Soutenance mémoire
L’épuisement des ressources fossiles, la flambée du coût du brut et la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre rendent urgentes la maîtrise des consommations et la diversification des sources d’énergie. Un fait qui interpelle plus fort que jamais le développement des énergies renouvelables. Actuellement, la production de l’énergie domestique et dans l’industrie est basée, en grande partie, sur une ressource limitée: le pétrole [1]. Les sources du pétrole deviennent de plus en plus rares, pendant que la demande énergétique mondiale augmente continuellement. Il est estimé que les réserves mondiales seront épuisées vers 2030. Les contraintes imposent l’utilisation d’énergies économiques et peu polluantes, car la protection de l’environnement est devenue un point important .
Dans ce contexte, l’énergie photovoltaïque occupe une place très importante. Bien que l’énergie photovoltaïque soit connue depuis de nombreuses années comme source pouvant produire de l’énergie électrique allant de quelques milliwatts au mégawatt, elle reste encore à un stade anecdotique et ne se développe pas encore dans de grandes proportions, notamment à cause du coût trop élevé des capteurs. De plus, plusieurs problèmes techniques doivent être résolus pour amener ce système à un degré de maturité suffisant pour en faire des produits industriels à part entière. Les problèmes concernent autant le matériau de conversion photovoltaïque, qui reste cher à synthétiser, que la chaîne de conversion électrique [3], qui présente beaucoup de pertes lors d’utilisations mal adaptées. Beaucoup de lois de commande spécifiques permettant d’optimiser la production d’énergie photovoltaïque présentent également quelques défaillances.
HISTORIQUE ET SYNTHESE DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES (PV)
L’énergie solaire photovoltaïque provient de la transformation directe d’une partie du rayonnement solaire en énergie électrique [34]. La conversion de la lumière en électricité a travers des matériaux semi-conducteur, appelée effet photovoltaïque, a été Découvert en 1839 par Alexandre Edmond Becquerel. Elles sont utilisées depuis 40 ans. Les applications ont commencé avec le programme spatial pour la transmission radio des satellites. Elles se sont poursuivies avec les balises en mer et l’équipement de sites isolés dans tous les pays du monde, en utilisant les batteries pour stocker l’énergie électrique pendant les heures sans soleil. [32]. Plusieurs types de matériaux sont susceptibles d’être utilisés dans les capteurs PV, soit seuls, soit associés sous forme de multicouches afin de mieux couvrir la totalité du spectre solaire. C’est en 1930 que les premières cellules PV à oxyde cuivreux (CuO) ont été créées, suivies des cellules en sélénium (Se). Pendant des années, l’effet photovoltaïque n’était en somme qu’une curiosité de laboratoire. En 1954, les premières cellules au silicium (Si) ont été réalisées dans les laboratoires de la compagnie Bell Téléphone aux États-Unis. Depuis, les cellules PV ont commencé à faire l’objet de recherches plus intenses et se sont développées à l’échelle industrielle. Deux principales raisons en sont à l’origine. Tout d’abord, le faible coût de fabrication de ce matériau qui pouvait en plus être issu en abondance des déchets de la microélectronique. En effet, le recyclage possible permettait alors d’éviter les premières étapes technologiques relativement chères, notamment les étapes de purification. Une deuxième raison est le début du lancement d’importants programmes spatiaux et la nécessité d’avoir des sources d’énergie embarquées performantes. Pour les applications spatiales, répondant à des normes de poids et de durées de vie sévères, les cellules PV sont rapidement devenues des cellules multicouches basées sur divers matériaux inorganiques, dont une des couches est souvent en AsGa. Elles présentent des rendements très élevés, une bonne fiabilité et une faible détérioration de leurs caractéristiques au cours du temps (sur au moins 20 ans). Les plus récentes sont formées de quatre couches de matériaux différents. Certaines recherches tendent même vers cinq couches. Bien que leurs performances soient meilleures que celles en Si, ces dernières ne se développent pas pour des applications terrestres en raison de leur prix, 50 à 100 fois plus chères. Pour les applications terrestres, le silicium est devenu le matériau largement le plus utilisé pour fabriquer des cellules PV en raison de son coût qui reste faible. Il est utilisé pour cela sous de nombreuses formes (cristallin, multicristallin, amorphe, en couche mince,…), en fonction des performances recherchées .
Dans un cadre plus général, Hertz, découvre en 1887 l’effet photoélectrique qui consiste en l’émission de charges négatives (les électrons, découverts en 1897 par Thomson) lorsqu’un matériau est soumis à une onde électromagnétique de fréquence suffisamment élevée comme la lumière visible .
