Transcript Dossier d`Ouvrage Exécuté

LICENCE VERTE POITIERS – 2009/2010
LE PHOTOVOLTAÏQUE
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SOMMAIRE
1. RAYONNEMENT SOLAIRE
2. ORIENTATION & INCLINAISON
3. CONVERSION DE LA LUMIERE EN ELECTRICITE
4. ANATOMIE D’UN MODULE
5. FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE
6. SCHEMA EQUIVALENT ELECTRIQUE
7. TYPES DE SILICIUM
8. USAGES DU PHOTOVOLTAÏQUE
9. SYSTÈMES DE POSE
10. LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES
11. PRATIQUE
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RAYONNEMENT SOLAIRE
L’élément essentiel du photovoltaïque est la lumière du soleil, les
photons.
L’ensoleillement du soleil possède sa constante : 1360W/m²
Unité : flux exprimé par une puissance sur une surface
Cette valeur arrive sur Terre plus faible :
•
Gaz atmosphérique
•
Vapeur d’eau
•
Pollution

Masse Atmosphérique ou Air Mass
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RAYONNEMENT SOLAIRE
Rayon utile au fonctionnement :
•
Rayonnement direct : rayons arrivant directement en ligne droite
•
Rayonnement diffu : rayons passant à travers les nuages
•
Rayonnement global : Σ des 2
•
Albédo : réfléchissement des rayons
A : 1000W/m²;soleil au
zénith et dégagé
B : 200-580W/m²;soleil au
zénith et nuageux
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ORIENTATION & INCLINAISON
Lequel prime ?
Aucun, l’un est aussi important que l’autre.
Inclinaison optimale pour une position fixe annuelle : latitude +10°
Orientation optimale pour une position fixe annuelle : +/-45° Sud
Position et orientation idéale : utilisation de trackers. Nécessite un
investissement lourd, de la maintenance et consomment de l’énergie.
x : L + 10°
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CONVERSION DE LA LUMIERE EN ELECTRICITE
2 points essentiels :
toute matière est faite d’atome
1 courant électrique est une circulation d’atome
Isolant électrique : électrons de la matière liés aux atomes (plastique,
céramique…)
Conducteur électrique : électron totalement librespassage du courant
(fil de cuivre, métal…)
Semi-conducteur : « mélange » des 2
Electrons bloqués dans la matière et ne circule qu’avec un apport
d’énergie (photons par exemple)
« Inépuisable » : présent dans le sable sous forme de silice, le
silicium (Si)
Dopage des faces [type P « - » (Bore) et type N « + » (Phosphore)]
Jonction passante sous éclairage
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ANATOMIE D’UN MODULE
Silicium :
Monocristallin : 1 seul cristal ordonné, fondu et refroidissement tout seul
Polycristallin : plusieurs cristaux de 1mm à 2cm, fondu et accélération du
refroidissement
Sciage des carottes : scie à fil  WAFER
Dopage des couches inférieur et supérieur
Photopile opérationnelle
Mise en série des photopiles
Tension trop faible  mise en série  augmentation de la tension
Assemblage
Photopile encapsuler avec les 2 couches d’EVA (Ethyl-Vinyle Acétate)
Consolidation
Plaque de verre de 4mm
Cadre aluminium
Feuille de tedlar
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FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE
Pmpp = Umpp*Impp
Umpp : Tension de charge idéale
Impp : Courant de charge idéale
Pmpp : Puissance maximale
Pmpp : Pc
Rendement (Base standardisé STC : 1000W/m²;25°C;AM 1,5)
η = Pm/E*S = Wc/W.m²*m²
Exemple : module SCHEUTEN P6-66 260Wc (1820*1000*42)
η = 260/1000*1,82 = 0,143
η = 14,3%
Conclusion : la production dépendra essentiellement de l’ensoleillement…
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FONCTIONNEMENT ELECTRIQUE
LA TEMPERATURE EXTERIEURE
Paramètre non négligeable
Chute = 2,35%/5°C
Ex : P(Wc) = 260Wc STC
P(Wc) à 60°C : 60-25=35  6 points (6*5) = 6*2,35 = 14,1  10014,1 = 85,9
P(Wc) = 260*0,859 = 223Wc
Un climat très chaud est donc un inconvénient (Sahara) et donc
empêche son développement dans ces pays.
Conclusion : la production dépendra essentiellement de l’ensoleillement, mais pas
seulement.
