Généralité sur le système photovoltaïque

L’énergie photovoltaïque

L’effet photovoltaïque :

Le terme « photovoltaïque » souvent abrégé par le sigle « PV », à été formé à partir des mots « photo » un mot grec signifiant lumière et « Volta » le nom du physicien italien Alessandro Volta qui a inventé la pile électrochimique en 1800. L’effet photovoltaïque est la conversion directe de l’énergie solaire en électricité. L’effet photovoltaïque se manifeste quand un photon est absorbé dans un matériau composé de semi conducteurs dopés p (positif) et n (négatif), dénommé comme jonction p-n (ou np). Sous l’effet de ce dopage, un champ électrique est présent dans le matériau de manière permanente (comme un aimant possède un champ magnétique permanent). Quand un photon incident (grain de lumière) interagit avec les électrons du matériau, il cède son énergie à l’électron qui se retrouve libéré de sa bande de valence et subit donc le champ électrique intrinsèque. Sous l’effet de ce champ, l’électron migre vers la face supérieure laissant place à un trou qui migre en direction inverse. Des électrodes placées sur les faces supérieure et inférieure permettent de récolter les électrons et de leur faire réaliser un travail électrique pour rejoindre le trou de la face antérieure.

Historique : Découverte de l’effet photovoltaïque : Le mot photovoltaïque vient de mot grec « photo » qui signifie la lumière et voltaïque du physicien italien « Alessandro volta ». L’effet photovoltaïque a été e découvert pour la première fois en 1939 par le savant Antoine Becquerel. Il a constate que certains matériaux pouvaient produire de petites quantités d’électricité quand ils étaient exposés à la lumière. En 1873, l’ingénieur américain « Willoughby Smith » découvre les propriétés photosensibles du sélénium. En 1877, « W.G.Adam » et « R.E.Day » expliquent l’effet photovoltaïque du sélénium. En 1883, »Charles Frits » construit la première cellule en sélénium et or. Elle atteint un rendement d’environ 1%. En 1905, « Albert Einstein » publie sur un point de vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière. Cet article lui vaudra le prix Nobel de physique en 1922. En 1954, Les chercheurs américains « Gerald Pearson », « Darry Chapin » et « Calvin Fuller » travaillent pour les laboratoires Bell mettent au point une cellule PV en silicium. Les premières applications ont eu lieu dans les années 60 aux équipements de satellites spatiaux (les américains lancent en 1954 le satellite Vanguard qui est alimenté par des pilles photovoltaïque ayant un rendement 9%. Puis à partir de 1970, l’utilisation terrestre est pratiquée sur des sites isolés. Dans les années 1980, on assiste à la mise en place des premières centrales photovoltaïques.

• Le rendement quantique d’une cellule solaire QE : Le rendement quantique donne la probabilité qu’un photon incident d’énergie E fournira un électron à un circuit externe.il est considéré comme un paramètre quantitatif et qualitatif dans la description de la cellule solaire. Il permet de mesurer le nombre des électrons en sortie de la cellule solaire par rapport au nombre de photons incidents. Il permet aussi la quantification des pertes dans la cellule solaire (réflexion à la surface, pertes des photons de faibles et fortes énergie). Ce qui nous aide à interpréter nos résultats et introduire des améliorations sur la cellule. Le rendement quantique dépend de plusieurs propriétés du matériau : coefficient d’absorption, profondeur de jonction, l’épaisseur de la zone de charge de déplétion, la durée de vie des porteurs et leur mobilité, la recombinaison en surface etc.… Le rendement quantique interne représente le rapport entre le nombre de porteurs collectés et le nombre de photons traversant la surface du dispositif. Ce rendement est calculé numériquement par le logiciel PC1D en fonction de la longueur d’onde I.

L’installation des panneaux solaires :

Pour installer des panneaux photovoltaïques, l’idéal est d’avoir une pente de toit orientée vers le Sud, d’une inclinaison de 30° et surtout qui n’est masquée par aucun obstacle venant faire de l’ombre (arbre, immeuble voisin…). Il suffit de disposer d’une pente de toit dégagée et bien orientée. Pour être sûr de la qualité de l’installation. Une certaine souplesse est autorisée, bien évidemment. Le mieux est de réaliser d’abord une estimation pour savoir si le toit est adapté à la production d’électricité solaire. L’installateur viendra installer les panneaux sur le toit de la maison. Pour profiter du meilleur tarif de rachat de l’électricité, les panneaux devront être intégrés à la toiture. Les panneaux solaires produits aujourd’hui sont tout à fait adaptés à cette utilisation, notamment en termes d’étanchéité. L’installateur posera également l’onduleur et fera le raccordement au réseau, avec un compteur pour mesurer la quantité d’électricité revendue au réseau. Pour les étapes l’installation : Après avoir calculé le besoin en électricité, il faut choisir la meilleure orientation possible pour les panneaux. L’idéal est un toit orienté vers le Sud et incliné à 30°. Puis, l’emplacement du matériel tracé et la découpe de la tuile effectuée, le panneau solaire s’installe sur la charpente. Les panneaux solaires seront ensuite reliés à un ou plusieurs onduleurs puis raccordés au réseau électrique.

