L’énergie solaireDiapo n° 2Diapo n° 2 L’irradiation solaireDiapo n° 3Diapo n° 3 La cellule PhotovoltaïqueDiapo n° 4Diapo n° 4 L’effet PhotovoltaïqueDiapos.

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1 L’énergie solaireDiapo n° 2Diapo n° 2 L’irradiation solaireDiapo n° 3Diapo n° 3 La cellule PhotovoltaïqueDiapo n° 4Diapo n° 4 L’effet PhotovoltaïqueDiapos n° 5 & 6Diapos n° 5 & 6 Les panneaux PhotovoltaïquesDiapos n° 7 à 9Diapos n° 7 à 9 Caractéristiques des panneaux Photovoltaïques Diapo n° 10Diapo n° 10 Les différents modes de production de l’électricité PVDiapo n° 11Diapo n° 11 Les différents types d’implantation des PV dans le bâti Diapos n° 12 à 15Diapos n° 12 à 15 Performances énergétiques & aspect financierDiapo n° 16Diapo n° 16 Les différents types de technologies PhotovoltaïquesDiapo n° 17 Processus de fabrication des modules PhotovoltaïquesDiapo n° 18 Durée de vie de l’équipement photovoltaïqueDiapo n° 19Diapo n° 19

2 Unités utilisées Le soleil décharge continuellement une énorme quantité d'énergie radiante dans le système solaire, la terre intercepte une toute petite partie de l’énergie solaire rayonnée dans l’espace. Une moyenne de 1367 watts atteint chaque mètre carré du bord externe de l'atmosphère terrestre (pour une distance moyenne Terre-soleil de 150 Millions de km), c’est ce que l’on appelle la constante solaire égale à 1367W/m². Normalisation : Les conditions standards de qualification des modules photovoltaïques sont : un éclairement de 1000W/m² et une température de 25°C pour un angle d’inclinaison moyen de 45 °. Influence de l’angle d ’inclinaison du capteur sur la production d ’énergie θ = α : production moyenne sur l ’année maximale θ = α - 15° : production favorisée en été θ = α + 15° : production favorisée en hiver Diapo 2 Retour

3 Signalons que, outre l’incidence de l’atmosphère, l’irradiation solaire dépend : - de l’orientation et l’inclinaison de la surface, - de la latitude du lieu et son degré de pollution, - de la période de l’année, - de l’instant considéré dans la journée, - de la nature des couches nuageuses. La meilleure inclinaison des panneaux solaires photovoltaïques pour un usage à longueur d’année est celle de la latitude de l’endroit où sont installés les capteurs (donc environ 45° en France). Toutefois, ce sont souvent les dispositions constructives de l’habitation qui déterminent l’inclinaison ! Carte de France de l’irradiation moyenne : Énergie reçue sur une surface orientée au sud et inclinée d’un angle égal à la latitude (49° à Paris, 43° à Nice) en kWh/m²/jour Diapo 3 Retour

4 L'énergie solaire photovoltaïque désigne l'électricité produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre elles et forment un panneau solaire (ou module) photovoltaïque. Il existe un grand nombre de technologies mettant en oeuvre l'effet photovoltaïque. Les principales technologies industrialisées en quantité à ce jour sont : le silicium mono ou poly-cristallin (plus de 80% de la production mondiale) et le silicium en couche mince à base de silicium amorphe ou CIS (Cuivre Indium Sélénium).   Processus de Fabrication des modules PV Les différentes technologies Diapo 4 Retour

5 Un cristal semi-conducteur dopé P est recouvert d'une zone très mince dopée N et d'épaisseur e égale à quelques millièmes de mm. Entre les deux zones se trouve une jonction J. La zone N est couverte par une grille métallique qui sert de cathode k tandis qu'une plaque métallique a recouvre l'autre face du cristal et joue le rôle d'anode. L'épaisseur totale du cristal est de l'ordre du mm. Les photons pénètrent dans le cristal au travers de la grille et communiquent leur énergie aux éléments semi-conducteurs qui la composent en libérant des électrons. Ceux-ci se déplacent de la zone N vers la zone P en créant une tension quasi-constante (0,6V). Si l'on raccorde un récepteur entre l'anode et la cathode un courant électrique directement proportionnel à la quantité de lumière reçue s'établit. 0,6 Volts Diapo 5