Effects from large p solar proton events on performance of space solar arrays in geostationary orbit environment
Les auteurs de cet article présentent une analyse sur les dégradations des panneaux solaires montés sur deux satellites en orbite géostationnaire suite à des événements solaires importants. En effet, une comparaison entre les prévisions et les courants réels mesurés (c’est-à-dire les performances des différents panneaux solaires) a montré l’influence qu’ont eue les éruptions solaires des 14-15juillet 2000 et 8-9 novembre 2000. Les auteurs ont d’abord analysé le rayonnement solaire correspondant à ces deux événements et montré qu’ils transportaient à eux seuls un flux équivalent supérieur au flux annuel normal de protons soit environ 3,5.10¹³cm-2 . Ils ont alors montré que les dégradations occasionnées étaient telles que l’on pouvait conclure ainsi :
-pour le premier satellite (SESAT), les variations causées par une période d’une année et cinq mois seraient équivalentes à celles prévues pour une période normale de trois ans soit un écart de 9% par rapport aux prévisions.
-Pour le deuxième satellite, les variations causées sur une période de deux ans sont équivalentes à celles prévues pour une durée de 3,5ans soit un écart de 12,5%.
Les auteurs démontrent ainsi l’importance des événements solaires majeurs sur les performances des panneaux solaires à bord des satellites en orbite géostationnaire.
silicon solar cell space charge region width determination by a study in modelling
Dans cet article, les auteurs présentent une étude en modélisation de la capacité de la photopile bifaciale au silicium monocristallin en régime statique sous éclairement polychromatique. L’étude est faite en adoptant un modèle à une dimension. La résolution de l’équation de continuité et les conditions aux limites à la jonction et à la face arrière, établies en fonction des vitesses de recombinaison, ont permis de déterminer l’expression de la densité des porteurs de charges minoritaires en excès dans la base. Par suite, les profils de la densité relative des porteurs en fonction de la profondeur de la base ont montré, d’une part, que lorsque la vitesse de recombinaison à la jonction augmente le maximum de cette densité se déplace en profondeur dans la base. Ceci traduit un élargissement de la zone de charge d’espace lorsque la photopile est sous éclairement. Ainsi, les auteurs en ont déduit que la capacité de la photopile est fonction de la vitesse de recombinaison à la jonction Sf.
« Modelling and simuling the powering system of a base transmitter station with a standalone photovoltaic generator»
Dans cet article les auteurs conçoivent un système pour le meilleur moyen de transférer une puissance utile du générateur photovoltaïque à une station relais de télécommunications (BTS). La caractéristique statique courant-tension d’un générateur photovoltaïque présent un point de fonctionnement où la puissance électrique débitée dans la charge est maximale. Les coordonnées de ce pont dépendent de nombreux paramètres, dont l’éclairement, la température, l’état de vieillissement des cellules. Pour fonctionner à tout instant à la puissance maximale, nous adoptons la charge à courant continu (3kW), qui est une station relais de télécommunications BTS (I=60A, V=48V) à l’aide d’un hacheur à transistor avec une commande suivi du point de puissance maximale MPPT. Le but de ce dispositif est de forcer le système à opérer à une puissance qui est la plus grande puissance de sortie du GPV à tout moment, sans tenir compte des contraintes extérieures (ensoleillement, température) et de la contrainte charge. Cette commande est caractérisée par sa simplicité de réalisation et son faible coût comparativement à d’autres commandes MPPT digitales.
