Cours production d’énergie électrique: Energie solaire photovoltaique

Sommaire: Production d’énergie électrique (Energie solaire photovoltaique)Production d'énergie électrique

1- L’ENERGIE SOLAIRE
ÉCLAIREMENT OU IRRADIANCE
RAYONNEMENT,IRRADIATION OU ENERGIE INCIDENTE
2- LA CELLULE PHOTOVOLTAIQUE
2.1 HISTORIQUE
2.2 LES DIFFERENTES TECHNOLOGIES
2.2.1 Les modules photovoltaïques au silicium
2.2.2 Les autres modules photovoltaïques composites et organiques
2.2.3 Comparatif des différentes technologies
2.2.4 Les modules PV double face
2.3 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
2.4 ASSOCIATION DE CELLULES: LE PANNEAU SOLAIRE (EXTRAIT D’UN COURS MAGISTRAL DE STEPHAN ASTIER PROFESSEUR DES UNIVERSITES– INPT-ENSEEIHT)
2.5 CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES D’UN PANNEAU PHOTOVOLTAÏQUE
2.5.1 Caractéristiques I=f(U)
2.5.2 Caractéristiques P=f(U)
3- LES DIFFERENTS TYPES D’UTILISATION DE GENERATEURS PHOTOVOLTAIQUES
3.1 ALIMENTATIONS ELECTRIQUES FAIBLES PUISSANCES
3.2 INSTALLATIONS ELECTRIQUES PHOTOVOLTAÏQUES AUTONOMES
3.3 INSTALLATIONS ELECTRIQUES PHOTOVOLTAÏQUES RACCORDEES AU RESEAU
3.3.1 Installation PV raccordée au réseau sans injection (« auto-consommation »)
3.3.2 Installation PV raccordée au réseau avec injection des excédents de production
3.3.3 Tarif de rachat de l’électricité photovoltaïque
3.3.4 Installation PV raccordée au réseau avec injection totale de l’énergie produite
4- PRINCIPE DE DIMENSIONNEMENT D’UNE CENTRALE PHOTOVOLTAIQUE EN SITE ISOLE

Extrait du cours production d’énergie électrique (Energie solaire photovoltaique)

1- L’ENERGIE SOLAIRE
Unités utilisées
L’éclairement ou irradiance est défini comme une puissance reçue par une surface. Il s’exprime en W/m² (watt par mètre carré). Le S.I. (système international d’unités) recommande d’utiliser le symbole E. L’irradiation ou rayonnement est l’énergie reçue par une surface . Elle s’exprime en J m-² (joule par mètre carré). L’ISES (International Solar Energy Society)  recommande le symbole H. D’autres unités plus courantes sont le Wh/m² (watt-heure par mètre carré) bien que ce dernier ne doive pas être utilisé puisque  n’appartenant pas au système international d’unités(SI).

Production d’énergie électrique

2- LA CELLULE PHOTOVOLTAIQUE
2.1 Historique
Quelques dates importantes dans l’histoire du photovoltaïque :
• 1839: Le physicien français Edmond Becquerel découvre le processus de l’utilisation de l’ensoleillement pour produire du courant électrique dans un matériau solide. C’est l’effet photovoltaïque.
• 1875: Werner Von Siemens expose devant l’Académie des Sciences de Berlin un article sur l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs.Mais jusqu’à la Seconde Guerre Mondiale, le phénomène reste encore une curiosité de laboratoire.
• 1954 : Trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince, mettent au point une cellule photovoltaïque à haut rendement au moment où l’industrie spatiale naissante cherche des solutions nouvelles pour alimenter ses satellites.
• 1958: Une cellule avec un rendement de 9 % est mise au point. Les premiers satellites alimentés par des cellules solaires sont envoyés dans l’espace.
• 1973: La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à l’Université de Delaware.
• 1983: La première voiture alimentée par énergie photovoltaïque parcourt une distance de 4 000 km en Australie.
La première cellule photovoltaïque (ou photopile)a été développée aux États-Unis en 1954 par les chercheurs des laboratoires Bell, qui ont découvert que la photo sensibilitée du silicium pouvait être augmentée en ajoutant des « impuretés ».
C’est une technique appelée le « dopage » qui est utilisée pour tous les semi-conducteurs. Mais en dépit de l’intérêt des scientifiques au cours des années, ce n’est que lors de la course vers l’espace que les cellules ont quitté les laboratoires. En effet, les photopiles représentent la solution idéale pour satisfaire les besoins en électricité à bord des satellites, ainsi que dans tout site isolé.
2.2 Les différentes technologies
Il existe un grand nombre de technologies mettant en oeuvre l’effet photovoltaïque. Beaucoup sont encore en phase de recherche et développement.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).

2.2.1 Les modules photovoltaïques au silicium
Processus de fabrication :
Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques disponibles à un niveau industriel. Le silicium est fabriqué à partir de sable quartzeux (dioxyde de silicium). Celui-ci est chauffé dans un four électrique à une température de 1700 °C. Divers traitements du sable permettent de purifier le silicium. Le produit obtenu est un silicium dit métallurgique, pur à 98% seulement. Ce silicium est ensuite purifié chimiquement et aboutit au silicium de qualité électronique qui se présente sous forme liquide, puis coulé sous forme de lingot suivant le processus pour la cristallisation du silicium, et découpé sous forme de fines plaquettes (wafers). Par la suite, ce silicium pur va être enrichi en éléments dopants (P, As, Sb ou B) lors de l’étape de dopage, afin de pouvoir le transformer en semi-conducteur de type P ou N.La diffusion d’éléments dopants (bore, phosphore) modifie l’équilibre électronique de ces plaquettes (wafers), ce qui les transforme en cellules sensibles à la lumière.La production des cellules photovoltaïques nécessite de l’énergie, et on estime qu’une cellule photovoltaïque doit fonctionner pendant plus de deux ans pour produire l’énergie qui a été nécessaire à sa fabrication.

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