Solaire Photovoltaïque et technique de suivie

Solaire Photovoltaïque et technique de suivie

Solaire Photovoltaïque et technique de suivie 

L’energie solaire photovoltaïque provient de la conversion de la lumière du soleil en électricité au sein de matériaux semi-conducteurs comme le silicium ou recouverts d’une mince couche métallique. Ces matériaux photosensibles ont la propriété de libérer leurs électrons sous l’influence d’une energie exterieure. C’est l’effet photovoltaique. L’energie est apportée par les photons, (composants de la lumière) qui heurtent les électrons et les libèrent, induisant un courant électrique. L’electricite produite est disponible sous forme d’electricite directe ou stockee en batteries (energie electrique decentralisee) ou en electricite injectée dans le réseau. Un générateur solaire photovoltaïque est composé de modules photovoltaïques eux même composés de cellules photovoltaïques connectées entre elles. Les performances d’une installation photovoltaique dependent de l’orientation des panneaux solaires et des zones d’ensoleillement dans lesquelles vous vous trouvez.

La structure de la cellule photovoltaïque : Une cellule photovoltaïque est constituée de plusieurs couches. On trouve au centre de cette cellule, une couche avec porteurs de charges libres négative (N) en contact avec une autre couche avec porteurs de charges libres positives (P). De part et autre du coeur de la cellule, on a une couche conductrice (K) autrement dit une grille métallique, puisqu’il faut que cette couche soit conductrice et ne subisse pas des phénomènes de corrosion. On a donc une couche qui sert de cathode (pôle +) recouvrant la couche semi-conductrice dopée N et une couche qui joue le rôle de l’anode (pôle -) en dessous la couche semi-conductrice P. Aussi le silicium est très réflecteur, on place donc un revêtement anti-réflexion sur le dessus de la cellule. Enfin on trouve une couche de verre qui protège la cellule. Ces couvertures de protections sont indispensables car la cellule est tres fragile. L’epaisseur totale de la cellule est de l’ordre du millimètre. Pour finir, on relie les cellules entre elles, constituant alors le panneau solaire, afin d’obtenir une puissance suffisante.

Le dopage et la jonction P.N :

Il peut être illustré par l’exemple suivant, qui présente le cas d’une cellule au silicium : La couche supérieure de la cellule est composée de silicium dopé par un élément de valence supérieure dans la classification périodique, c’est à dire qui possède plus d’électrons sur sa couche de valence que le silicium. Le silicium possède 4 électrons sur sa couche de valence : on peut donc utiliser des éléments de la colonne de l’oxygène, par exemple le Phosphore P. Cette couche possédera donc en moyenne une quantité d’électrons supérieure à une couche de silicium pur. Il s’agit d’un semi-conducteur de type N. La couche inférieure de la cellule est composée de silicium dopé par un élément de valence inférieure au silicium. Il peut s’agir de Bore B. Cette couche possédera donc en moyenne une quantité d’électrons inférieure une couche de silicium pur. Il s’agit d’un semiconducteur de type P. Lorsqu’on met ces deux semi-conducteurs en contact (de manière à ce qu’il puisse y avoir conduction), on crée une jonction PN, qui doit permettre le passage des électrons entre les deux plaques. Cependant, dans le cas d’une cellule photovoltaïque, le gap du semiconducteur de type N est calculé de manière à ce que le courant ne puisse pas s’établir seul : il faut qu’il y ait un apport d’énergie, sous forme d’un photon de lumière, pour qu’un électron de la couche N soit arraché et vienne se placer dans la couche P, créant ainsi une modification de la répartition de la charge globale dans l’édifice.

Deux électrodes sont placées, l’une au niveau de la couche supérieure et l’autre au niveau de la couche inférieure : une différence de potentiel et un courant électrique sont créés. L’effet repose donc a la base sur les proprietes semi-conductrices du matériau et son dopage afin d’en améliorer la conductivité. Pour modifier les propriétés conductrices du silicium on y introduit des traces d’un autre élément appelé impureté : c’est le dopage. Le silicium est traité d’une certaine manière, on dit dopé, cette technique permet au silicium de jouer le rôle d’une diode, c’est-à-dire que les électrons ne pourront « passer » que dans un unique sens. La technique de dopage d’un semi-conducteur consiste à lui ajouter des impuretés, c’est-à-dire des éléments ayant un nombre différent d’électrons de valence. Les électrons porteurs de charge, générés par la lumière du soleil, sont partiellement perdus dans le volume du silicium à cause de la présence d’impuretes residuelles (atomes de fer, titane…). Les chercheurs développent donc des procédés permettant de piéger ces atomes dans des zones inactives. Les atomes du matériau de dopage, ou dopant (donneurs ou accepteurs d’électrons), et ceux du silicium ont un nombre différent d’électrons périphériques.

Modèle astronomique

Les systèmes de suivi solaire simples et doubles sont fortement recommandés pour les pays à faible rayonnement solaire. Il existe de nombreuses conceptions pour ces systèmes de suivi solaire, mais la plupart est basée sur les capteurs de lumière qui suivent le soleil selon la methode de l’ombre et de la lumière, qui ne sont pas fiables pour de nombreuses raisons, décrites dans le prochain chapitre. Les systèmes photovoltaïques fixes, suivis ou concentrés ont un résultat différent selon les emplacements des systèmes dans le monde. En règle générale, le traqueur à deux axes est plus efficace que le traqueur à un seul axe et les deux sont plus efficaces qu’un panneau solaire fixe. Il existe de nombreux articles comparant l’efficacité des systèmes à plaque plate fixe et des systèmes de plaque plate de suivi à 1 et 2 axes et on a cité quelques un dans le chapitre précèdent. La conception d’un système de suivi solaire doit adopter certaines caractéristiques importantes telles que : précision, durabilité, fiabilité, facilité d’entretien et rentabilité.

