Soutenance mémoire
A Madagascar, 80% de la population vit dans des zones rurales. L’accès des paysans Malagasy aux services de l’électricité est encore très limité. Les paysans se trouvent loin des réseaux électriques de la JIRAMA. Le taux d’électrification à Madagascar est évalué à 24% en 2004. Actuellement, l’utilisation de l’énergie propre et écologique est très répandue dans le monde, plus particulièrement en Europe.
Les systèmes solaires photovoltaïques constituent une option intéressante, ils donnent aux paysans dans les sites isolés un accès à l’électricité avec un coût, une maintenance et des difficultés de mise en œuvre réduits. Mais, l’énergie solaire présente un inconvénient majeur : c’est une source d’énergie fluctuante. C’est pourquoi le système de stockage est nécessaire. Actuellement, on utilise plus particulièrement les batteries plomb / acide. Or ce type de batterie ne supporte pas les décharges profondes répétées.
Généralité sur l’énergie solaire
Historique
La conversion directe des rayons solaires en électricité, ou l’effet photovoltaïque, a été observée pour la première fois en 1839 par le physicien Edmond Becquerel. Malgré sa découverte, cette forme d’énergie n’a pas été exploitée avant que la NASA (National Aeronautics and Space Administration) ait adopté l’énergie solaire comme source principale d’électricité de leurs satellites de l’espace, soit dans les années 50. D’après l’hypothèse d’Albert EINSTEN, entre 1905 et 1917, la lumière est constituée de « grains d’énergie » (qui sont par suit appelé photon) possédant une énergie proportionnelle à la fréquence du rayonnement. Elle sera confirmée que dix huit ans plus tard par le physicien américain Arthur Compton.
La puissance solaire
L’éclairement ou irradiation est défini comme une puissance reçue par une surface. Il s’exprime en W/m² (watt par mètre carré). Une moyenne de 1367 watts atteint chaque mètre carré du bord externe de l’atmosphère terrestre, c’est ce que l’on appelle la constante solaire égale à 1367W/m².
Cette constante solaire dépend aussi de quelques conditions :
– le nombre de masse d’air AM
– la température ambiante
– la vitesse de vent .
Les conditions standards de test (CST) de qualification des modules PV sont de 1000 W/m² d’intensité lumineuse, selon la répartition de spectre AM1.5, une température de cellule de 25°C et une vitesse de vent de 1m/s.
Energie solaire photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque désigne l’électricité produite par transformation d’une partie du rayonnement solaire avec une cellule PV. Plusieurs cellules sont reliées entre elles et forment un panneau solaire (ou module) PV. Plusieurs modules qui sont regroupés dans une centrale solaire PV sont appelés champ PV. Le terme PV peut désigner soit le phénomène physique ; l’effet photovoltaïque ou la technologie associée.
Les cellules photovoltaïques
La cellule PV est l’unité de base d’un panneau solaire PV, elle produit une puissance de 1,3 Wc pour une surface de 100 cm² . Pour avoir plus de puissance, des cellules solaires identiques sont assemblées pour former un module solaire (ou panneau photovoltaïque). La mise en série de plusieurs cellules solaires somme les tensions pour un même courant, tandis que la mise en parallèle somme les courants en conservant la tension. La plupart des panneaux solaires PV destinés à un usage général sont composés de 36 cellules en silicium mono ou polycristalline connectées en série pour des applications en 12 V nominal.
Les modules photovoltaïques en silicium
Le type de silicium utilisé dans cette technologie est le « silicium dopé », c’est le silicium pur enrichi en éléments dopants comme : le phosphore (P), l’arsenic (As), l’antimoine (Sb) ou le bore (B), afin de pouvoir le transformer en semi-conducteur de type P ou N. Le type N est enrichi d’électron et l’autre est un déficit d’électron. La diffusion d’éléments dopants (bore, phosphore) modifie l’équilibre électronique deplaquettes de silicium pur, ce qui les transforme en cellules sensibles à la lumière. En rassemblant les deux semi-conducteurs N et P, ils forment une jonction entre eux appelé jonction N-P.
