Les panneaux solaires

II- Fonctionnement et utilisation Principe de fonctionnement Qu'est-ce qu'un panneau solaire ? Comment fonctionne-t-il ? Les panneaux solaires photovoltaïques seraient-ils une alternative écologique pour répondre à la consommation d’énergie mondiale ? Sommaire : Introduction I- Historique La découverte II- Fonctionnement et utilisation Principe de fonctionnement Utilisation des panneaux solaires Le solaire thermique Chauffe-eau solaire III- Les avantages et les inconvénients Les avantages Les inconvénients IV- Etudes statistiques Conclusion Bibliographie

La France consomme 482,4 TWh/an soit environ 8MWh/an par personne. Introduction La France consomme 482,4 TWh/an soit environ 8MWh/an par personne. Pour info une plaque électrique consomme 600KWh/an pour la cuisson, il nous faudrait 13 000 000 de plaques électriques pour avoir l'équivalent de la consommation d'un Français. Essayer d'imaginer comment consommer autant d'énergie? La planète se vide de ses ressources et il faut trouver une solution à long terme.

La découverte Alexandre Edmond Becquerel  principe de la conversion de la lumière en électricité 1839. Matériaux faisaient des étincelles  exposition à la lumière. 1954 Bell Téléphone  première cellule photovoltaïque: rendement 6% Choc pétrolier 1973 essor de l’énergie solaire 1990ouverture du marchés du photovoltaïque  rentable dans campagnes

A l’époque on disposait de: Photopiles à base de silicium monocristallin bon rendement prix élevé 500-1000 francs pour 1watt à midi1 watt crête Dès 1978  1 Mégawatt crête 1985  20Mégawatts crête Aujourd’hui  plus de techniques+ de méthodes pour construire une cellule photovoltaïque et d’autres matériaux semi-conducteurs

Principe de fonctionnement Un panneau solaire réceptionne une luminosité et la traduit grâce à un démodulateurs en courant électrique .Donc on récupère de l’énergie électrique à partir de la lumière. Le panneau solaire est constitué de cellules photovoltaïques. Epaisseur totale = ordre du millimètre. Couvertures de protections = indispensables, car fragile. La puissance électrique dépend de l'ensoleillement. Nulle: nuit Maximum: soleil au zénith

Utilisation des panneaux solaires Principales fonctions produire de l'électricité dans milieux isolés accès à l’électricité pour logement sans réseau Utilisation de l’électricité produiteappareils ménagers milieu urbainlampadaire/panneaux de signalisation/afficheur d’informations arrêts de bus Solaire thermique  chauffe-eau

Cas général Cellule photovoltaïque élément de base des panneaux solaires Produit de l’électricité à partir de l’énergie solaire en utilisant l'effet photovoltaïque . Prix élevé MAIS faible rendement La production + transport de charges négatives et positives sous l'effet de la lumière dans un matériau semi-conducteur  photons heurtent la surface de ce matériau transfèrent d’énergie aux électrons de la matière mouvement des électrons dans une direction particulière = courant électrique recueilli par des fils métalliques très fins.

Cas du solaire thermique L'effet photovoltaïque ≠ solaire thermique  transformation du rayonnement solaire en chaleur, mais coût élevé. Energie solaire eau jusqu’à 60°C en hiver et 90°C en été. Mais utilisation 8 mois sur 12  De Février à Novembre

Cas du chauffe-eau solaire panneaux thermiques captent les rayons solaires = chauffe l’eau. Les panneaux sont constitués de: - coffre rigide et isolé recouvert d’une vitre prismatique (95% des rayons retenu à l’intérieur = production de l’effet de serre). - Tubes en cuivres recouvert d’un absorbeur  reçoivent le rayonnement solaire et s’échauffent. -A l’intérieur des tubes  liquide caloporteur circule dans réseau hydraulique des panneaux solaire au ballon de stockage. Rendement : 4m2 de capteurs orientés au sud et inclinés à 45° = 300 litres d’eau chaude. Quelques statistiques : Chauffe-eau solaires = bon rapport qualité prix.  40% à 60% des économies annuelles ~ 150€/années. 3 à 4 m² de capteurs avec ballon 200 à 300L ~ 4000 à 7000€ pose comprise

Principe d’une installation autonome Le principe --> charger les batteries-->stockage du surplus de la production électrique-->réutilisation. Courant contrôlé par un régulateur solaire (gère la répartition de l’énergie) Possibilitée :.de rajoute un onduleur au système -->alimenter des apprareils demandant + de puissance ex : un ordianteur. Câble Régulateur solaire Ondulateur 230V Batterie solaire

Avantages et Inconvénients L’installation est approprié aux régions  ne comporte pas de pièces mobiles  utilisation sur engins spatiaux. Coût de fonctionnement faible  entretiens réduits, nécéssite ni combustibles ni transport fréquent ni personnel qualifié pour installation Non-polluants, silencieux et n’entraînent pas de perturbation du milieu ( occupation de l’espace et installations de grandes dimensions).

Inconvénients Fabrication de la cellule  haute technologie et coût élévé Dépend de la météo et de l’ensoleillement de la région Le stockage de l’énergie électrique =nombreux problèmes Faible rendement ,cause: fonctionnement des cellules  déplacement d’un électron - énergie du rayonnement doit être > 1 eV. Rayon ayant une énergie + faible  pas transformés en électricité. <1750h 1750-2000h 2000-2250h 2250-2500 2500-2750h >2750h Carte de l’ensoleillement annuel

Comparaison Le silicium amorphe et le silicium cristallin Rendement ++ Comportement en Température Fonctionnement si faible luminosité Fonctionnement par temps couvert Fonctionnement si ombrage partiel Stabilité Prix Les rendements typiques silicium cristallin: 11 à 15% silicium amorphe:5 à 7%

En conclusion de notre comparaison       A puissance égale:  le silicium amorphe produit ~ 10 à 15% de plus que cristallins.  mais rendement modeste car demande beaucoup d’espace.  silicium amorphe bon pour réseau électrique d’une maison ou pour applications de faible puissance.  mais les modules cristallins dont le coût plus élevés  meilleur rendement et meilleur pour applications autonomes.