Energie solaire photovoltaque

Sommaire- Gnralits- La ressource- Les panneaux- Le systme

Historique

1839 : effet photovoltaque Becquerel sur un couple lectrochimique

1877 : 1re cellule PV au slnium

1954 : 1res cellules PV au silicium le rendement passe de 4,5 % 6% en quelques mois

1955 : 1re commercialisation cellule PV 14 mW (2%) $25

1958 : satellite avec cellules PV (ont fonctionn 8 ans)

annes 60 : monte des rendements et des puissances(Japon 1963 : 242 W sur une maison)

Croissance de la filirePrs de 100 GWc cumuls fin 2012 pour une production denviron de plus de 10 TWh

Des applications dcentralisesElectrification des sites isols, notamment :pompage deaubalisespays en dveloppementloisirs

Plus de puissance et le rseau Toit solaire utilisation individuelle raccords au rseau lectriqueCentrale des Mes (04)Octobre 2011Puissance 12 MW, 25 ha couverts par 55 000 panneaux,

Consommation humaine : 135.1012 kWh primaires dont14.1012 kWh lectriques Rayonnement solaire annuel au niveau du sol : 720.1015kW.hSelon les rgions : de 900kW.h 2300kW.h/m/an, soit une puissance moyenne de 100 260W/m et une puissance crte de plus de 1kW/mUne grande part de cette puissance peut tre directement et aisment convertie en chaleur,une plus faible part (8 25%) peut tre transforme directement en lectricitLa ressource solaire

Spectre du Soleil

Spectre du SoleilAM = air mass

Production annuelle dnergie:kWh/m2.anPour un calcul rapide

Carte solaire de la FrancePour un calcul plus prciskWh/m2.jourOrientation Sud,inclinaison gale la latitude

Rayonnement en fonction de la mto

Rayonnement Global =Rayonnement direct + Rayonnement diffus + Rayonnement rflchi * *( albdo x rayonnement total horizontal)PV (comptence lectrique) Chap. 2 : Le gisement solaire

PV (comptence lectrique) Chap. 2 : Le gisement solaireStation mtorologique de Lyon (rayonnement global horizontal) Un jour dhiver ordinaire75 % de diffusUn beau jour dt 30% de diffusHeure solaire (h)Heure solaire (h)

Le mouvement de la Terre autour du SoleilLa terre tourne autour du soleil en dcrivant une ellipse de faible excentricit et de priode : 365 jours et Hmax = hauteur du soleil midi = latitude du lieu

Trajectoire annuelle et journalire du soleil (hmisphre nord)

Masques Solaires

Courbes densoleillementLyon plein sudEn kWh/m/jJan Fev Mar Avr Mai Jun Jui Aou Sep Oct Nov Dec0306090

Cellule : diode PV lmentaire dimensions de lordre de qq cm, qq watts

Module : assemblage de cellules qq 10 cm connectes en srie et parallle32, 36, 72, 216... cellules, qq 10 qq 100 watts

Typiquement : modules de 100 W (1 m) avec 72 cellules en srie (34 V) ou 2 x 36 (srie parallle 17 V)

Elments dun systme PVSoleilPanneauRgulateurUtilisation directeAccumulateurOnduleurUtilisation AC

Lidal est que linstallation soit oriente ct SUD.ORIENTATION ET INCLINAISON

ORIENTATION ET INCLINAISONLinclinaison des panneaux doit prendre en compte :Langle par rapport de lhorizontale.On considre que lon a une perte densoleillement de 20%

Facteur de correction ( pour projet simplifi )ORIENTATION ET INCLINAISON

Rendement de captation en fonction de lorientation et de linclinaisonExemple LYON, reprsentatif de la France Mtropolitaine en zone urbaineDisque pour calcul du Facteur de Transposition (FT) Capteur horizontal 0Capteur vertical 90Inclinaison 30Orientation SERendement 95%FT = 1,05

TYPES DINSTALLATIONS EN TOITURESURFACE POUR LIMPLANTATIONAvantages : * conomie de matriaux de construction * Meilleur esthtiqueAvantages : * Prix moins lev que pour lintgr * Simplicit de mise en place * Pas de pertes dues laugmentation de Inconvnients : * Fixation sur le toit, traverses de cbles * Moins bonne esthtique