6 L'intensité maximum du courant produit dépend de la surface de la cellule et de la valeur de l'éclairement : pour la courbe a ci-dessous l'éclairement était plus élevé que pour les courbes b et c. La tension produite par la cellule dépend peu de l'éclairement mais diminue de façon sensible lorsque la température augmente. La courbe c a été relevée à une température plus élevée que celle de la courbe b. Schéma équivalent d’une cellule PV Une cellule photovoltaïque est un générateur de courant Diapo 6 Retour

7 Association de cellules Pour obtenir une tension de 12 ou 24 volts en fonctionnement nominal, il est nécessaire de mettre en série plusieurs cellules de 0,6 volt. Un panneau de 12V qui doit fournir 21,6 volts à vide (sans charges) est constitué de 36 cellules en série. La mise en parallèle de groupes de cellules en série permet d'obtenir un courant d'intensité plus grande. L'association de cellules peut poser des problèmes en cas de déséquilibres. Dans un groupement série, la cellule de plus faible courant photovoltaïque (cellule avec défaut de fabrication ou obstruée) impose son courant à l’ensemble du groupement. Cette propriété peut pénaliser fortement la conversion globale si elle n’est pas prise en compte. Diapo 7

8 Une cellule faisant partie d'un groupement série peut donc être soumise à une surtension due aux autres cellules, appliquée en inverse : - elle fonctionne donc en récepteur en dissipant une puissance importante. - la destruction peut se produire si la contrainte thermique est trop grande ou si la tension d’avalanche est dépassée. Pour éviter cela, on dispose une diode connectée en parallèle (diode bypass) aux bornes d’un groupement élémentaire. L’amorçage spontané de cette diode parallèle dès l’apparition d’une tension inverse limite la puissance dissipée par la cellule. Diapo 8

9 Schéma de principe 2 groupes de 18 cellules montées en série diodes bypass Les cellules monocristallines et polycristallines étant fragiles, elles sont placées entre deux plaques afin de former un module (encapsulation). Il existe deux grands types de technologies d'encapsulation : - verre / verre (ou bi-verre). - verre / matériau composite (tedlar milar). Diapo 9 Retour

10 Effet de la température Caractéristiques P = f (U ) Diapo 10 Retour

11 Les 3 applications principales du solaire photovoltaïque + Fil du soleil L’énergie électrique produite par les modules solaires est directement utilisée par le récepteur. Il n’y a donc pas de stockage électrochimique (batteries). + Système autonome Le module charge une batterie qui permet d’utiliser l’énergie à convenance. La charge et la décharge de la batterie sont contrôlées et gérées par un dispositif de gestion d’énergie. Ce type de système nécessite un dimensionnement du système tenant compte de la localisation, du besoin et de l’autonomie de la batterie. + Connecté au réseau Tout ou partie de l’énergie produite est injectée dans le réseau de distribution électrique. Il existe principalement deux variantes : – L’ « injection simple » : la totalité de l ‘énergie produite est injectée dans le réseau. – L’ « injection secours », avec batterie, permet de fournir de l’énergie de façon autonome en cas de d’absence du réseau public (Coupure due a des aléas climatiques ou techniques).  Diapo 11 Retour

12 Modules PV en superposition de toiture -Simplicité de mise en œuvre - Adaptable à une grande variété de toitures existantes - Solution économique - prix de rachat injection réseau moyen : 0,3 € / kW.h -Simplicité de mise en œuvre - Adaptable aux toitures terrasses - Dissociation du bâtiment - prix de rachat injection réseau moyen : 0,3 € / kW.h Modules PV en surimposition en toiture terrasse sur châssis Diapo 12

