Modulo solaire

Principe de
fonctionnement
Le phénomène
photovoltaïque
Les différentes
technologies
Applications
industrielles
Identification et
caractérisation des
composants
Les panneaux
photovoltaïques
Régulateur de
charge
Batterie
Modulo Solaire
Onduleur
Prise 2P+T
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Modulo solaire
Principe de fonctionnement
Plusieurs modules photovoltaïques de
technologie différente permettent de charger
une batterie en énergie électrique (12V).
Cette dite batterie permet d’alimenter
directement un actionneur en 12V continu ou
un actionneur en 230V alternatif (ici une
ampoule 230V) par l’intermédiaire d’un
onduleur.
Le tout est géré par un régulateur de charge
permettant de contrôler la charge et la décharge
de la batterie en temps réel.
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Modulo solaire
Le phénomène photovoltaïque
Le phénomène physique de conversion du rayonnement solaire en
énergie électrique a été observé en 1839.
Certains matériaux appelés semi-conducteurs ont la capacité de libérer
des électrons périphériques lorsqu’ils sont soumis à un rayonnement
solaire. Ainsi on crée une charge positive (atome ayant perdu un
électron) et une charge négative (électron libre).
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Modulo solaire
Le phénomène photovoltaïque (suite)
Le principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque au silicium
consiste à combiner trois phénomènes physiques :
• L’absorption de la lumière dans le matériau. La couleur la plus
foncée permet d’absorber le maximum d’énergie solaire;
• Le transfert de l’énergie lumineuse aux électrons. On utilise un
matériau capable de libérer un électron en présence d’énergie solaire
et un matériau capable d’attirer cet électron. On crée ainsi une
différence de potentiel au sein de la cellule.
• La collecte des charges électriques. Chacun des deux côtés de la
cellule est relié a une électrode positive ou négative.
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Modulo solaire
Les différentes technologies
Il existe environ une dizaine de technologies de panneaux solaires, mais les plus répandus sont :
• Silicium Monocristallin ;
• Silicium Polycristallin ;
• Silicium Amorphe;
• CI(G)S.
• CdTe
Le matériau de base est identique pour les trois premières technologies, c’est le mode de fabrication qui
produit l’une ou l’autre des technologies citées.
Les modules CIGS (Cuivre-Indium-(Gallium)-Sélénium) sont une technologie nouvelle en plein essor du fait
de son faible cout de production et de ses bonnes performances.
Les modules CdTe (Tellurure de Cadmium) possèdent un rendement relativement bon et affichent un cout
de production tres faible.
Rendement typique
Rendement max obtenu en
laboratoire
Silicium Monocristallin
13 - 20%
24%
Silicium Polycristallin
11 - 15%
20%
Silicium Amorphe
5 - 9%
13,5%
CI(G)S
9 - 13%
20%
CdTe
8 – 11%
16,7%
Technologie
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Les différentes technologies
Module mono-cristallin
Le refroidissement lent du Silicium liquide forme un
cristal unique dans lequel on découpe des tranches
pour en faire des cellules solaires.
Un module de 12V nominal est constitué de 36
cellules
cristallines
qui
donnent,
lors
d’un
fonctionnement maximum, 17 à 18Vcc et 1000W/m2 .
Ce type de cellule, d’un coût élevé, possède un bon
rendement sous un fort ensoleillement.
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Les différentes technologies
Module poly-cristallin
Le refroidissement accéléré
l’apparition de cristaux différents.
du
silicium
provoque
Ce type de cellule est un compromis entre les modules
monocristallin et amorphe tant au niveau de l’efficacité que
du coût.
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Modulo solaire
Les différentes technologies
Module amorphe
Les poussières de fabrication du silicium cristallin sont
récupérées et traitées chimiquement. Elle sont ensuite
projetées par l’intermédiaire d’un gaz sur un substrat de
verre. Cette méthode de fabrication donne un Silicium sans
arrangement précis. On dit alors qu’il est amorphe. Ce
procédé est rapide et moins coûteux.
Chaque cellule photovoltaïque délivre une tension de
12Vcc.
Ce type de cellule, moins coûteuse, et fonctionnant malgré
un faible ensoleillement possède un rendement médiocre qui
de plus diminue avec le temps.
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Les différentes technologies
Module CI(G)S
Le procédé de fabrication est beaucoup plus simple que les
modules au silicium. Il consiste à déposer sur un substrat
(verre, métal souple ou rigide) une fine couche (quelques μm)
de l’alliage CIGS (cuivre, indium, gallium et sélénium).
Les cellules solaires sont ensuite placées dans un système
d'encapsulation qui fournit une protection contre l'humidité
et contre les agressions extérieures.
Par ailleurs, le processus de fabrication n'exige pas de salles
blanche contrairement au modules silicium.
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Les différentes technologies
Module CdTe
Une cellule CdTe est constituée d’une couche de
conducteur transparent sur un substrat de verre. Ensuite, on
dépose une couche de sulfure de cadmium (CdS) négative,
puis une couche de tellurure de cadmium (CdTe) positive.
Le procédé de fabrication est très proche de celui des
modules silicium amorphe. Cependant pour les modules
CdTe, le temps de fabrication est beaucoup plus court,
permettant la production d’un module à la minute
Le frein au développement de cette technologie est
l’utilisation du Cadmium, qui est un métal toxique et qui
impose un recyclage scrupuleux en fin de vie.
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Modulo solaire
Applications industrielles
Les applications peuvent être de trois types :
Système autonome : application se rapprochant du chargeur
solaire étudié. Le module solaire charge une batterie. L’énergie
est alors utilisée en interne à convenance.