MatriauxSilicium monocristallin 12 14 %. polycristallin 10 12 amorphe 6 8%. Applications intrieurs, moindre cot

Coefficient de structureLe coefficient de structure dpend du type de panneaux et de leur ventilation.Le coefficient de structure : CS

OMBRAGELombrage prend en compte les obstacles existants naturels( arbres, reliefs ) ou artificiels ( pylne, btiments, cbles) etla course du soleil ( sur la journe, sur lanne ).Le facteur dombrage : FOSans ombrage : 1Avec ombrage :0,8

OMBRAGEIl faut penser tout ce qui peut faire de lombreSans oublier les poussires et les salissures.Les panneaux doivent tre nettoys

LAlbdoGrandeur sans dimension, cest le rapport de l'nergie solaire rflchie par une surface, l'nergie solaire incidente. Comprise entre 0 1Surface de lac, noir de fume, 0,02 0,04Fort de conifres 0,05 0,15Surface de la mer 0,05 0,15Sol sombre 0,05 0,15Cultures 0,15 0,25Sable lger et sec 0,25 0,45Glace, papier blanc0,60 1Neige tasse 0,40 0,70Neige frache 0,75 0,90Miroir 1

Cellule photovoltaque (principe)Convention diode rcepteur

Caractristique courant tension puissance dune cellule

Panneaux PVInfluence de lclairement, de la temprature

Caractristiques dun module photovoltaqueau silicium cristallin selon la tempratureAmorphe : 0,21%/ C

Temprature dun module au silicium cristallin en fonctionnement

Cellule photovoltaque, mise en srie et en parallle :

Caractristiques dun champ PV

Cellule photovoltaque, protection par diode bypass:Pour limiter la tension inverse une valeur acceptable(point de vue thermique ou avalanche) :diodes de protection BYPASSPour limiter le nombrede diodes de protection(soucis conomique) :une seule diode par groupede 24 cellules environles diodes bypass ne conduisent quen situation de dsquilibre, et limitent la perte de puissancela caractristique I(V)est nanmoins modifie.

Effet des diodes bypasssur les caractristiques rsultantes I(V)Un module isol par sadiode antiparallleCaractristiques rellesdun systme avec cellules vieillieset une importante couche de poussire

RgulateurParamtres de choix : tension et courant en entre et en sortie, puissance, rendement, protections (panneau, batterie, rgulateur), modes de charges, fonctions annexes

BatteriesParamtres de choix : Tension (12, 24, 48 Volts), Capacit (Ah) (courant de charge < 1/10 C), Nombre de cycles @ SOC min donn, Electrolyte glifi ou non Dure de vie d'une batterie en fonction de la profondeur de dcharge

Capacit dune batterie daccumulateursLa capacit dune batterie correspond la quantit dlecticit quelle peut restituer. On la note en Ampre heure. La capacit nominale vaut CN = TN INPar exemple C10 = 105 Ah signifie quelle pourra restituer CN =105 Ah pour une dcharge de IN = 10,5 A pendant TN = 10 heures.

Cette capacit est fonction de la temprature, elle augmente lorsque la temprature augmente.

Elle dpend du courant de dcharge: Elle augmente quand le courant est plus faible que le courant nominal.Elle diminue dans le cas contraire. La variation de la capacit peut tre calcule par la loi de Peukertpour laquelle la capacit Cpx, pour un courant de dcharge Ix scrit:avec k 1,3

Batteries (charge)3 phases de charge : Imax, floating, egalisation

Batteries (rendement) moyen de 0,7

LonduleurFonctions :Convertit le courant continu en courant alternatif usuel en phase avec le rseauFait fonctionner les capteurs PV au maximum de leur puissance (MPPT) quelque soient lensoleillement et la tempratureSe dconnecte en cas dabsence de tension du rseau Protection des personnes par contrle disolement du circuit continu

OnduleurParamtres de choix : autonome / connect au rseau,puissance,tension dentre,cos max,forme donde,conso vide (%de Pnom)

autoconsommationVente totale de la production