Dimensionnement d’un système photovoltaïque

Par estimation près de deux milliards de personnes n’ont toujours pas accès à l’électricité. En effet, si dans la plupart des pays en voie de développement que les réseaux électriques existent, ils concernent souvent les grands centres urbains. Les zones rurales sont donc souvent exclues, entravant ainsi leur développement, l’expansion industrielle, ainsi que l’augmentation de la population ont entraîné un développement important de la demande de l’énergie. Pour la satisfaire, à long terme, l’utilisation des sources d’énergie d’origine fossile conduira d’une part à une surexploitation de ces ressources et à une dégradation de l’environnement d’autre part. L’utilisation de source d’énergie non nuisible à l’environnement, comme les énergies renouvelables est nécessaire afin d’assurer une relève énergétique. L’électrification par voie photovoltaïque nécessite un raccordement de dispositifs capables de convertir l’énergie solaire en énergie électrique exploitable à des fins d’alimentation. Et pour la réalisation d’une installation photovoltaïque, le dimensionnement reste une étape indispensable. Dimensionner un système PV c’est déterminer en fonction de sollicitations telles que l’ensoleillement et le profil de charge, l’ensemble des éléments de la chaîne PV, à savoir, la taille du générateur, la capacité de stockage, le cas échéant la puissance d’un convertisseur, voire l’inclinaison des modules et la tension d’utilisation. Une installation surdimensionnée veut dire des surcoûts, tandis qu’une installation sous dimensionnée veut dire manque de fiabilité. Quelque soit la méthodologie utilisée et la précision avec laquelle sont pris en compte les différents composants de la chaîne, on reste confronter à deux types d’estimations :

– La première sur la demande qui dans la plupart des cas est assez grossièrement définie car souvent mal connue et qui subit des fluctuations journalières, hebdomadaires ou saisonnières.

– La seconde sur le gisement solaire au sujet duquel on se heurte à un manque crucial de données représentatives. Ce problème nous amène à calculer l’irradiation selon des données relatives au site de l’installation.

Ceci démontre que la fiabilité d’une installation PV est étroitement liée au dimensionnement qui est lié à son tour à la disponibilité de données fiables. Le mérite d’une installation PV est souvent mesuré par sa capacité à fournir de l’énergie en toute circonstance

Table des matières

Introduction général
Chapitre I : Généralité sur le système photovoltaïque
I. Introduction
II. L’énergie solaire
1. Le rayonnement solaire
1.1 Le rayonnement direct
1.2 Le rayonnement diffus
1.3 Le rayonnement réfléchis
2. Energie solaire photovoltaïque
2.1 L’effet photovoltaïque
2.2 Historique
2.3 Notions relatives à un système photovoltaïque
2.4 Les éléments d’un système photovoltaïque
2.4.1 Modules photovoltaïque
2.4.2 Stockage
2.4.3 Régulateur
3. La cellule photovoltaïque
III. Application avec l’outil PC1D
1. logiciel PC1D
2. Simulation d’une cellule photovoltaïque de type SI
3 Simulation d’une cellule photovoltaïque de type INP
V. Conclusion
Chapitre II : Etat de l’art de l’énergie photovoltaïque
I. Introduction
II. Utilisation des panneaux et projets
1. Satellite
2. Usage domestiques
3. Ou entreprises
4. Les nouveaux gadgets
5. Les voitures et les avions
6. Les champs solaires
7. La tour solaire
8. Un nouveau concept…la vitre teinté
III. Etude du dimensionnement solaire
IV. Principe de fonctionnement des panneaux
1. les panneaux solaires thermiques
2. Les panneaux solaires photovoltaïques
V. Avantages et inconvénients des panneaux solaires
1. Avantages
2. Inconvénients
VIII. Conclusion
Chapitre III : Dimensionnement d’un système autonome
I. Introduction
II. Différents types de systèmes photovoltaïques
1. Système autonome
2. Système hybride
3. Système connectés au réseau
III. Principe de fonctionnement d’une installation PV
1. Dimensionnement des systèmes photovoltaïques
1.1 critère de dimensionnement
1.2 Principe de dimensionnement d’une installation photovoltaïque en site isolé
1.3 Les étapes du dimensionnement
1 .4 Stockage de l’énergie électrique
1.5 Les batteries dans les systèmes PV
b. Tension
c. Recharge
d. L’auto décharge
e. Durée de vie
f. Modèle électrique de la batterie
• Influence de la température sur la capacité de la batterie
• Influence de la température sur l’état de charge et décharge de la batterie
2. Dimensionnement d’un système autonome
3. Travail théorique
3. Simulation
VI Conclusion

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