Energie solaire et bac GET. ‘Nécessité’ de supprimer certains sous-systèmes usagés et/ou obsolètes … Le Futur BAC STI, quelque soit sa forme, intègrera très probablement une partie énergie renouvelable. Rendre le BAC STI plus attractif, le plus vite possible. Une partie du matériel est ou sera disponible dans les établissements.

Les supports disponibles pour étudier le photovoltaïque. Documents papier ou informatique : Ressources internet. Documents techniques panneaux et onduleurs Carte d’ensoleillement, devis. Statistique de mesure sur installation réelle Norme de pose, de revente, … Maquette d’essai : A réaliser Installation photovoltaïque réelle: Disponible dans 4 établissements Les autres lycées équipés ??? Echange des données de mesure.

Trame de progression possible. Etude prévisionnelle d’une installation photovoltaïque. Comparaison avec les relevés statistiques réels de l’installation du lycée. Décodage des documents constructeur. Synoptique d’une installation. Caractéristiques électriques d’une cellule en fonction de l’éclairement. Caractéristique d’un groupe de cellules en série, extension à un module complet. Puissance fournie en fonction de l’éclairement : Rôle du système MPPT. Effet du masquage d’une cellule, rôle des diodes bypass. Technologie, Etc …

TP1 :Etude d’une installation Données de l’étude : 23 m2 de panneau. Exposition plein sud. Installation en Normandie Devis 20 000€ Ressources normatives et documentaires: Montage intégré au bâti : guide d'intégration officiel. Revente de l’énergie à EDF : Les conditions de rachat EDF Carte ensoleillement Documents techniques panneaux photovoltaïques On demande : Estimation de l’énergie produite par an. Temps de rentabilité du projet.

Etude de l’ensoleillement kWh/m2/j 3,5 kWh/m2/j ou 1278 kWh/m2/an Soit 1278 h équivalent plein soleil (1000W/m2)

Caractéristiques des panneaux photovoltaïques TSM-165DB01

Estimation de la production annuelle. Plein soleil : 1000 W/m2 1278 h/an équivalent plein soleil. 165 W produits en plein soleil par panneau. 23 m2 au total soit 18 panneaux installés 3795 kWh/an

Condition de rachat Si intégration au bâti.

Calcul du retour sur investissement Rachat par EDF à 55 cts€/kWh 3795 kWh/an produit Investissement 20 000€ 2087€/an en revente Rentabilisé en 10 ans Moins si crédit d’impôts …

Comparaison avec les relevés réels du lycée Alain. Total 2009 : 2962 kWh Le seuil de rentabilité dépasse alors 12 ans

Raison de l’écart Les caractéristiques sont mesurées dans des circonstances très optimistes … De plus : Tolérance panneau Rendement onduleur et pertes dans le câblage (10%) Inclinaison du panneau Ombre ?? -25% au total -15% pour +30°C

Synoptique de l’installation Panneaux PV Branchement réseau EDF Onduleur Compteur revente Liaison DC Protections Liaison AC

TP2 : Caractéristique électrique d’une cellule Le matériel : Une maquette (Très simple à réaliser) Une source lumineuse (De préférence modulable) Un luxmètre (On peut s’en passer) Boite à décade Voltmètre, ampèremètre …

Caractéristique théorique

Les mesures Eclairement 10 klux Eclairement 5,8 klux U I P Rhéostat 285 0,00 0,474 287,5 136,275 1,65 0,546 284,9 155,5554 1,92 0,635 281,3 178,6255 2,26 0,776 262,2 203,4672 2,96 0,84 239,3 201,012 3,51 0,914 206,4 188,6496 4,43 0,957 162 155,034 5,91 0,969 146,2 141,6678 6,63 0,982 126,8 124,5176 7,74 0,996 102,4 101,9904 9,73 1,007 83,9 84,4873 12,00 1,017 63,7 64,7829 15,97 1,021 54,6 55,7466 18,70 1,03 34,46 35,4938 29,89 1,031 25,39 26,17709 40,61 1,036 12,91 13,37476 80,25 1,037 7,99 8,28563 129,79 1,06 inf U I P Rhéostat 144,7 0,00 0,233 143,2 33,3656 1,63 0,594 136,3 80,9622 4,36 0,73 125,4 91,542 5,82 0,749 125,6 94,0744 5,96 0,755 125,5 94,7525 6,02 0,81 111,8 90,558 7,25 0,828 107 88,596 7,74 0,91 73,9 67,249 12,31 0,947 44,1 41,7627 21,47 0,956 36,3 34,7028 26,34 0,966 25,73 24,85518 37,54 0,976 14,34 13,99584 68,06 0,98 10,12 9,9176 96,84 0,981 inf