Pour qu’un générateur photovoltaïque (PV) fonctionne dans les conditions optimales, il doit être doté d’un quadripôle d’adaptation. Cette adaptation se réalise en cherchant de façon automatique le point de puissance maximale (PPM) du générateur PV et ceci lorsque le système est placé dans un environnement où les conditions météorologiques (ensoleillement, température) et charge sont stables.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I
I-1- EFFECTS FROM LARGE P SOLAR PROTON EVENTS ON PERFORMANCE OF SPACE SOLAR ARRAYS IN GEOSTATIONARY ORBIT ENVIRONMENT
I-2- SILICON SOLAR CELL SPACE CHARGE REGION WIDTH DETERMINATION BY A STUDY IN MODELLING
I-3- RADIATION EFFECT TEST FOR SINGLE-CRYSTALLINE AND POLYCRYSTALLINE SILICON SOLAR CELLS
I-4- RADIATION RESPONSE ANALYSIS OF TRIPLE JUNCTION INGAP/INGAAS/GE SOLAR CELLS
I-5- « MODELLING AND SIMULING THE POWERING SYSTEM OF A BASE TRANSMITTER STATION WITH A STANDALONE PHOTOVOLTAIC GENERATOR»
I-6- «CONCEPTION ET REALISATION DE MODULES PHOTOVOLTAÏQUES ELECTRONIQUES»
I-7- «APPLICATION DE LA COMMANDE “PERTURB AND OBSERVE” POUR L’EXTRACTION DE LA PUISSANCE MAXIMALE DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES »
I-8- « AMELIORATION DU FONCTIONNEMENT DES SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES SUITE AUX BRUSQUES VARIATIONS DES CONDITIONS METEOROLOGIQUES ET DE LA CHARGE»
I-9- CONTROLEUR FLOU POUR LA POURSUITE DU POINT DE PUISSANCE MAXIMUM D’UN SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE
CONCLUSION
CHPITRE II
INTRODUCTION
II-1- PRESENTATION DE LA PHOTOPILE A JONCTION VERTICALE
II-2- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE PHOTOPILE
II-3- MODELISATION
II-4- PHOTOPILE SOUS ECLAIREMENT MULTISPECTRAL
II-4-1 : ETUDE DE LA DENSITE DES PORTEURS MINORITAIRES DE CHARGE
II-4-1-1 : EQUATION DE CONTINUITE MINORITAIRE DE CHARGE DES PORTEURS
II-4-1-2 : CONDITIONS AUX LIMITES
II-5 – RESULTATS ET DISCUSSIONS
II-7-1 : DENSITE DES PORTEURS MINORITAIRES DE CHARGE
II-7-2 : DENSITE DE PHOTOCOURANT
II-7-3 : PHOTOTENSION
II-7-4 : ETUDE DE LA CAPACITE DANS LA ZONE DE CHARGE D’ESPACE (ZCE)
II-7-5 – DETERMINATION DE LA CAPACITE DE LA PHOTOPILE SOUS OBSCURITE
II-7-5-1:ETUDE DE LA CAPACITE DE LA PHOTOPILE EN FONCTION DE LA PHOTOTENSION
II-7-5-2 : TECHNIQUE DE DETERMINATION DE LA VITESSE INTRINSEQUE Sf0
II-7-6 : ETUDE DE LA PUISSANCE
II-7-6-1 : EXPRESSION DE LA PUISSANCE
II-7-6-2 : PROFIL DE LA PUISSANCE EN FONCTION DE LA PHOTOTENSION
II-7-7- CARACTERISTIQUE COURANT-TENSION DE LA PHOTOPILE
II-8- ETUDE DE LA RESISTANCE SERIE (RS)
II-8-1- ETUDE DE LA RESISTANCE SHUNT (RSH)
II-8-2- GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE
II-8-2-1 : CONSTITUTION D’UN GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE
CONCLUSION
CHAPITRE III
INTRODUCTION
III-1- SYSTÈME CELLULAIRE
III-1-2: L’ARCHITECTURE D’UN RESEAU GSM
III-1-3- LES INTERFACES
III-1-4- L’INTERFACE UM
III-1-5- LA LIAISON A-BIS
III-1-6- LE SOUS SYSTEME RADIO
III-1-7- LA STATION DE TRANSMISSION DE BASE (BTS)
III-1-8- CABLES COAXIAUX
III-1-9- COMPOSTIONS D’UNE BTS
III-1-10- LE CONTROLEUR DE STATION DE BASE (BSC)
III-2- EQUIPEMENT DE TRANSMISSION UTILISEE
III-2-1- CHOIX DES EQUIPEMENTS
DIFFERENTES VERSIONS MECANIQUES DE L’IDU
FONCTIONNEMENT DES VERSIONS DE L’IDU LIGHT
ALIMENTATION DU COFFRET IDU
III-2-2- CONFIGURATIONS DE CAPACITES
VERSION IDU CLASSIQUE
VERSIONS IDU LIGHT
III-2-3- FONCTIONNEMENT DES VERSIONS D’ODU (OUTDOOR UNIT)
III-2-4-a- LA CARTE EMETTEUR (TX)
III-2-4-b- LA CARTE RECEPTRICE (RX)
III-2-5- COFFRET ODU
III-2-6– CABLE IDU/ODU
III-2-7– RACCORDEMENT DIRECT AVEC ALIMENTATION FLOTTANTE
II-3- FONCTIONNEMENT
III-3-1– CONFIGURATION 1+0
III-3-2-La carte MCU (Multiplexing and Control Unit)
III-3-3- Fonctionnement des versions de l’IDU Light
III-4- DIMENSIONNEMENT D’UN RESEAU MOBILE
III-4-1- COMPOSITION D’UN SITE RADIO
CONCLUSION
