.5) Avec Vref- = masse, on obtientN = int (Va / Q) (IV.6) IV. 3.2.7.6-Etape du lecture une antrie analogique : 1)SidesentredePORTEsontutilises,leconfigurerenmodenormall'aidedubit PSPMODE2)Configurer les E/S en Analogique/Numrique/Rfrence (ADCON1)3)Configurer les entres analogiques en entres (TRISA, TRISE)4)Dfinir l'horloge de conversion l'aide du diviseur DIV dans ADCON05)Choisir le canal convertir et valider le module (ADCON0)6)Attendre le temps dacquisition (12 s )UHBCHPage 71 7)Lancer la conversion, GO = 1 (ADCON0)8)Attendre fin de conversion, GO = 0 ou drapeau ADIF=19)Traiter le rsultat10) Si l'on dsire prendre d'autres mesures, recommencer au point 7 en faisantattentionauxTimings IV. 3.2.8-Programmation du pic : IV. 3.2.8.1-organigramme : Figure IV.24- logigramme de programme du pic IV. 3.2.8.2-programme du pic en MicroC : Le programme du pic est ecrit et compil par le logiciel microC lire analogique A0lire analogique A1lire analogique A2lire analogique A3Delai 10MnDebutCorection des donnesi A0=/=A1ou A2=/=A3si A0=/=A1si A2=/=A3si A0>A1si A2>A3portd.f0=0portd.f1=1portd.f2=0portd.f3=1portd.f0=1portd.f1=0portd.f2=1portd.f3=0si portc.f1=0 si portc.f0=0 si portc.f3=0 si portc.f2=0portd.f0=1portd.f1=0stopportd.f0=0portd.f1=0stopportd.f0=1portd.f1=0stopportd.f0=1portd.f1=0stopouiouinonnonnonn nonoui ouiouinonnonouinonouinonouiFinportD=0aretez les 2 moteurnonUHBCHPage 72 Figure IV.25-programme crit sous logiciel microC IV. 3.2.8.3-Simulation en isis : Figure IV.26- simulation en logiciel Isis La simulation en Isis indique que notre montage sa marche sans problme. Maintenant aprs la simulation nous allons tester notre suiveur en labo. IV. 4.Test et Problmes rencontrs : UHBCHPage 73 Nousavonstestenotresuiveurlaidedunelampeetnousavonsrencontrun problme deperturbation sur les capteurs, mais on a rgl se problme dans la partie du carte de traitement. Apres le rglage du problme le suiveur fonctionne normalement. IV. 5.Conclusion : La ralisation du suiveur de soleil ncessite un bon chois du composants lectronique utilise pour ne pascompliqu le principe de commande et pour rduirela consommation de lnergie consomm par le suiveur UHBCHPage 74 UHBCHPage 75 Conclusion : Les travaux prsents dans ce rapport ont port sur la conception et la ralisation dun systmedepoursuitedesoleillaidedescomposantslectroniquesprogrammable,en utilisant: un microcontrleur de la famille PIC cest le 16F877A. Lebutdeceprojetrsideauniveaudelamiseenuvredunesolutiontechnique permettantdetransformerunpanneauphotovoltaquefixeenunsuiveurdesoleilafin damliorer son rendement. Pendant ce projet, un systme de commande a t simuler par le logiciel Proteus SIM et les signaux de commande gnrer ont t simul laide du logiciel ISIS. Avant que nous avons tests le fonctionnement de notre structure, nous avons trouves plusieurs problmes en premier le chois entre une carte analogique a base de comparateur ou unecartenumriqueabasedumicrocontrleur,aprsseproblmeonunautreproblmede choisdecapteuretsonemplacement.Nousavonstoujoursunproblmedechoisdes composants. Notre grand problme est dans les premiers tests, cest le problme du capteur, mme que les deux capteurs sont dans le mme clairement mais ses sorties sont dfirent. Acausedeseprobl