Telechargé par Youcef Ziane

mimoir centre

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Rapport fin de Stage
Installation photovoltaïque
poulailler
Installations et maintenances des panneaux
photovoltaïque
Projet réaliser par :
* Ziane youcef
* Barboucha Rafik
* Boussaidi Adel
DEDICACES
On a le plaisir de dédier ce travail à : Notre Dieu qui nous a donné la santé, la
force, le courage, la croyance, le soutien « malgré toutes les difficultés » pour
être là aujourd’hui en train de vous présenter ce modeste travail.
Tous nos ami(e)s et collègues, puisse ce travail vous exprime nos souhaits de
succès, et nos sincères sentiments envers vous.
Toutes les personnes qui nous reconnaissent et qui nous a aidé et a contribué
à la réalisation de ce Travail.
Remerciement
Le présent mémoire est le fruit du travail réalisé dans la carde de notre stage
de fin d’études visant l’obtention du diplôme technicien de montage et
maintenance de panneaux photovoltaïques ,. Ce stage s’est déroulé à l’
entreprise industrielle publique avec éclairage public dans l'État de Blida
mitidja inara .
.
Nos remerciements vont, tout d’abord, au Monsieur le Directeur OTHMANI
ABDEALHAFID le directeur de mitidja inara ., ainsi au MME Bouchlaghem
le chef du service technique pour leurs accueils chaleureux, leurs confiances
et leurs aides précieuses apportées au cours de ce stage. Aussi, nous tenons
à remercier l’ensemble de personnel qui nous a facilité les échanges et les
conditions de travail durant notre stage. Nous exprimons aussi notre profond
respect et nos remerciements chaleureux à tous ceux qui nous ont aidées de
près et de loin à réaliser ce travail et plus particulièrement les électriciens de
l’entreprise . Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude à notre
encadrant Monsieur A.BOUMEDJRIA, professeur à la CFPA BOUINAN ,
pour son orientation et ses conseils.
Pour conclure, nous remercions tous les membres du jury ……………….,
Monsieur A.BOUMEDJRIA , …….. et Monsieur.AMALO, MME. CHAREF qui
on nt bien voulu examiner ce Travail .
Introduction général :
L'énergie solaire photovoltaïque est l'électricité produite par transformation
d'une partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque.
Le terme photovoltaïque peut désigner soit le phénomène physique, l'effet
photovoltaïque découvert par Alexandre Edmont Becquerel en 1839. Selon
les estimations l’énergie rayonnée par le soleil représenterait chaque année
40 000 fois les besoins énergétiques que l'humanité consomme sous forme
d'énergies fossiles. Malgré cela, l'énergie solaire reste un domaine assez
peu exploitée.
Néanmoins la prise de conscience collective en fait une énergie douce
d'avenir (même si elle est connue et utilisée depuis des millénaires).
Aujourd’hui le solaire photovoltaïque est en plein développement, on obtient
un cumul de 1791 MWc en 2005 pour l’Europe (contre 1147 MWc en 2004).
Le leader européen est l’Allemagne avec 1537 MWc.
Sommaire
1
2
3
PRESENTATION
DE
LA
....................................................................................................4
SOCIETE
1.1
LE
GROUPEMENT
...............................................................................................................4
1.2
LES
ATOUTS
DU
.....................................................................................................4
1.3
LES
PROJETS
:
160
2011........................................................................................5
1.4
LES
TECHNOLOGIES
.............................................................................................6
LE
PROJET
TOITURE
PHOTOVOLTAIQUE
.........................................................9
.
GROUPE
MW
D’ICI
UTILISEES
Poulailler
Delorme
2.1
COLLECTIVITES
LOCALES
.............................................................................9
2.2
ERDF
....................................................................................................................................9
2.3
PLAN
DE
SITUATION
ET
.......................................................................................9
2.4
CARACTERISTIQUES
DU
.................................................................................... 11
2.5
FONCIER
............................................................................................................................ 13
2.6
LE
CONTEXTE
.................................................................................... 13
2.7
RACCORDEMENT
AU
RESEAU
.................................................... 15
ET
PUBLIC
ETUDE
DE
PRODUCTION
.......................................................................................... 17
REGIONALES
CADASTRE
BATIMENT
ENVIRONNEMENTAL
DE
DISTRIBUTION
D’ENERGIE
3.1
DONNEES
METEOROLOGIQUE
........................................................................................... 17
3.2
CONFIGURATION
DE
LA
.................................................................................... 18
CENTRALE
3.3
4
LA
PROTECTION
CONTRE
................................................................................... 20
4.1
5
SIMULATION
DE
.......................................................................................... 18
PRODUCTION
LES
LA
PROTECTION
CONTRE
................................................................................. 20
INCENDIES
LA
FOUDRE
ASSURANCES
............................................................................................................................. ........ 20
Note de synthèse
Adresse du projet Région :
L’Arzellier
2
Surface globale : 680 m
Situation géographique du projet
Auverge
Département : Haute Loire
Communauté de communes : Loire Semène
Commune : Saint Just Malmont
Caractéristiques du terrain
Surface utile estimée : 632 m2
Type d’installation : Intégré au bâtiment
Caractéristiques du bâtiment :
•
•
•
Charpente Métallique
Couverture : Bac Acier
Isolation en sous pente
Propriétair Etat de la
M. Delorme pas
Premiers avis administratifs :
Situation foncière et administrative
promesse de bail : Zone
d’urbanisme : U
signé
La Mairie est très intéressée par le projet photovoltaïque et le Maire a donné son accord pour des
champs solaires.