Les modules photovoltaïques en composites et organiques
Plusieurs technologies de cellules PV autres que la technologie silicium existent mais ne sont pas représentatives de la production actuelle. Elles sont plutôt du domaine de la recherche. Voici quelques unes d’entre elles :
– « Thin film au silicium amorphe ou CIS » (cuivre-indium-sélénium) Le CIS met en œuvre 1% seulement du silicium utilisé pour la fabrication de modules cristallins équivalents. Les cellules CIS sont plutôt utilisées pour des applications « courant faible ». Elles sont également souvent utilisées là où un fort échauffement des modules est à prévoir car le rendement ne chute pas avec la température. Cependant, le rendement est de l’ordre de plus de deux fois inférieur à celui du silicium cristallin et nécessite donc plus de surface pour la même puissance installée. Il y a un risque de toxicité vis-à-vis de l’environnement pour les modules CIS.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire
1.1. Historique
1.2. L’énergie du photon
1.3. La puissance solaire
1.4. Energie solaire photovoltaïque
1.5. Les cellules photovoltaïques
1.5.1. Les modules photovoltaïques en silicium
1.5.2. Les modules photovoltaïques en composites et organiques
1.6. Principe de fonctionnement
1.7. Caractéristique
1.7.1. Caractéristique I(V) du panneau solaire photovoltaïque et tension nominale
a- Effet de température
b- Effet de l’éclairement sur le panneau solaire
1.7.2. Puissance crête d’une cellule PV
1.7.3. Rendement d’un module
1.7.4. Comparaison de différentes technologies
1.8. Les éléments du système photovoltaïque
1.9. Utilisations
1.10. Dimensionnement des systèmes PV
1.10.1. La puissance Pc
1.10.2. Accumulateur
1.10.3. Choix du régulateur
Chapitre II : Les accumulateurs électrochimiques
2.1. Les systèmes de stockage (accumulateurs)
2.1.1. Principe de fonctionnement
2.1.2. Accumulateurs électrochimiques
2.2. Différent type de régime de recharge de batterie électrochimique
2.2.1. Régime de recharge standard « I. U. U. »
2.2.2. Régime de recharge standard « I. U. »
2.2.3. Régime de charge en technique photovoltaïque
Chapitre III : Régulateur de charge et de décharge
3.1. Régulateur de charge et de décharge
3.2. Fonctionnement
3.3. Principe de comparateur
3.3.1. Comparateur inverseur
3.3.2. Comparateur non inverseur
3.4. Les différents types de régulateur de charge
3.4.1. Régulateur Shunt ou parallèle
3.4.2. Régulateur Série par semi-conducteur
3.4.1. Régulateur électromécanique
3.5. Régulateur de décharge profonde
Chapitre IV : Conception et réalisation du régulateur de charge et de décharge
4.1. Réalisation
4.2. Le transistor bipolaire
4.2.1. Généralités
4.2.2. Caractéristiques du transistor
4.2.3. Transistor en commutation
4.3. Régulateur de charge série par semi-conducteur
4.3.1. Schéma du circuit
4.3.2. Etude de fonctionnement
4.3.3. Le Choix des composants et calculs
4.4. Régulateur de décharge profonde avec coupure électromécanique
4.4.1. Schéma du circuit
4.4.2. Etude de fonctionnement
4.4.3. Choix des composants et calculs
4.5. Réalisation pratique du régulateur
4.5.1. Schéma Implantation de composants et circuit imprimé
4.5.2. Nomenclatures
4.6. Avantages et inconvénients
4.5.1. Avantage
4.5.2. Inconvénients
4.7. Evaluation économique
4.6.1. Dépense
4.6.2. Durée de vie
Chapitre V : Etude des impacts environnementaux
5.1. Définition
5.1.1. L’environnement
5.1.2. Impact environnemental
5.2. Les inconvénients du PV
5.2.1. Flux d’énergie variable
5.2.2. Première allocation
5.2.3. Faible densité de flux énergétique
5.2.4. Les accumulateurs
5.2.5. Précaution
5.3. Les avantages du PV
5.3.1. Environnementaux
5.3.2. Social
5.3.3. Economique
CONCLUSION
