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Lénergie naturelle solaire Les
CellulesPhotovoltaïques

• Travaux dInitiative Personnelle Encadrée

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Plan de létude

1. Cellules Photovoltaïques
2. Fonctionnement
3. Etude énergétique
4. Montage des cellules dans un module
5. Domaines dutilisations des cellules
   photovoltaïques et le stockage de l'énergie
6. Avantages et Inconvénients du Photovoltaïque
7. Conclusion

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Première Partie Les CellulesPhotovoltaïques
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I.a Cellules Fonctionnement

• Jonction PN
• Semi-conducteur absorbant lénergie lumineuse
  (photons) et comportant deux zones lune dopée
  P, lautre dopée N.
• Absorption de photons libère des électrons si
  leur énergie est supérieure au band gap (passage
  de la bande de valence à la bande de conduction,
  créant un trou dans la bande de valence).
• Création dune paire électron-trou qui est
  séparée par le dopage du matériau.
• Les déplacements de charges générés par le dopage
  entraîne la création dun champ électrique de la
  zone P vers la zone N.
• Le courant photovoltaïque est proportionnel à
  lintensité de léclairement, et est dirigé de la
  zone N vers la zone P.

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I.a Cellules Fonctionnement

• Différents types
• Silicium Cristallin
• Cellules Mono cristallines
• Cellules Poly cristallines
• Cellules Amorphes
• Cellules Minces
• Cellules Organiques et Plastiques

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I.b Cellules Etude énergétique

• Influence de la distance

gt Plus on séloigne de la source lumineuse,
plus lintensité lumineuse diminue.
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I.b Cellules Etude énergétique

• Influence de la distance

gt Le flux lumineux varie en fonction de
linverse du carré de la distance.
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I.b Cellules Etude énergétique

• Influence de lorientation

gt Tension maximale obtenue pour une inclinaison
et une rotation de 90, soit pour des rayons
frappant les cellules perpendiculairement aux
panneaux.
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I.b Cellules Etude énergétique

• Etude du courant

gt On obtient quasiment une droite passant par
lorigine, on en déduit donc que le courant est
proportionnel à lintensité lumineuse.
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I.b Cellules Etude énergétique

• Etude de la tension

gt Allure logarithmique de la courbe.
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I.b Cellules Etude énergétique

• Etude de la puissance

gt Puissance proportionnelle à léclairement la
puissance est définie par le produit
tension-courant et le courant à vide est
proportionnel à léclairement.
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I.b Cellules Etude énergétique

• Relation entre courant et tension

gt Pour les trois intensités lumineuses, la
tension augmente et le courant diminue en
fonction de l'augmentation de la résistance la
loi dOhm est donc vérifiée.
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I.b Cellules Etude énergétique

• Influence de la surface éclairée

• La tension est pratiquement indépendante la
  surface éclairée.
• L'intensité mesurée est directement
  proportionnelle à la surface éclairée une
  cellule à demi-obscurcie produira une tension
  égale à sa valeur en plein éclairement, et un
  courant d'une intensité réduite de moitié !

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I.b Cellules Etude énergétique

• Filtres colorés
• Filtre jaune R 100 kOhms

• On remarque que la présence du filtre diminue le
  flux lumineux. En effet, le filtre absorbe
  certaines longueurs dondes donc diminue
  lintensité lumineuse.
• La tension obtenue est plus faible que sans le
  filtre.

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I.c Cellules Montages

• Caractéristiques dun module
• Module composé de plusieurs cellules denviron
  10cm² chacune.
• Pour une cellule, puissance de 1 à 3 W et tension
  de moins dun volt.
• Plusieurs cellules assemblées pour former un
  module.
• En général, un module 36 cellules (silicium
  cristallin) en série et fournissant une tension
  de lordre de 12 V.

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I.c Cellules Montages

• Montage en série des modules

gt Tension à vide du montage somme des tensions
à vide de chaque module.
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I.c Cellules Montages

• Montage en série des modules

gt Courant à vide du montage moyenne des
courants à vide des modules.
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I.c Cellules Montages

• Montage en série des modules

gt Puissance à vide du montage supérieure à celle
dun module seul pour deux modules en série,
elle devrait être doublée.
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I.c Cellules Montages

• Montage en parallèle des modules

gt Tension à vide du montage moyenne des
tensions à vide des modules. Ici, deux modules
identiques donc tension quasi égale.
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I.c Cellules Montages

• Montage en parallèle des modules

gt Courant à vide du montage somme des courants
à vide de chaque module.
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I.c Cellules Montages

• Montage en parallèle des modules

gt Puissance du montage supérieure à celle dun
module seul elle devrait être doublée.
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I.c Cellules Montages

• Comparaison entre ces deux montages

• Série augmenter la tension en conservant le
  courant égal.
• Parallèle augmenter le courant en conservant la
  tension égale.
• Les deux montages permettent daugmenter la
  puissance.

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Deuxième Partie Les Domaine
dutilisationdes CellulesPhotovoltaïques
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II.a Usage domestique

• Production dénergie via panneaux solaires pour
  les habitations isolées
• Permet dassurer un minimum de confort.
• Dimensionnement adapté production suffisante
  pour une maison individuelle (hormis chauffage et
  eau chaude).
• Coût dinstallation vite amorti.
• Energie propre.
• Installations (2 types) à proximité de la
  maison ou directement sur le toit.
• Soit alimentation directe (courant continu), soit
  conversion (onduleur) puis réseau électrique.
• Stockage si nécessaire pour palier au variations
  météorologiques.

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II.b Centrales Photovoltaïques

• Développement important car alternative au
  nucléaire
• Une trentaine de centrales dans le monde
  (fournissant jusquà 11 MWc)centrale de
  Moura(Portugal, 114 Ha, 62 MWc).
• Plusieurs types de centrales
• Champs de panneaux solaires
• Le plus courant
• Panneaux orientables
• Toiture douvrages de grandes tailles
• La disposition des modules permet de gérer
  léclairage du bâtiment (ex La Floriade,
  Pays-bas)
• Plus de problème de terrain (intéressant en zones
  urbaines)

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II.c Domaines dutilisations

• Domaine spatial
• Habitations isolées
• Industries
• Centrales de puissance
• Résidences urbaines
• Biens de consommation

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II.d Stockage de lénergie photovoltaïque

• Conditions dutilisation dune batterie solaire
• Batteries au plomb
• Batteries tubulaires
• Les autres voies

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Troisième Partie Les Avantages et
Inconvénients des CellulesPhotovoltaïques
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III.a Avantages

• Sadapte à beaucoup de systèmes électriques
• Générateur simple et fiable
• Peu dentretien pour les modules
• Potentiel de développement illimité
• Installations coûteuses, mais rapidement amorties
  par la suite car production énergétique peu
  coûteuse.

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III.b Inconvénients

• Principal problème le stockage
• Solution à beaucoup de problèmes, mais surtout à
  une échelle individuelle peu de perspectives à
  léchelle nationale ou mondiale en dehors des
  centrales.
• Technologie dépendante des conditions climatiques

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Quatrième Partie Les CellulesPhotovoltaïques
CONCLUSIONS
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IV. Conclusions

• Technologie en très fort développement car
  intéressante
• De nombreux très gros avantages, mais des
  solutions technologiques inévitablement à fournir
  pour des adaptations à plus grande échelle.
• Complète le réseau électrique existant.
• Avenir prometteur

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Lénergie naturelle solaire Les
CellulesPhotovoltaïques

• Travaux dInitiative Personnelle Encadrée