dimensionnement d'une installation photovoltaique Amira BACHA Docteur-Ingénieur en Génie Electrique Contact: Module: E NERGIES RENOUVELABLES Chapitre I

A MIRA BACHA P LAN DE CHAPITRE  Les modules  Le gisement solaire  Les onduleurs  Les installations photovoltaïques  Aspect architectural & Intégration au bâti  Dimensionnement de la partie DC d'une installation photovoltaïque  Dimensionnement de la partie AC d'une installation photovoltaïque 2 M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE

A MIRA BACHA L A SILICE : MATIÈRE PREMIÈRE D ' UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE  La silice est un composé chimique nommée aussi dioxyde de silicium, de formule chimique SiO 2. La silice est l’élément le plus répandu dans la croûte terrestre après l’oxygène. Il représente 25 % de la masse de la croûte terrestre.  La silice se présente sous la forme d'un minéral dur. Dans la nature, on la trouve en grande quantité dans :les roches sédimentaires détritiques (sables, grès),  les roches métamorphiques,  roches magmatiques M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 3

A MIRA BACHA L A SILICE : MATIÈRE PREMIÈRE D ' UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE  La photo ci-contre est une carrière de sable silice à Fontainebleau (France). Considérés comme un des meilleurs gisements mondiaux de sables siliceux, avec celui de Mol en Belgique, ces sables s’étendent de Nemours à Etampes et Dourdan sur près de 50 km. Il y a 33 millions d'années, la mer envahit la région parisienne et dépose 60 m de sable dans la région d’Etampes : ce sont les sables de Fontainebleau. Les gisements fournissent des sables fins blancs de très grande pureté (97 à 99 % de silice). M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 4

A MIRA BACHA LA FABRICATION DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES Deux technologies de cellules photovoltaïques sont présentes aujourd'hui :  Les cellules dites cristallines  Les cellules dites couches minces Le constituant essentielle d'une cellule photovoltaïque responsable de l'éffet photovoltaïque est un semi-conducteur. Le semi-conducteur le plus utilisée aujourd'hui est le silicium. Nous évoquerons donc uniquement le silicium dans ce cours, mais d'autres semi-conducteur existe telle que le sélénium, le tellure de cadnium, etc. M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 5

A MIRA BACHA LA FABRICATION DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES La définition du module photovoltaïque est le plus petit ensemble de cellules solaires photovoltaïques interconnectées complètement protégé contre l'environnement : M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 6

A MIRA BACHA LA FABRICATION DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES Dans la fabrication d'un module photovoltaïque, l'encapsulation a pour but de regrouper les cellules en série ou en parallèle afin de permettre leur utilisation à des tensions et des courants pratiques tout en assurant leur isolation électrique et leur protection contre les facteurs extérieurs. Cette protection doit permettre une durée de vie des modules photovoltaïques supérieure à 20 ans. En pratique, l'encapsulation consiste à la mise en sandwich de l'ensemble constitué par les cellules et le matériau encapsulant (EVA) entre deux plaques de verre (procédé bi-verre) ou entre une plaque de verre et un ensemble constitué de couches minces de polymère (tedlar, mylar) et d'aluminium (procédé mono-verre). M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 7

A MIRA BACHA LA FABRICATION DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES  Le module photovoltaïque consiste en un lot de cellules photovoltaïques connectées entre elles, puis enrobées dans une résine transparente, l'EVA.  La face arrière des cellules est recouverte d'une film multicouche composé de Tedlar et d'aluminum.  La face avant des cellules est quant à elle recouverte d'une verre.  Les connexions de sortie de la face arrière des cellules sont isolées électriquement par un film de polymère transparent, nommé Mylar. Cette assemblage est effectué à vide. M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 8

A MIRA BACHA S ÉLECTION ET ASSEMBLAGE DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES  Toutes les cellules composant un module photovoltaïques doivent être identiques. Ainsi, les cellules arrivant dans une usine de production de modules photovoltaïques sont sélectionnées individuellement. Elles sont appariés en fonction de leurs propriétés électriques. Puis, les cellules photovoltaïques sont soudées deux à deux. M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 9 Les cellules sont connectées entre elles par de fins rubans métalliques. La connexion se fait du contact en face avant (-) au contact en face arrière (+). Les rubans adhèrent par soudure à la cellule photovoltaïque grâce à une lamelle de cuivre étamé (cuivre + étain).

A MIRA BACHA E TAPE DE LAMINATION DES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES  Le processus de lamination consiste à chauffer les modules et en même temps à les plaquer pour qu’ils deviennent très fins et sous vide.  La lamination se déroule dans un laminateur. M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 10

A MIRA BACHA E TAPE DE LAMINATION DES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES  Le laminateur dispose d'une chambre supérieure et d'une chambre inférieure.  La température et la pression de chacune de ces chambres sont contrôlées grâce à une pompe à vide et des résistances chauffantes.  Le module photovoltaïque, qui joue le rôle de laminât, se présente dans le laminateur entre les deux chambres M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 11

A MIRA BACHA E TAPE DE LAMINATION DES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES  Le cycle de lamination débute par l'introduction de l'ensemble constitué de cellules et des matériaux encapsulants (verre, EVA, cellules, mylar, tedlar, aluminium), dans la chambre inférieure du laminateur où la température est maintenue constante à 100 °C. La chambre supérieure, dont la paroi du bas constitue le diaphragme, est à ce moment sous une pression de 0.1 mmHG, soit quasiment sous vide.  La lamination se fait en deux temps  Dans une première phase, on procède au pompage de l'air se trouvant à l'intérieur de la chambre inférieure contenant le laminât, et ce durant 5 minutes. Le niveau du vide atteint est alors de 0.1 mmHg, il sera maintenu durant les opérations de lamination et de polymérisation.  Dans une deuxième phase, alors que la chambre supérieure maintenue sous vide à 0.1 mmHg durant ces 5 première minutes, elle sera mise sous pression atmosphérique en 1 minute de temps. Cette étape est désignée sous le vocable "Press time". A ce stade, l'action conjuguée de la pression excercée par le diaphragme et l'effet de l'aspiration conduit à chasser l'air résiduel se trouvant dans le laminât. Ceci marque la fin du cycle de lamination M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 12

A MIRA BACHA E TAPE DE POLYMÉRISATION DES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES  La polymérisation s'effectue à 156 °C pendant 15 minutes. Il s'agit d'une réaction de polymérisation de l'EVA. A l'issue de cette réaction chimique, tous les matériaux encapsulants se lient fortement et ce d'une manière irréversible, conduisant à l'obtention d'un ensemble compact.  Après refroidissement, à 100 °C, la chambre inférieure est mise sous pression atmosphérique alors que celle du haut revient à 0.1 mmHg. M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 13

A MIRA BACHA M ODULE ÉNERGIE RENOUVELABLE 14