Poste de raccordement de
Firminy-Vert
Faisabilité technique
Potentiel :
File d’attente :
Distance 4 km
Capacité :
Environnement
Contraintes environnementales :
Plusieurs zones natura 2000 à proximité du projet.
Potentiel solaire et photovoltaïque
40MW
5MW
35MW
Solution technique : Intégré au bâtiment
1300
kWh/m²/an Puissance estimée : 91
MWc
Energie produite :
105 MWh/an
Energie Spécifique :
1160 kWh/kWc/an
Irradiation globale horizont.
Autres remarques :
1 PRESENTATION DE LA SOCIETE
1.1 LE GROUPEMENT
Le groupement dispose de l’expertise de 300 personnes du domaine de l'ingénierie solaire et de la
construction d'ouvrages complexes.
1.2 LES ATOUTS DU GROUPE
Le Groupement s’engage à :
 Mettre en œuvre toutes les diligences requises en vue d’obtenir les autorisations
administratives nécessaires à la réalisation et à l’exploitation de la centrale
photovoltaïque.
 Effectuer toutes les démarches auprès des Services de l’Etat pour l’obtention des
autorisations dès la signature de la promesse de bail.
 Construire la centrale photovoltaïque dès l’obtention des autorisations administratives
libérées de tout recours.
 Prendre en charge le financement du projet dans son ensemble.
 Assurer l’exploitation et la maintenance de la centrale solaire.
 Démanteler la centrale solaire en fin d’exploitation et remettre le site en l’état si le
propriétaire du terrain ne désire pas garder la centrale.
Le Groupement propose une solution clés en main pour parc au sol ou toiture :
Exploitation : démarches d’études, administratives et d’installation ;
Construction ;
Financement.
Nous effectuons une analyse
comparative des technologies et solutions solaires.
Le groupement prépare de nouvelles
filières dans les EnR en 2010-2012.
1.3 LES PROJETS: 160 MW D’ICI 2011
1.4 LES TECHNOLOGIES UTILISEES
L’électricité produite par la centrale
photovoltaïque est injectée en totalité sur
le réseau public de distribution et
comptabilisée par un compteur de
production installé par EDF. L’électricité
est achetée, dans le cadre de l’obligation
d’achat, à un tarif fixé par l’Etat.
Avantages du photovoltaïque :
Le soleil est une source d’énergie renouvelable et gratuite ;
Technologie fiable même sur le long terme ;
Fonctionnement silencieux ;
Aucune émission polluante ;
Généralement couvert par l’assurance multirisque habitation ;
Durée de vie des panneaux supérieurs à 20 ans.
LES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES
-
Le groupement a des accords avec différents fabricants de panneaux solaires
photovoltaïques. Ceci, permet au groupement d’avoir accès à un panel de technologies
variées et d’optimiser la rentabilité des projets.
Pour chaque projet, nous étudions la meilleure solution technique et financière pour
obtenir la plus grande production d’énergie possible au meilleur coût.
Les technologies que nous utilisons sont les suivantes :
Silicium monocristallin : coûteux, rendement 15% ;
Silicium polycristallin : moins coûteux, rendement 12% ;
Silicium amorphe en couche mince : bon marché, rendement 5 à 9%, efficace
même en rayonnement diffus ;
CdTe (cadmium – tellure) en couche mince : moins onéreux, rendement 10% ;
CIGS (cuivre – indium – gallium – sélénium) en films minces : rendement 9 à
13%.