Au fil du soleil : pas de stockage d’énergie, l’énergie est
directement utilisée par un récepteur.
Connecté au réseau : l’énergie fournie par le module solaire
est restituée sur le réseau EDF moyennant une rétribution.
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Modulo solaire
Applications industrielles (suite)
système autonome
 Fonction : Emmagasiner suffisamment d’énergie
électrique dans une ou des batteries à l’aide de
modules solaires pour alimenter des récepteurs
électriques.
La charge et la décharge des batteries sont
contrôlées par un régulateur de charge.
Plusieurs types de tension sont disponibles pour
les récepteurs grâce à l’utilisation d’onduleur.
On utilise des systèmes autonomes pour
électrifier des maisons trop éloignées du réseau
public, des systèmes de commande, des stations
météo autoroutières.
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Cabanon isolé alimenté
par panneaux solaires
Modulo solaire
Applications industrielles (suite)
Fil du soleil
 Fonction : Produire de l’énergie électrique
directement utilisée par un récepteur.
Il n’y a pas de stockage d’énergie, donc le
récepteur n’est capable de fonctionner que la
journée.
Les applications sont destinées essentiellement au
stockage d’eau, de production d’eau chaude ou
de ventilation.
Ce type d’installation peut alimenter des
récepteurs en courant continu ou alternatif en
utilisant un onduleur.
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Station de pompage d’eau
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Applications industrielles (suite)
Connecté au réseau
 Fonction : Produire de l’énergie électrique
et la redistribuer / revendre sur le réseau
électrique EDF.
Une partie de cette énergie peut être parfois
utilisée pour alimenter une installation, on
parle alors d’injection surplus. On peut
aussi utiliser l’énergie des panneaux pour
pallier une panne de distribution du réseau
public : secours d’alimentation.
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Les panneaux photovoltaïques

Fonction : Transformer l’énergie solaire en énergie électrique
(courant continu).
Le modulo solaire est disponible avec quatre modules
photovoltaïques de technologie différente :
•
Un module solaire monocristallin, le plus petit, de couleur
noire avec les cellules bien distinctes.
•
Un module solaire polycristallin avec les reflets bleutés des
cristaux de silicium.
•
Un module solaire amorphe, le plus large et de couleur noire
unie.
•
Un module solaire CIGS, souple avec des cellules gris-vert
Chacun des modules fournit une tension de 12 Vcc.
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Les panneaux photovoltaïques
Mise en situation
Les panneaux peuvent être utilisé :
• Au sol ;
• En toiture ;
• En façade.
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Modulo solaire
Les panneaux photovoltaïques (suite)
Le choix du module solaire se fait simplement
en connectant le module souhaité.
Les fiches 4mm servent à connecter le module
en sécurité sur le coffret régulateur.
Les panneaux sont équipés d’une diode antiretour rendant possible la connexion de
plusieurs modules en parallèle.
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Modulo solaire
Mesures des courants
 Mesures : Des boucles de courant sont présentes
sur la face avant des coffrets batterie et onduleur.
Les courants qui ne sont pas accessibles par les
boucles sont à mesurer directement sur le cordon de
sécurité.
 Attention : Utiliser une pince Ampèremétrique
DC True RMS pour les mesures de courants des
panneaux, de charge ou décharge de la batterie et
de consommation des charges.
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Modulo solaire
Les panneaux photovoltaïques (suite)
L’orientation du panneau solaire définit sa capacité à produire de
l’énergie électrique. Pour régler l’orientation du module, il suffit
d’effectuer une rotation suivant l’axe vertical.
Pour faciliter et optimiser la production d’électricité, un réglage
d’inclinaison est possible.
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Modulo solaire
Régulateur de charge
 Fonction :
1. Réguler la charge et la décharge de la
batterie.
2. Afficher
toutes
les
caractéristiques
électriques (tension, courant, état de
charge ou de décharge) des éléments en
présence.
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Modulo solaire
Batterie
 Fonction : Emmagasiner l’énergie électrique
fournie par les modules solaires ou par un
chargeur électrique puis la restituer pour
alimenter
une
ampoule,
le
tout
par
l’intermédiaire du régulateur de charge.
Cette batterie est étanche et fonctionne en
12Volts pour une capacité de 13,2 Ah.
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Batterie
Module Monocristallin Module Polycristallin Module Silicium Amorphe
Mode de charge.
Régulateur
de charge
Utilisations 12V
Onduleur Quasi-Sinus
Batterie
Onduleur Sinus
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Batterie
Module Monocristallin Module Polycristallin Module Silicium Amorphe
Mode de décharge.
Régulateur
de charge
Utilisations 12V
Onduleur Quasi-Sinus
Batterie
Onduleur Sinus
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Onduleur
 Fonction : Transformer l’énergie électrique
12Volts courant continu en courant électrique
alternatif 230 Volts.
Cet élément est nécessaire chaque fois que
l’installation solaire doit alimenter des actionneurs
fonctionnant en courant alternatif.
Onduleur Pur Sinus
Il y a deux types d’onduleurs qui peuvent être
connectés au Modulosolaire:
• Onduleur Pur Sinus: Il délivre une tension filtrée
parfaitement sinusoïdale et peut alimenter tout
types d’appareils.
• Onduleur quasi-sinus: Il délivre une tension
alternative de type « MLI » et ne doit pas être
connecté aux systèmes électroniques sensibles.
Onduleur Quasi-Sinus
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Prise 2P+T
 Fonction : Permettre à une charge de consommer de
l’énergie sous forme de courant alternatif.
La prise est protégée par un
disjoncteur différentiel 30mA.
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