Cours Solaire 2013 PDF
Cours Solaire 2013 PDF
Cours Solaire 2013 PDF
PLAN :
1/ Rappel sur les unités.
2/ Place du photovoltaïque (PV) parmi les énergies.
3/ Applications du photovoltaïque.
4/ Solaire thermique
5/ La ressource solaire.
6/ Matériaux et Technologies
7/ Association de cellules
8/ Protections des cellules
9/ Convertisseurs (protec, MPP, …)
10/ Syst PV(cablâge, protec, dimensionnement)
11/ Connecté réseau (structure, modalité, connexion)
2
1/ Rappel sur les unités : Energie-Puissance À savoir :
Puissance : unité le watt W P (W)= E(J) / D (s)
1 Watt = 1J / 1S Puissance = P : puissance
Energie : Energie / Durée E : énergie
D : durée
1 joule = 1V 1A 1s
1 cal = 4.18 J c’est la quantité d’énergie nécessaire
pour faire passer 1g d'eau de 24 à 25°C
1 Wh = une puissance de 1 W pendant 1h = 3600 J
1 kWh = une puissance de 1000 W pendant 1h = 3.6 MJ
http://www.matton.fr
ou une puissance de 100 W pendant 10h
par convention 1Tep = 11700 kWh
3
P(W) = F(N).V(ms-1) P(W) = C(Nm)(rds-1) P(W) = U(V).I(A) E = 0t P(t)dt
1/ Rappel sur les unités : Consommation iphone 4.
Relation utile :
Pour un accumulateur (batterie rechargeable)
E (Wh)= C(Ah). V(V)
E : énergie nominale stockée
C : capacité (attention rien à voir avec la
capacité d’un condensateur!) http://www.cnetfrance.fr/
4V : tension http://www.france-digital-phone.com/
http://www.apple.com/fr/iphone/specs.html
1/ Rappel sur les unités :
(1 an = 8760 heures)
5
A la fin de ce cours, vous devrez être
capable de choisir correctement le
panneau solaire et les éléments connexes
qui conviendront à l’application
…
Le photovoltaïque … abordons le sujet!
…
C’est une énergie renouvelable mais est-
ce la principale?
6
2/ Place du photovoltaïque (PV) parmi les énergies.
MONDE
7
www.energies-renouvelables.org/electricite_renouvelable.asp
2/ Place du photovoltaïque (PV) parmi les énergies.
FRANCE
Source (2011):
8
www.energies-renouvelables.org/electricite_renouvelable.asp
Ce n’est donc pas la principale énergie
renouvelable certes mais …
…
Dans quel cas utilise-t-on du solaire
photovoltaïque?
9
3/ Photovoltaïque : des applications décentralisées
Satellites
Photo: VB
balises…
pays en développement
loisirs
Sources :
Bernard Multon,
10 Stephan Astier
3/ Photovoltaïque: plus de puissance … et le réseau
Corp
« individuelle »
: 2005 PowerLight
- Raccordé au réseau
Corp
électrique
PhotoPowerLight
Photo: VB
Photo : 2005
Bavaria solarpark (Allemagne)
62 000m² de panneaux
pour 10 MW
11
3/ Photovoltaïque: plus de puissance … et le réseau
Toit solaire utilisation « individuelle »
Photo: VB
Photo: VB
Photo : 2005 PowerLight Corp
Université Paul Sabatier
2,3 kWc Si amorphe
4 panneaux (500 W, 132V, 4A chacun)
Convertisseur DC/AC + sécurités
12
cellules_souples_
Technologie amorphe
En rouleau
13
3/ Photovoltaïque: plus de puissance … et le réseau
Photo: VB
de Ferrassières (Drome)
14 14500 modules / 1,726 Mwc /
Nous venons de voir les deux types d’utilisation du PV :
- Sites isolés (non connecté au réseau)
(avec ou sans stockage de l’énergie)
- Installations de production connectées au réseau.
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4/ Solaire thermique pour la production d’électricité
Paraboles
Diam : 8m Pe=10kW
Champs de miroir
+ récepteur
Miroir à auges
16
4/ Solaire thermique pour la production d’électricité
Principe
17 Docs : A. Ferriere
4/ Solaire thermique : Exemples
Solar Two
Barstow Désert Mojave
Californie 97-2000 Californie
85000 m² 2000000 m²
12,4 MWe cylindro-paraboliques
354 MWe
Ancienne installation
Themis en France
(83-86) 10740 m² miroir
18 2,5 MWe Photo: VB
avec le soleil, on peut donc faire de l’électricité
directement :
solaire photovoltaïque
ou indirectement :
récupérer de la chaleur
générer de la vapeur
entraîner une turbine
reliée à un alternateur.
19
4/ Solaire thermique pour le chauffage.
le chauffage de la maison
le système solaire combiné
couvre 25 à 60 % des
besoins en chauffage et en
eau chaude
(surface environ 1 à 1,2 m²
pour 10 m² de maison).
20
4/ Solaire thermique pour la cuisine.
http://solarcooking.org/Bender-Bayla-Somalia.htm
http://images.wikia.com/solarcooking/images/7/73/
Minimum_Solar_Box_Cooker_Photo.jpg
Photo: VB
Photo: VB
22
5/ La ressource solaire
18 % de la surface de la France
= 99300km²
avec 2000 kWh/m²/an
et 10% de rendement global, Réserves mondiales d’énergie primaires
on obtient une production
électrique de
20 000 TWh =
conso élec de la planète.
diffus
directement et aisément convertie
en chaleur,
une plus faible part (8 à 25%) peut réfléchi.