Module monocristallin
Module polycristallin
Module CIGS
Société
Origine
Technologie
Sunpower
First Solar
Unisolar
Nanosolar
Solarfun
Yingli
Suntech
Photowatt
Q Cells
Américaine
Américaine
Américaine
Américaine
Chinoise
Chinoise
Chinoise
Française
Allemande
Silicium monocristallin
Cadmium - Tellure
Silicium amorphe
Cuivre Indium Gallium Sélénium
Silicium électronique
Silicium électronique
Silicium mono ou poly cristallin
Silicium métallurgique
Silicium mono ou poly cristallin
LES DIFFERENTS TYPES DE
FIXATIONS
Système fixe :
Ce système de montage fixé au sol par
des pieux permet d’implanter jusqu’à
1 MWc sur 2 hectares.
La hauteur des panneaux par rapport
au sol ainsi que leur inclinaison est
modulable en fonction des
caractéristiques et de la situation
du terrain.
Système de trackers :
Conçus pour pivoter sur un seul axe, les
trackers T20 de Sunpower suivent le
soleil tout au long de la journée ce qui
permet de capter jusqu’à 30 % d’énergie
solaire en plus par rapport aux systèmes
à inclinaison fixe conventionnels. Leur
ancrage sur des blocs bétons
préfabriqués ne nécessite aucun forage
du sol, réduisant ainsi l’impact sur
l’environnement. Ce système permet
d’implanter jusqu’à 1 MWc sur
3, 5
hectares.
2 LE PROJET TOITURE PHOTOVOLTAIQUE Poulailler
Delorme
2.1 COLLECTIVITES LOCALES ET REGIONALES
-
Région : Auvergne
Département : Haute Loire
Communauté de Communes : Loire Semène
2.4
CARACTERISTIQUES DU BATIMENT
Le poulailler
de
Monsieur
Delorme
fait une surface de
2
700m
et dont les
dimensions sont ci dessous :
Largeur : 8.50 m
Longueur : 80m
La pente qui corresponde au projet est celle de sud –ouest et l’orientation est 30° par rapport
au sud.
La couverture du
bâtiment est en bacacier et le type de
charpente métallique
La toiture est constituée de fibro ciment
Isolation :
L’isolation du bâtiment est en sous pente :
•
•
•
Isolation d’air de 250 mm
Isolation de 30mm classé au feu
Isolation de 90 mm de laine de roche avec vapeur coté élevage
Accès :
Le site est accessible par l’extérieur à
partir de la route de Saint Just
Malmont.
-
A l’intérieur le bâtiment a des halles qui
permettent l’accès aux différentes
extrémités du poulailler.
De plus, le bâtiment compte avec une
voie de circulation autour.
2.5 FONCIER
Le bâtiment appartient à Monsieur Jean DELORME, Propriétaire Privé. Une promesse de
bail sera signée entre Mr Delorme et la société NewSolar. Le loyer proposé au propriétaire
est d 2€/m2 soit une superficie de 680m2 un loyer annuel de 1360 euros par an à compter
du raccordement EDF.
2.6 LE CONTEXTE ENVIRONNEMENTAL
Il n’existe aucune protection réglementaire au titre de la nature ou du paysage sur la
commune de Saint-Just-Malmont.
On constate toutefois la présence de sites Natura 2000, ZNIEFF type I et II, et du parc
Naturel Régional du Pilat à quelques kilomètres de la commune comme le montre les cartes
suivantes, mais aucun site protégé n’est mitoyen aux parcelles du projet :
Carte de localisation de site Natura 2000 en périphérie
du projet photovoltaïque
Deux sites Natura 2000 les plus proches du projet sont :
•
Un SIC : « Gorges de la Loire » ; ce site est situé à environ 8.7 km par sa partie la
plus proche au ouest du projet.
•
Un SIC « Valle de l’ondeon Contreforts Nord du Pilal », ce site se situe à environ 7.8
km par sa partie la plus proche au nord-est du projet.
Carte de localisation Parc Naturel du « Pilat » en
périphérie du projet photovoltaïque
Carte de localisation ZNIEFF type I et II en périphérie du
projet photovoltaïque
Différentes sites ZNIEFF se trouvent à proximité du projet toiture photovoltaïque. Les plus
proche est la ZNIEFF de type I »La valle du val-cherie » qui se situe à moins de 7km par
l’est.
Risque d’incendie:
Grâce au montage d’isolation du poulailler, le risque d’incendie du aux possibles courts
circuits ou échauffement des circuits électriques est assez faible. Cette isolation permet
aussi une bonne ventilation des panneaux photovoltaïques.
La température à l’intérieur est de maximum de 33°C
L’intérieure se trouve constamment en dépression par une extraction d’air mécanique et
dynamique. Les extracteurs mécaniques se trouvent à l’opposé des entrées d’air
Ce système évite tout risque de stagnation, stockage ou d’accumulation d’acide ou de
vapeur nocive qui peuvent soit incommodé l’élevage ou détérioré les panneaux
photovoltaïques.