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SCHEMA EQUIVALENT ELECTRIQUE
G : photopile
D : diode « by-pass » permet la circulation du courant dans un seul
sens
Rsh : résistance de « shunt », absorbe les fuites inévitables du courant
entre les bornes d’une photopile
Rs : résistance de série, simule la Σ des pertes
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TYPES DE SILICIUM
Arséniure de Gallium (GaAs)
η : très élevé
Prix : très élevé
Usage : satellite, concentrateurs
Monocristallin (Si)
η : 15-19% STC
Puissance : 5 à 300Wc
Usage : en extérieur pour
l’habitat, télécom, balisage…
Polycristallin (Si)
η : 11-17% STC
Prix : 5 à 300Wc
Usage : idem
Amorphe cristallin
η : 5-9%
Puissance : 1Wc (en intérieur)
Puissance : 5 à 140Wc (en
extérieur)
Usage : couverture de toiture plate,
calculette, montre…
Particularité : Les 1ers mois,
performance plus élevés
Sulfure de Cadmium (CuInSe2)
η : 10-12%
Prix : 5 à 100Wc
Usage : idem au cristallin, mais peu
commercialisé car présence de
matériaux dangereux
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USAGES DU PHOTOVOLTAIQUE
1. Autonome
Charge batteriecontrôle de la consommation
automateutilisation pour électrification rurale
2. Fil du soleil
Directement utiliséalimentation moteur d’une pompe en PVD
3. Connecté au réseau
Toute ou partie réinjecté au réseaurevente de sa production
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SYSTÈME DE POSE
1. Intégration
1. En surimposition
1. Bac acier
1. Brise soleil
1. Verrière
1. Sol
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INTEGRATION
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SURIMPOSITION
15
BAC ACIER
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BRISE SOLEIL
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VERRIERE
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SOL
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LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES
PAYS
CONNECTES AU
RESEAU
HORS RESEAU
TOTAL 2004
Allemagne
360
3
363
Luxembourg
13
0
13
Espagne
10.485
1.3
11.8
France
5.114
0.76
5.9
Pays-Bas
4.25
0.05
4.3
Italie
4
0.3
4.3
Autriche
2.85
0.15
3
Autre pays de l’UE
2.96
2.26
5.2
TOTAL UE
402.7
7.8
410.5
Suisse
1.9
0.1
2
Union européenne en 2004
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LE PHOTOVOLTAÏQUE EN CHIFFRES
PAYS
PUISSANCE TOTAL EN
2004 (MWc)
PUISSANCE TOTAL EN
2000 (MWc)
PROGRESSION SUR 4
ANS
Japon
1134
330
242%
Allemagne
794
113
598%
USA
365
138
163%
Australie
52
29
79%
Pays-Bas
49
12
283%
Espagne
37
12
205%
Italie
30
19
61%
France
26
11
132%
Suisse
23
15
51%
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PRATIQUE
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PRATIQUE
Alimentation d’un portail automatique
Ensoleillement :
Mois
Décembre
Mars
Juin
Septembre
Ville X
1250
3550
4630
4490
Orientation Sud,
60°, Wh/m² jour
Matériel :
Moteur 10A-12VDC
Récepteur de télécommande à basse consommation (12VDC de
préférence)
Utilisation :
Fonctionnement moteur : 3*20s par jour
Fonctionnement récepteur : 40mA permanent sous 12VDC
Questions :
Qu’elle est la consommation globale du système ?
Calculer la puissance crête du panneau à prendre ?
Pour 10 jours d’autonomie, qu’elle batterie faut-il prendre?
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PRATIQUE
Questions :
Qu’elle est la consommation globale du système ?
Calculer la puissance crête du panneau à prendre ?
Pour 10 jours d’autonomie, qu’elle batterie faut-il prendre?
Formule :
Pc = (Consommation globale*tension)/(Ensoleillement*0,6)
0,6 étant le coefficient de base (perte, baisse de performance…)
C = (Consommation globale*Autonomie)/0,6
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PRATIQUE
Mise en place d’un régulateur
Il faut impérativement que le courant admissible du régulateur soit
supérieur ou égal au courant de démarrage du moteur, sauf si le
régulateur accepte les surintensités transitoires
Mise en place d’un convertisseur AC-DC
Si votre moteur ne fonctionne qu’en 230VAC, il faut rajouter un
convertisseur entre la batterie et le moteur, il faut aussi majorer la
consommation du système par le rendement du convertisseur.
Ex :
Consommation sans convertisseur : 1127mAh*12V=13,5Wh/jour
Consommation avec convertisseur : 13,5/0,8=16,9Wh/jour
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PRATIQUE
Schéma :
K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur
Batterie chargée/en charge
K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur
Batterie chargée à 100%
K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service
Batterie déchargée
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PRATIQUE
Schéma :
K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur
Batterie chargée/en charge
K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur
Batterie chargée à 100%
K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service
Batterie déchargée
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PRATIQUE
Schéma :
K1 & K2 fermé : charge batterie & alimentation récepteur
Batterie chargée/en charge
K1 ouvert & K2 fermé : charge interrompue & alimentation récepteur
Batterie chargée à 100%
K1 fermé & K2 ouvert : charge batterie & récepteur hors-service
Batterie déchargée
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