I.3-3-1 L'énergie solaire
L'énergie solaire photovoltaïque désigne
l'électricité produite par transformation d'une partie du
rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. La conversion directe
de l'énergie lumineuse en énergie électrique, soit «
L'effet photovoltaïque » été découvert par le
physicien français Becquerel en 1839. [16]
A. Principe d'une cellule photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque est un capteur constitue d'un
matériau semi-conducteur absorbant l'énergie lumineuse et la
transformant directement en courant électrique. Le principe de
fonctionnement de cette cellule fait appel aux propriétés
d'absorption du rayonnement lumineux par des matériaux semiconducteurs
[13]. Ainsi le choix des matériaux utilisés pour concevoir des
cellules PV se fait en fonction des propriétés physiques de
certains de leurs électrons susceptibles d'être libères de
leurs atomes lorsqu'ils sont excités par des photons provenant du
spectre solaire et possédant une certaine quantité
d'énergie selon leurs longueurs d'onde. Une fois libères, ces
charges se déplacent dans le
8
Chapitre I: la production décentralisée
matériau formant globalement un courant
électrique de nature continu. La circulation de ce courant donne alors
naissance à une force électromotrice (fém.) aux bornes du
semi-conducteur correspondant ainsi au phénomène physique
appelé effet photovoltaïque.
Figure (I.2) Description d'une photopile ou cellule
photovoltaïque [13].
? Le rayonnement solaire
La principale source d'énergie dont dépend toute
la terre est le Soleil. La puissance du rayonnement solaire, mesurée sur
le bord extérieur de l'atmosphère terrestre, est pratiquement
invariable lorsque la Terre est à une distance moyenne du Soleil. Cette
constante est égale à 1377 W/??2.
Si on assume que la terre est parfaitement sphérique,
elle a une surface diamétrale de,????2 où r est le
rayon moyen de la terre. Le rayonnement solaire intercepté est donc
égale à 1377 ????2, si le rayon r est en mètre.
Le rayon moyen de la terre est 6.324 millions de mètres, ayant pour
résultat [10]
Le flux rayonnant sur la terre =1377*
??*(6.324*106 )2 (I.1)
=1.73*1017 W
=1.73*1017 j/s
En année de 365.25 jours toute l'énergie de
rayonnement est donc :
W annuelle = 365.25*24*3600*1.73*1017
(I.2)
= 5.46*1024 j
B. Composantes d'une « centrale PV»
[13]
Un système photovoltaïque se compose d'un champ de
modules et d'un ensemble de composants qui adapte l'électricité
produite par les modules aux spécifications des récepteurs. Cet
ensemble, appelé
9
Chapitre I: la production décentralisée
aussi "Balance of System" ou BOS, comprend tous les
équipements entre le champ de modules et la charge finale, y a
compris.
? Onduleur :
L'onduleur transforme le courant électrique continu
produit par les cellules PV en courant électrique alternatif ; semblable
à celui qui est délivré par le réseau. En cas
d'absence ou de défaillance du réseau, l'onduleur se
déconnecte automatiquement pour des raisons de sécurité
c'est la « protection de découplage » qui permet de supprimer
tout risque d'électrocution lorsque des techniciens font une
opération de maintenance sur le réseau, la puissance crête
des modules ne doit jamais être inférieure à la puissance
de l'onduleur
? Les organes de sécurité et de
raccordement .
·
Ils assurent des fonctions de protection vis à vis de
l'utilisateur et du réseau. Ceux-ci peuvent être
intégrés dans l'onduleur.
Figure (I.2) Schéma bloc d'un
générateur photovoltaïque [13].
C? Les différents types de systèmes
photovoltaïques : Il existe deux types de structures de
système photovoltaïque [10].
C.1 Système PV connecté directement au
réseau
Cette structure est la plus basique et ne nécessite
qu'un onduleur. Néanmoins, quelques adaptations sont nécessaires
pour assurer un bon fonctionnement du système. Il est impératif
de mettre en série un nombre suffisant de panneaux solaires pour avoir
la tension adéquate au niveau du bus continu pour permettre le
fonctionnement de l'onduleur. La tension aux bornes de ces panneaux ne va
varier que très peu; la tension qui permet d'extraire le maximum de
puissance pour différents éclairements se
10
Chapitre I: la production décentralisée
situe dans une plage réduite. Cette plage ne pouvant
être dépassée pour le fonctionnement de l'ensemble.
Figure (I.3) Système photovoltaïque
à connexion directe [20].
C.2 Système a bus continu intermédiaire :
(Structure à deux convertisseurs)
Ce système photovoltaïque comporte des panneaux
solaires connectés en série et en parallèle, un
hacheur survolteur, un bus continu et un onduleur de tension. Les
panneaux solaires fournissent un courant dépendant de
l'éclairement et de la tension à leurs bornes.
Un adaptateur d'impédance permettant d'extraire le maximum
de puissance des panneaux solaires [10].
Figure (I.4) photovoltaïque à convertisseur
[20].
Chapitre I: la production décentralisée
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