La production d’électricité d’origine photovoltaïque Projet documentaire Groupe D3 La production d’électricité d’origine photovoltaïque MARZAK Sara WESTHEAD Thomas FLANDIN Thibault SOULA Adrien MATTEI Joshua PHAM Juliette

Sommaire Introduction I. L’énergie photovoltaïque, pourquoi, comment ? II. La conversion de la lumière en électricité III. Les composants d’un systèmes photovoltaïque IV. Les applications de l’énergie photovoltaïque Conclusion

Introduction

I. L’énergie photovoltaïque, pourquoi, comment ? 1. Histoires d’énergies renouvelables a). Énergies renouvelables b). Pourquoi les énergies renouvelables ? 2. L’énergie du soleil a). L'importance de l'énergie solaire b). Les caractéristiques du rayonnement solaire 3. L’énergie solaire photovoltaïque a). Origine b). Quelques dates importantes

I. 1. Histoires d’énergies renouvelables a). Énergies renouvelables Le soleil, le vent, l'eau, la biomasse, la chaleur géothermique, la chaleur ambiante… b). Pourquoi les énergies renouvelables ? L'énergie mondiale repose à 80% sur les énergies fossiles. Protection du climat et des fondements de la vie. Seul un passage aux énergies renouvelables permettra de freiner l'exploitation destructrice de l'environnement et le gaspillage des matières premières.

II. 2. L’énergie du soleil a). L'importance de l'énergie solaire b). Les caractéristiques du rayonnement solaire Pour couvrir la totalité des besoins mondiaux en électricité avec le solaire photovoltaïque, une surface de 145000 km2 suffirait dans les conditions européennes d'ensoleillement. Densité d'énergie solaire qui atteint la frontière externe de l'atmosphère faisant face au soleil : 1360 W/m2.

I. 3. L’énergie solaire photovoltaïque a). Origine b). Quelques dates importantes Découvert en 1839 par le Français Alexandre-Edmond Becquerel. capacité que possèdent certains matériaux à convertir directement les différentes composantes de la lumière du soleil (et non sa chaleur) en électricité. 1958 : premier satellite 1973 : première maison 1983 : première voiture

II. La conversion de la lumière en électricité 1. Conversion photovoltaïque a). Absorption de la lumière dans le matériau b). Le transfert d'énergie des photons aux charges électriques 2. Principes de fonctionnement – technologies des cellules solaires a). Les composants de base d'une installation photovoltaïque b). Les cellules photovoltaïque 3. Mode de fonctionnement – propriétés des cellules solaires a). Fonctionnement d'une cellule b). Caractéristiques électriques c). Influence de la température

II. 1. Conversion photovoltaïque a). Absorption de la lumière dans le matériau b). Le transfert d'énergie des photons aux charges électriques L'absorption : la lumière pénètre dans l'objet et n'en ressort pas, l'énergie (que portent les grains de lumière ou photons) est restituée sous une autre forme, ici l’énergie électrique. Les photons absorbés transfèrent leur énergie aux électrons libération de l’attraction de leur noyaux circulation de charges courant électrique Notion de gap optique : seuil d’énergie minimum nécessaire a cette libération d'électrons par les photons.

II. 2. Principes de fonctionnement – technologies des cellules solaires a). Les composants de base d'une installation photovoltaïque b). Les cellules photovoltaïque Cellule, module, photogénérateur, accumulateur, régulateur de charges et convertisseur. cellules au silicium monocristallin cellules au silicium polycristallin cellules à couche mince (cellules amorphes au silicium et autres matériaux, tels que par exemple le diséléniure de cuivre et d'indium (CIS) et le tellurure de cadium (CdTe)) « Dopage » des parties avant et arrière de la cellule = différence de potentiel entre ses bornes => circulation du courant.

II. 3. Mode de fonctionnement – propriétés des cellules solaires a). Fonctionnement d'une cellule

II. 3. Mode de fonctionnement – propriétés des cellules solaires b). Caractéristiques électriques c). Influence de la température Conditions standard STC : 1000W/m2, 25°C, AM 1,5. Tension à circuit ouvert ou à vide Uco ≈ 0,6 V Courant maximal à tension nulle ou de court-circuit Icc. Réchauffement d'une cellule solaire = diminution du rendement

III. Les composants d’un systèmes photovoltaïque 1. Les modules a). De la cellule au module b). Caractéristiques 2. Stockage de l’énergie a). Pourquoi stocker de l'énergie ? b). Les accumulateurs au plomb c). Les accumulateurs au nickel 3. Régulateurs de charges a). Pourquoi un contrôle de charge ? b). Fonctions d'un régulateur de charge 4. Les convertisseurs – onduleur a). Pourquoi un convertisseur ? b). Fonctionnement d'un convertisseur DC / AC

III. 1. Les modules a). De la cellule au module b). Caractéristiques Module photovoltaïque ou photogénérateur = cellules reliées entre elles électriquement, branchées en série + diode by-pass (ou diode anti-retour) Tension à vide Uco = n x 0,6V avec n le nombre de cellules en série. Point de puissance maximum Pm = UmIm Le rendement d'un photogénérateur : rapport entre la puissance électrique générée et la puissance lumineuse reçue : η = Pm / E.S Pm : puissance maximale générée S : surface du photogénérateur

III. 2. Stockage de l’énergie a). Pourquoi stocker de l'énergie ? b). Les accumulateurs au plomb c). Les accumulateurs au nickel Ces batteries conçues pour restituer un courant stable pendant de longues périodes en conservant leurs aptitudes à la recharge = « réservoir d'énergie » que l'on remplira d'un côté par le photogénérateur et videra d'un autre par le récepteur. Montage en série. = électrolyte gélifié et d'électrodes de plomb Avantages : longévité, bonne tenue aux températures extrêmes, charge possible à courant faible. Tension nominale par élément : 2V Nickel Cadmium (NiCd) puis Nickel Métal Hydrures (NiMH) Avantages : plus compactes que les batteries Plomb, tension nominale : 1,2 V, une excellente tenue à la chaleur. Inconvénients : autodécharge, charge difficile à moins de 0°C

III. 3. Régulateurs de charges a). Pourquoi un contrôle de charge ? b). Fonctions d'un régulateur de charge Augmenter la durée de vie des batteries => empêcher la surcharge (que la tension dépasse un certain seuil) et empêcher la décharge profonde (que la batterie soit vidée à plus de 90% de sa charge). Protection surcharge : la tension aux bornes de la batterie atteint un seuil haut le régulateur coupe la liaison avec le panneau tension à ses bornes diminue. Protection décharge : seuil bas le régulateur coupe la liaison avec le récepteur tension de la batterie augmente.

III. 4. Les convertisseurs – onduleur a). Pourquoi un convertisseur ? b). Fonctionnement d'un convertisseur DC / AC Transforme le courant continu fournit par le générateur photovoltaïque en courant alternatif avec une tension nominal de 230V L’onduleur impose à sa sortie un système de tensions en créneaux utilisation d’une inductance qui joue le rôle de filtre, permet d’avoir des courants quasi sinusoïdaux alors utilisables par le réseau électrique

IV. Les applications de l’énergie photovoltaïque Applications autonomes, c’est-à-dire non raccordées à un réseau électrique : satellites artificiels appareils portables applications « professionnelles » l’électrification rurale des sites isolés Applications raccordées au réseau : systèmes attachés à un bâtiment systèmes posés sur ou intégrés à des structures parcs photovoltaïques au sol

Conclusion