13 Modules PV en façade (brise soleil) - Limitation des apports solaires thermiques dans le bâtiment - Esthétique - Prix de rachat injection réseau moyen : 0,3 € / kW.h - Intégration architecturale - Pertes énergétiques par rapport à l’optimum (- 30 % environ) - prix de rachat injection réseau moyen : 0,3 € / kW.h Modules PV en façade (bardage) Diapo 13

14 Modules PV en toiture tuile - Intégration architecturale -Remplace les tuiles excitantes - Esthétique et conformité aux normes de solidité et d’étanchéité - Prix de rachat injection réseau moyen : 0,5 € / kW.h -Esthétique & nécessité de répondre aux exigences du bâtiment -Intégration architecturale - Prix de rachat injection réseau moyen : 0,3 € / kW.h Modules PV intégrés sur bac métallique  Diapo 14

15 Modules PV en verrière - Filtrage de la lumière - Même exigences que les vitrages standards (propriétés thermiques mécaniques et phoniques) - Esthétique et bonne intégration architecturale - Solution onéreuse - Prix de rachat injection réseau moyen : 0,3 € / kW.h -Bonne intégration architecturale -Filtrage de la lumière - Pertes énergétiques par rapport à l’optimum (- 30 %) -Même exigences que les vitrages standards (propriétés thermiques mécaniques et phoniques) - Prix de rachat injection réseau moyen : 0,3 € / kW.h Modules PV en façade vitrée Diapo 15 Retour

16 1 kWc = 10 m 2 = 1000 kWh/an environ (milieu de la France pour une inclinaison optimale de 30 ° en été et orientation au sud D’autres orientations et inclinaisons possibles sans trop de pertes énergétiques pour favoriser l’intégration architecturale 5 à 14 € HT / Wc selon la puissance installée et la complexité de la technique de mise en œuvre du générateur PV sur le bâti. Le tarif d’achat de l’électricité produite en métropole est de 30 c€/kWh (contrat sur 20 ans) + 25 c€/kWh de prime à l’intégration au bâti (Arrêté du 10/07/06) Le temps de retour sur investissement peut évoluer de 8 à 15 ans selon les aides financières et le tarif d’achat de l’électricité photovoltaïque  Les tarifs peuvent inclure une prime à l’intégration au bâti applicable lorsque les équipements de production d’électricité photovoltaïque assurent également une fonction technique ou architecturale essentielle à l’acte de la construction. Exemple d’équipements : - Toitures, ardoises ou tuiles conçues industriellement avec ou sans support - Brise soleil, verrière sans protection arrière, bardages, mur rideau Diapo 16 Retour Plus de détails !

17 Retour Diapo 17

18 Film fabrication de panneau PV Retour Du sable, silicium d’origine : -Métallurgique - Electronique - Solaire Tirage du lingot Sciage du lingot Diffusion du phosphore Métallisation par sérigraphie Interconnections : chapelets Encapsulation Encadrement  Diapo 18

19 Retour Diapo 19 Les panneaux : les fabricants de panneaux cristallins, actuellement les plus répandus, garantissent une perte de rendement inférieure à 5 ou 10 % pour une durée de 25 à 30 ans. Le rendement des panneaux au silicium amorphe, moins performants mais aussi moins chers, ne tient pas aussi longtemps. Dans un futur proche, les filières “ couches minces ” rassembleront les avantages de ces deux technologies : le bas prix du silicium amorphe, l’efficacité et la fiabilité des produits cristallins. Les onduleurs : la nouvelle génération de ces appareils de haute technologie est très fiable. D’après les fabricants, ils doivent tenir 10 ans en moyenne avant la première panne. Le prix de l’onduleur représente en principe 10 à 20% de l’investissement global; son coût de remplacement en cas de panne après la période de garantie peut donc être pris en compte dans le calcul du retour sur investissement. les câbles électriques extérieurs : (entre les panneaux et des panneaux vers l’onduleur) doivent être d’une qualité appropriée. Des câbles à double isolation et résistants aux UV sont fortement recommandés (norme U100 R2V ou H07 RNF). Les sections de câbles doivent être correctement calculées pour que les pertes ne dépassent pas 3% (idéalement 1%).