Les mesures Eclairement 10 klux Eclairement 5,8 klux

Caractéristique puissance

Charge optimale Maximal Power Point Tracking La puissance maximale est obtenue dans le coude de la caractéristique courant/tension. Charge 3  Charge 6  En fonction de l’éclairement, la charge doit varier pour que la cellule fournisse le maximum de puissance. Système MPPT Maximal Power Point Tracking

Documentation onduleur. Puissance crête des panneaux à ne pas dépasser !

Mesure d’éclairement avec luxmètre Correspondance lux W/m2 ?? Pas simple car cela dépend du spectre lumineux : 683 lux correspondent à 1W/m2 pour une lumière monochromatique de longueur d’onde 550nm. 100 lux correspondent environ à 1W/m2 pour la lumière du soleil. Pour l’éclairage artificiel ?????????? Cela dépend de source lumineuse.

Quelques mesures d’éclairement Plein soleil 100 000 lux ou 1000 W/m2 Ciel couvert 50 000 lux ou 500 W/m2 Ciel pluvieux 10 000 lux ou 100 W/m2 Intérieur (bureau) 500 lux ou 5 W/m2 !!! L’œil humain adapte sa sensibilité et ne permet pas de se rendre compte de l’énorme différence d’éclairement.

Ensoleillement annuel

Mise en série de cellule PV Caractéristique tension courant de 12 cellules en série. Mesure à environ 10 klux U (V) I (mA) P (mW) R 0,00 270 0,32 267 85 1,2 0,84 265 223 3,2 1,35 263 355 5,1 2,10 256 538 8,2 2,55 252 643 10,1 4,53 224 1015 20,2 4,76 214 1019 22,2 5,34 171 913 31,2 5,53 153 846 36,1 5,75 122 702 47,1 5,80 111 644 52,3 5,90 105 620 56,2 6,00 90 540 66,7 6,06 80 485 75,8 6,10 64 390 95,3 6,25 53 331 117,9 6,40 29 186 220,7 6,57 Inf 6*2 cellules PV 1*2 cellules PV Chaque mini panneau de la maquette est déjà un assemblage série de 2 cellules élémentaires. Vmu=0,55V par cellule élémentaire

Comparaison avec les panneaux 72 cellules par panneau, montées en série Vmu=0,6V par cellule élémentaire La tension à vide est presque indépendante de l’éclairement et de la taille de la cellule

Masquage d’une cellule Toutes les cellules sont propres et reçoivent le même éclairement. I Eclairement global 10 klux V 6 panneaux éclairés 1 panneau éclairé

Masquage d’une cellule Apparition de poussière, fientes, ombre, etc sur une cellule. Eclairement global 10 klux I V 1 panneau éclairé 1 panneau masqué 6 panneaux dont 1 masqué

Masquage d’une cellule La cellule masquée ne fournie pas de puissance mais en consomme ! Il faut l’éliminer. U (V) I (mA) P (mW) U cell masquée P cell masquée 46 -5,38 -247,48 0,63 40 25,2 -4,8 -192 1,75 25 43,75 -3,74 -93,5 2,3 21 48,3 -3,12 -65,52 3,4 16,5 56,1 -2 -33 5,57 11 61,27 0,13 1,43 5,9 5,8 34,22 0,45 2,61 6,1 0,67 Elle polarisée en direct et risque d’être détruite.

Masquage d’une cellule On ajoute des diodes bypass sur les cellules. Eclairement global 10 klux I 1 panneau masqué avec diode bypass V 6 panneaux dont 1 masqué 1 panneau éclairé La cellule masquée est éliminée par la diode bypass

Caractéristiques des panneaux Une diode bypass pour 24 cellules !