Au derrière années, de nombreux traqueurs conçus pour localiser la lumière du soleil à l’aide d’un capteur de lumière utilisant deux LDR mais ce type de traqueurs sont confrontés à de nombreux problèmes, car les mesures du capteur de lumière sont affectées par la poussière, les excréments d’oiseaux, les nuages, ou de la lumière réfléchie par le verre des fenêtres environnantes des bâtiments. Pour résoudre ce problème, les concepteurs présentent des systèmes qui localisaient la position du soleil en utilisant des microcontrôleurs qui résolvent des équations astronomiques pour localiser la position du soleil. Ces systèmes lisent periodiquement l’heure et la date a partir d’un controleur en temps reel par la suite le microcontroleur calcule les angles solaires et donne l’ordre aux actionneurs pour se mettre en position optimale (le modèle mathématique sera présenté dans la suite de ce chapitre).

Mouvement de terre autour de soleil :

La Terre tourne autour du Soleil en une année : c’est la définition de l’année : on appelle cela un mouvement périodique. L’orbite de la Terre autour du Soleil n’est pas vraiment un cercle, mais une ellipse. Un cercle a un centre et un rayon ; une ellipse a deux foyers et un rayon moyen. Le Soleil occupe un des foyers. La distance de la Terre par rapport au Soleil n’est pas constante mais varie dans l’année, autour d’une valeur moyenne 149,5 millions de kilomètres ; La distance est de 147 millions de kilomètres au mois de janvier ce point est appelée périhélie ; Elle est de 152 millions de kilomètres au mois de juillet on l’appelle le l’aphelie. La variation de cette distance au cours de l’année n’a que peu de conséquences sur le climat et, en tout cas, n’est pas responsable des saisons, contrairement à ce qu’on pourrait penser au premier abord. Dans l’hémisphère Nord, la Terre est même plus proche du Soleil en hiver qu’en été.

C’est l’inclinaison de la planete qui joue un rôle majeur dans l’existence des saisons, surtout aux moyennes et hautes latitudes. La longueur de l’orbite terrestre est de 930 millions de kilomètres. Comme la Terre parcourt cette orbite en un an, c’est-à-dire, 365 jours, 6 heures, 9 minutes et 4 secondes (12 mois), sa vitesse moyenne est de 106 000 kilomètres/heure soit 30 kilomètres/seconde. C’est à la fois rapide et lent. C’est rapide par rapport aux vitesses que l’homme peut atteindre (notamment grâce à ses véhicules), mais lent par rapport à la taille de la planète : la Terre ne parcourt qu’environ 8 fois sa taille en une heure, ce qui pour un être humain représenterait une vitesse de seulement 10 à 15 mètres à l’heure (le rythme de marche normale est de 3-4 km/h soit environ 300 fois plus rapide !). La vitesse de la Terre n’est pas constante : elle va plus vite quand elle est près du Soleil, et ralentit quand elle s’en éloigne (mais cette variation est assez faible, tout comme sa distance au Soleil change peu).

Table des matières

Remerciements :
Dédicace :
Table des matières :
Liste des figures :
Liste des acronymes :
Résumé :
Introduction générale
1 . Introduction :
2 . Gisement solaire en Algérie :
3 . Future de l’énergie solaire :
chapitre I: Solaire Photovoltaïque et technique de suivie
1 . Introduction :
2 . La structure de la cellule photovoltaïque :
3 . Le fonctionnement :
. L ‘absorption de la lumiere dans le materiau :
. Le transfert de l’énergie lumineuse aux électrons :
.La collecte des charges :
4 . Les traqueurs solaires :
. Classification :
5 .Conclusion :
chapitre II: Modèle astronomique
1 . Introduction :
2 . Mouvement de terre autour de soleil :
3 . Revue bibliographique
4 . Les coordonnées géographiques :
. La longitude () :
. La latitude () :
5 .Astronomie sphérique :
.Règle des cosinus :
.Règle des sinus :
6 . Angles solaire :
. Déclinaison (?) :
. L’equation du temps ET :
. Le temps solaire vrai et l’angle horaire du soleil
. Hauteur angulaire du soleil h :
. Temps de coucher et de lever de soleil :
7 . Analyse fonctionnelle :
. Bête à corne :
. Diagramme des inter-acteurs (pieuvre) :
.Diagramme FAST :
.Cahier de charge fonctionnelle (cdcf) :
.Schéma cinématique :
8 .Conclusion :
chapitre III: Modèle photovoltaïque
1 .Introduction :
2 .Principe général :
3 .Organigramme de fonctionnement :
4 .Analyse dynamique :
.Calcule des vitesses :
5 .Conception 3D :
6 .Conclusion :
chapitre IV: Réalisation de la maquette
1 .Introduction : 7
2 . Réalisation de la maquette de modèle astronomique :
.Matériel utilisé :
.Schéma électrique :
3 . Réalisation de la maquette de modèle photovoltaïque :
.Matériel utilisé :
. Schéma électrique :
4 . Partie mécaniques :
5 . Test et discussion :
Conclusion générale :
Reference:
Annexe

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