Projet Photovoltaïsme BEN-MIMOUN Farah EUGENE Benoît GOUSSEAU Simon LITOVSKY Nicolas FORESTIER Eugénie Mail : prénom.nom@phelma.grenoble-inp.fr Site internet : http://sites.google.com/site/acephotovoltaique/

Plan Séance 1 (5 mars) : Présentation du projet Energie et la puissance Fonctionnement du photovoltaïsme Séance 2 à 4 (12,19 mars et 2 avril) : Réalisation du projet Expériences pour mieux comprendre le PV Préparation de la visite Séance 5 (23 avril) : Visite de l’Institut National de l’Energie Solaire (INES) Séance 6 (30 avril) : Retour d’expérience sur la visite Préparation à la visite de Minatech

L’Energie Définition :   Un corps possède de l'énergie lorsqu'il peut fournir du travail ou de la chaleur. Exemples: Le soleil, le bois, le charbon, le pétrole, le gaz, les matériaux nucléaires, les réserves d'eau, le vent ... sont des sources d'énergie. L'énergie se mesure en Joules (J=N.m).   Dans certains cas, on utilise d'autres unités : - la calorie : 1 cal = 4,18 J. - la thermie : 1 Th = 10^6 cal - le wattheure : 1 Wh = 3 600 J - le Kilowattheure : 1 KWh = 1000 Wh = 3 600 000 J

Dans toute transformation, l'énergie se conserve en quantité Dans toute transformation, l'énergie se conserve en quantité. L'énergie produite et l'énergie dissipée (="disparue") sont égales. Exemple : un moteur électrique absorbe de l'énergie électrique et produit de l'énergie mécanique (rotation) et de l'énergie thermique (frottements et échauffement des fils). Dans cet exemple, seule l'énergie mécanique produite par le moteur est utile (Wu). La chaleur qui apparaît est une perte (Wp). L'énergie électrique consommée par le moteur est l'énergie absorbée (Wa). Nous avons la relation suivante :  Wa = Wu + Wp Le rendement est le rapport entre l'énergie utile (Wu) et l'énergie absorbée (Wa) : η= Wu/Wa

La Puissance L'énergie peut produire un travail mécanique, c'est à dire un mouvement. Or, un même travail peut être effectué en des temps différents. Un ouvrier monte sur son dos un sac de 35 kg au 4ème étage d'un immeuble ; il met 3 minutes. => Un monte charge peut faire le même travail en 20 secondes. Pour un temps donné, plus une machine fournira de travail plus elle sera puissante. La puissance d'une machine est l'énergie qu'elle fournit en 1 seconde. La puissance se note P. Elle se mesure en Watt. P=W/t W en Joule t en seconde P en Watt  

Quelques exemples Pour exprimer les performances d’un moteur, utilise-t'on des kW ou kWh ? Le mode veille d’un appareil consomme 10 Watts. Quelle énergie cela représente-t-il par an? Exprimer en Wh, KWh et calories En moyenne un homme mange l’équivalent de 2000 kilocalories par jour. Calculez la puissance moyenne fournie relative à une activité normale. Un paquet de M&M’s comporte 230 Kcal, combien cela représente-t-il en kWh ? Quelle puissance pourrez-vous produire pendant 1heure? Un radiateur électrique porte les indications 230 V, 1500 W. 1. Quelle est l'intensité du courant qui le traverse lors d'un fonctionnement normal ? 2 . Calculer l'énergie qu'il consomme en 24 heures. 3. Quel est son coût en 24 heures de fonctionnement continu si le kWh est facturé 0,11 euros ?

Efficacité : ampoule incandescente 5% (100W) LED : 25% (20W) Durée de vie : ampoule incandescente : 1000 heures LED : 10000 heures Coût électrique? (1kWh=0,11€) Coût de l’ampoule: ampoule incandescente = 10€ LED : 8€ Coût total? Conclusion?

Qu’est-ce que le photovoltaïsme?

Quelques utilisations Panneaux solaires Voiture solaire dans le désert

Domaine spatial (le plus ancien, années 60) Résidences urbaines (maisons raccordées au réseau) Habitation isolée (pays en voie de développement) → problème du coût initial Biens de consommation (calculatrices, montres ...) → alternative aux piles

Les enjeux de l’énergie solaire Contexte Les enjeux de l’énergie solaire Les besoins énergétiques ne cessent d'augmenter (de plus en plus d’appareils électriques) Problème des combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon) • réserves limitées • problèmes environnementaux (effet de serre) ⇒ énergies renouvelables ⇒ énergie solaire Toutes les 40 minutes le soleil fournit l'énergie dont les hommes ont besoin en 1 an ⇒ utilité de mieux développer l'énergie solaire

Le gisement solaire français

Le photovoltaïque en France En France, prix de rachat élevé du kWh produit par le photovoltaïque : 0.445 €/kWh Prix de l'électricité en France (EDF) : 0.11€/kWh en 2006 Mesures fiscales incitatives pour l’installation de systèmes.

Part du photovoltaïsme dans l’électricité

Protocole expérimental Traiter la lame de cuivre pour faire apparaître l’oxyde. Traitement à l’acide nitrique ou par meulage.   Plonger la lame de cuivre dans une solution salée (avec une lame d’aluminium) ou de nitrate de Plomb (avec une lame de Plomb). Relier les deux lames à un ampèremètre. Allumer la lampe et la diriger vers la lame de cuivre. Observer l’influence de la lumière sur le courant.

Expérience

Répartition des électrons

Le dopage Dopage type n Dopage type p Avec Phosphore (dopage n) : on apporte un électron qui sera libre de se déplacer. Avec Bore (dopage p) : on apporte un trou (ie, on enlève un électron) qui sera libre de se déplacer.

Schéma de fonctionnement d’une cellule solaire

Pourquoi le Silicium (Si) ? Bande interdite pas trop élevée : 1,1 eV Peu coûteux et très abondant (28% de la surface de la Terre) Non toxique. Propriétés très bien connues. Processus de mise en forme bien maîtrisés, très grande pureté.

Les différentes technologies Performances industrielles Si monocristallin • rendement ~ 16-19% • prix élevé • rendement faible sous un faible éclairement Si polycristallin • rendement ~ 14-16% • meilleur rapport qualité / prix Si amorphe • rendement ~ 5-7% • fonctionne avec un éclairement faible (calculatrices) • Si déposé sur une feuille de verre CdTe, CIS, CIGS (Cu(In, Ga)Se2) • rendement ~ 11-12% • flexible sur acier ou polymère

Processus de création de cellules