Soutenance mémoire
Notion sur le rayonnement solaire
Le soleil est une étoile la plus proche de la terre, c’est une boule de gaz composée de 74% d’hydrogène et de 24% d’hélium. Au cœur du soleil se passe des réactions thermonucléaires exothermiques qui transforment l’Hydrogène en Hélium, ces réactions produisent une énorme quantité d’énergie qui s’échappe dans l’espace sous forme du rayonnement solaire ou du flux des particules comme les photons. La terre intercepte une toute petite partie de cette énergie sous forme de lumière. Une moyenne de 1367 watts atteint chaque mètre carré du bord externe de l’atmosphère terrestre (pour une distance moyenne Terre-soleil de 150 Millions de km), c’est ce que l’on appelle la constante solaire égale à 1367W/m². La part d’énergie reçue sur la surface de la terre dépend de l’épaisseur de l’atmosphère à traverser. Le rayonnement qui atteint le niveau de la mer à midi dans un ciel clair est de 1000 W/m² .
Le rayonnement global reçus par une surface plane disposée au sol est composé de :
– rayonnement direct, provenant directement du disque solaire,
– rayonnement diffus, provenant de la voûte céleste : fraction du rayonnement direct diffusé dans toutes les directions dans l’atmosphère
– et l’albédo : c’est la partie du rayonnement solaire réfléchi par le sol, (variable en fonction de la nature du sol) .
Le soleil fournit à la terre 150 milliards MW dont 100 millions MW est reçus par Madagascar.
a. Un rayon de lumière
Le rayon de lumière solaire est une superposition des ondes électromagnétiques de fréquences différentes. C’est aussi un faisceau de photons dont l’énergie est liée à sa longueur d’onde.
b. L’éclairement ou irradiance
L’éclairement ou irradiance est défini comme une puissance d’un rayonnement reçue par une surface. Il s’exprime en W/m2 (watt par mètre carré). Le S.I. (Système International d’unités) recommande d’utiliser le symbole E.
c. L’irradiation ou rayonnement
L’irradiation ou rayonnement est l’énergie reçue par une surface pendant une unité de temps. Elle s’exprime en J m-2 (joule par mètre carré).On la mesure aussi généralement en Wh/m² et par unité de temps (Wh/m².jour). L’irradiation solaire dépend :
– de l’orientation et l’inclinaison de la surface,
– de la latitude du lieu et son degré de pollution,
– les saisons et les caractéristiques climatiques du lieu,
– les conditions météorologiques du moment et la position du soleil dans le ciel.
– de l’instant considéré dans la journée,
– de la nature des couches nuageuses.
Le rayonnement solaire constitue la ressource énergétique la mieux partagée sur la terre et la plus abondante. Ce rayonnement peut être exploité pour produire de l’électricité : c’est l’énergie solaire photovoltaïque .
Energie solaire photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque désigne l’électricité produite par transformation d’une partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre elles et forment un panneau solaire (ou module) photovoltaïque. Plusieurs modules qui sont regroupés dans une centrale solaire photovoltaïque sont appelés champ photovoltaïque. Le terme photovoltaïque peut désigner le phénomène physique « effet photovoltaïque » .
a. Effet photovoltaïque
L’effet photovoltaïque définit l’apparition d’une différence de potentiel dans un semiconducteur soumis à l’action de la lumière, il permet donc, la conversion de l’énergie lumineuse en énergie électriques.
b. Cellules photovoltaïques
Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la lumière, produit de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque.
Principe de fonctionnement d’une cellule
Les matériaux semi-conducteurs sont des corps dont la résistivité est intermédiaire entre celle des conducteurs et celle des isolants. Le silicium est actuellement le matériau semi-conducteur le plus utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques.
a. Les semi-conducteurs intrinsèques :
Un semi-conducteur dont la conductivité ne doit rien à des impuretés est dit intrinsèque. Les électrons situés sur la couche la plus éloignée du noyau, qui participent aux liaisons covalentes peuvent, sous l’effet de l’agitation thermique, devenir porteur de charge. Mais le nombre d’électrons libres dans un semi-conducteur intrinsèque reste très faible. Ici le nombre de trou et d’électron est égal.
b. Les semi-conducteurs extrinsèques
Pour augmenter la conductivité des semi-conducteurs on y introduit des impuretés. Ce procédé est appelé « dopage ».
On remplace un atome de silicium par un atome pentavalent. Quatre d’entre eux assurent les liaisons avec les atomes voisins de silicium et le cinquième resté disponible va être excité très facilement vers la bande de conduction par l’agitation thermique. D’où le nombre d’électron libre qui va fortement augmenter : dans ce cas le nombre de trou est très inférieur au nombre d’électron libre. On obtient ainsi un cristal dopé N (négatif). L’atome pentavalent souvent utilisé est le Phosphore .
On introduit des atomes trivalents à la place des atomes de silicium, ses trois électrons vont assurer les liaisons covalentes avec trois atomes voisins mais laisser un trou au quatrième.
Ce trou se déplace de proche en proche dans le cristal pour créer un courant. Ici le nombre de trous est très supérieur au nombre d’électrons libres du cristal intrinsèque, on obtient donc un cristal dopé P (positif), les impuretés utilisées sont souvent du Bore.
c. Association des cellules
Une seule cellule n’est pas très intéressante à exploiter puisque sa tension est de l’ordre de 0.5 V (très faible) et de puissance maximum faible aussi. L’association de plusieurs cellules entre elles nous permet d’obtenir une tension et une puissance suffisante.
d. Protection des cellules
– Diode By-pass
Lorsque l’une des cellules affectées d’une gêne (ombre…), ou moins performante par rapport aux autres se trouve dans des modules en série, elle devient réceptrice, ce qui entraine l’échauffement de celle-ci. Pour éviter cela, on monte une diode de protection en parallèle avec celle-ci. Cette diode s’appelle diode By Pass, elle limite la tension inverse par sa tension directe puisqu’elle devient passante.
– Diode anti-retour
Pendant la journée la batterie se charge sans problème. Cependant, quand l’obscurité arrive, la batterie se déchargerait dans le panneau solaire ce qui peut détruire ce dernier. L’emplacement d’une diode dans le circuit permet d’empêcher ce phénomène de se produire. C’est cette diode qu’on appelle diode anti-retour.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I : ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE
I.1. Notion sur le rayonnement solaire
b. L’éclairement ou irradiance
c. L’irradiation ou rayonnement
I.2. Energie solaire photovoltaïque
a. Effet photovoltaïque
b. Cellule photovoltaïque
I.3. Principe de fonctionnement d’une cellule
a. Les semi-conducteurs intrinsèques
b. Les semi-conducteurs extrinsèques
c. Association des cellules
d. Protection des cellules
I.4. Module solaire photovoltaïque
I.5. Champ photovoltaïque
I.6. Eléments constitutifs d’une installation photovoltaïque
a. Batteries d’accumulateurs
b. Régulateur
c. Convertisseur
d. Schéma de l’installation
Chapitre II : PRODUCTION DU FROID
II.1. Thermodynamique appliquée en froid
II.2. Transfère thermique
II.3. Moyen de production du froid
a. Définition du froid
b. Fonctionnement de la machine à compression des gaz
Chapitre III : CLIMATISATION
III.1. Définition de la climatisation
III.2. Types de climatisation
III.3. Principe de fonctionnement d’un split system réversible
a. Split System réversible
b. Fonctionnement de la vanne d’inversion de cycle
III.4. Climatisation par alimentation photovoltaïque
CONCLUSION