être transformée directement en
électricité
Trois composantes dans le rayonnement reçu
24
au sol : le direct, le diffus et le réfléchi.
5/ Une ressource variable.
80
Toulouse.
70 12
11 21-juin 13
21-juil 21-mai
Hauteur
21-sep 21-mars
40
8 16
sur l’année …
21-oct 21-fev
30
7 17
21-nov 21 jan
20 21 dec
et en fonction du lieu.
6 18
10
5 19
0
-130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Azimut
21 dec
80
hauteur(°)
21-oct 21-fev
70
21-sep 21-mars 21-nov 21 jan
60
21-août 21-avril 12
Hauteur
50
21-juil 21-mai
11 21-juin 13
40 10 14
30 9 15
20 8 16
10
7 21 dec21 jan
6
21-nov 21
18
18dec 21 jan
21-nov 17
Antananarivo
21-oct 21-fev
6 21-oct
18 21-fev
hauteur(°)
0
-170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
azimut(°)
Azimut
25 (Madagascar.)
5/ Une ressource variable.
…variable …
Energies journalières Sur l’année en fonction de la météo…
Irradiation solaire 10
ENERGIE SOLAIRE
kWh/m² (Millau 2005) 9
8
Surface Horizontale 7
kWh/m²
données : Météo France 6
5
4
3
2
1
0
…variable sur 01 janv 20 févr 10 avr 30 mai 19 juil 07 sept 27 oct 16 déc
la journée …
28
29
Application à Toulouse.
5/ Spectre du soleil
Centrales photovoltaïques
ISBN 3-905232-26-X
30
31
6/ Effet photovoltaïque CELLULE A JONCTION PN
photon
E = h > Eg
type p type n
33
6/ Effet photovoltaïque CELLULE A JONCTION PN
Photon électrons passe de BV vers BC du semi-
Cellule PV = grosse photo-diode. conducteur et deviennent libres création paire
électron-trou, séparation avant recombinaison dans
la ZCE.
Bandes énergétiques
au sein de l’atome de Si
amorphe
Silicium multicristallin : labo 13%.
labo 19%. modules 6 à 8%.
cellules indus 11, 14%. < 3% du marché
62 % du marché
Silicium monocristallin :
labo 25%.
cellules indus 12, 16%.
27 % du marché
35
6/ Cellule multispectrale.
36
6/ Matériaux et Technologies
Silicium
monocristallin
12 à 16 %.
polycristallin
10 à 14 %
amorphe
6 à 8%.
Cellules multi-jonctions
avec système concentrateur.
40%. (12-2006)
38
6/ Fabrication.
39
6/ Fabrication.
40
Photo: VB
Photo: VB
Une tranche avant le dépôt de
Un morceau de lingot brut la couche anti-reflet.
41
Et quelles sont les caractéristiques électriques
des cellules et des panneaux? …
42
7/ cellule PV.
Ip
Vp
Cellule :
Photo diode de grande surface
(en convention générateur).
Mise en série , la tension augmente, le courant
est fixé par la cellule la moins éclairée.
Mise en parallèle , la tension est la même, le
courant est égal à la somme des courants de
chaque branches
Module : mise en série de cellules,
module « 12 volts » => 36 cellules
43 22 volts à vide, 16 – 17 volts au MPP
7/ Caractéristiques électriques Caractéristique I(V)
panneau a-Si
15cm x 5cm
Courant IPV(mA)
tension VPV(V)
convention générateur
pPV = vPV. iPV
Ppv> 0 dans le quadrant 1
le panneau fournie de l’énergie. Schéma équivalent à une diode
Le panneau travaillera normalement d’une cellule photovoltaïque
44
toujours dans ce cadran.
7/ Caractéristiques électriques
Caractéristiques
I(V) et P(V)
convention générateur
45
7/ Caractéristiques électriques
Photowatt PW1650.
72 cellules
47
8/ protection des cellules.
48
8/ effet d’ombrage avec ou sans diode bypass.
50
9/ maximum de puissance (MPPT)
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10/ Système autonome
BAT
OND
PV
L
COM CH
52
10/ Batteries
Durée de vie
d'une batterie
en fonction de
la profondeur
de décharge
Source :
L'électricité Photovoltaïque,
53
Collection : "le point sur"1995
10/ Onduleurs
Paramètres de choix :
autonome / connecté au réseau,
puissance,
tension d’entrée,
cos max,
forme d’onde,
conso à vide (%de Pnom)
Source :
Sunny Boy-Mastervolt
54
10/ Charges
AC ou DC
Consommation
Consommation à vide
Puissance de démarrage
LAMPES :
Température de couleur et IRC (100 pour lumière du jour)
Sources : Wikipedia +
55 http://energie-environnement.ch/info_pdf/irc.pdf
10/ Système photovoltaïque : installation
Traversée de murs
Source : Labouret
57
10/ Système photovoltaïque, câblage.
Pertes en ligne
en courant
continu.
R =2.ρ.l / S
U limitée à 2%
de la tension utilisée
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10/ Système photovoltaïque : câblage et protections
Protection contre la foudre
61
11/ Système photovoltaïque connecté au réseau
Types de raccordement
Source :
de retour sur l’investissement très différents d’un système à
l’autre; retour sur investissement environ 10 ans actuellement..
Biblio
Hespul INES Hespul INES
www.outilssolaires.com www.outilssolaires.com
www.photovoltaique.info www.photovoltaique.info
64
Conclusion
Systèmes autonomes
petite puissance : éclairage, réfrigération
pompage (fil de l’eau)
alimentation TV, radio, balise,émetteur
65
Conclusion en chiffres (quiz)
La puissance récupérée est réduite.
67