Il est nécessaire de savoir que les déjections des volailles émettent un peu d’acide à l’état
gazeux.
RECYCLAGE: UN DÉVELOPPEMENT DURABLE
PV Cycle est une association crée en Juillet 2007. Leur but est de créer un programme de
recyclage des modules photovoltaïques. En effet, des 2015, on assistera aux fins de vie des
premiers modules installés. Cela permettra de réduire le volume des déchets issus du
photovoltaïque, d’augmenter la revalorisation des ressources telles que le verre, le silicium et
d’autres matériaux semi-conducteurs.
2.7 RACCORDEMENT AU RESEAU PUBLIC DE DISTRIBUTION
ETUDE DE FAISABILITÉ ERDF
Une étude de faisabilité pour une puissance de 100 KW sera demandée à ERDF afin d’avoir
une première idée de la solution de raccordement.
Selon la carte RTE, le poste source le plus proche est celui de Firminy-Vert, qui se situe à
vol d’oiseau à 3,5 km et environ 4 km par les routes.
Potentiel de raccordement du poste source de Firminy-Vert à la date du 07/05/2010 :
-
Potentiel de raccordement du réseau public de transport : 40 MW
-
Volume des projets en file d’attente par poste électrique : 5 MW
Capacité théorique d’accueil : 35 MW
U
n
e
l
i
g
n
e
d
e
2
0
K
v
p
a
sse par le terrain de M. Delorme ce qui
faciliterait le raccordement au réseau
électrique
ERDF
L’étude auprès d’ERDF permettra de
confirmer s’il est possible de s’y raccorder.
C’est sans doute plutôt un poste de livraison
et non d’injection.
PROPOSITION TECHNIQUE DE RACCORDEMENT
Une proposition technique et financière (PTF) du raccordement électrique de la centrale au
réseau public sera demandée auprès du gestionnaire de réseau de distribution d’électricité
une fois le design final de la centrale connu. Cette étude donnera la solution définitive de
raccordement pour le projet de centrale photovoltaïque.
3 ETUDE DE PRODUCTION D’ENERGIE
3.1 DONNEES METEOROLOGIQUE
Les données météorologiques utilisées sont les données météo du logiciel Météonorm. A
partir des stations météo à savoir notamment Le Puy-en-Velay, Saint-Etienne et Montélimar,
Météonorm a extrait les données météo suivantes:
L’irradiation globale dans le plan horizontal est prise égale en moyenne à 1.300 kWh/m²/an.
Le graphique ci-dessous indique le cumul d’énergie reçue, réparti entre rayonnement direct
et diffus sur les 12 mois de l’année.
3.2 CONFIGURATION DE LA CENTRALE
Modules PV
Marque : Suntech
Type de cellule : Si-mo
Nombre de modules : 504
Modèle : XTP 180-34
Puissance : 180 Wc
Puissance totale : 91 KWc
Azimut : 30°
Inclinaison : 25 °
Onduleurs :
Marque : SMA
Puissance nominale : 11 kW
Puissance nominale totale : 88 kW
Modèle : sunny mini central 11000
TL
Nombre d’onduleurs : 8
Ratio de puissance : 96.7 %
3.3 SIMULATION DE PRODUCTION
Les logiciels de simulation PVsyst et PVsol sont des programmes de conception et de
simulation pour les centrales photovoltaïques. Ils permettent de faire une estimation de la
production et d’optimiser la configuration de la centrale (inclinaison, ombrages, …) pour
obtenir un productible optimum.
Indice de performance : 84.8 %
Energie spécifique : 1160 kWh/kWc/an
Energie produite : 105 MWh/an
Surface utile : 632
m2
Production normalisée :
Diagramme solaire – ombres portées :
D’après les simulations sous le logiciel PVsyst l’énergie produite par la centrale est
estimée à 105 MWh par an, soit 1160 kWh/kWc.
En considérant qu’en moyenne un foyer consomme 2 500 kWh par an d’électricité spécifique
(source INES), cette production équivaut à la consommation d’électricité de 42 foyers.
La centrale permettra donc d’éviter l’émission de 9.33 tonnes de CO2 par an, ou encore
évitera la production annuelle de 0.35 kg de matières hautement radioactives.
4 LA PROTECTION CONTRE LES INCENDIES
Lorsque l’on intervient sur une installation photovoltaïque pour éteindre un incendie, il existe
un risque d’électrocution tant que les modules sont exposés à un rayonnement solaire
suffisamment puissant.
Les incendies sur les installations photovoltaïques doivent être éteints exclusivement à l’aide
de mousse destinée aux installations électriques basse ou moyenne tension. Un dispositif de
sectionnement est installé du côté courant continu de l’onduleur mais également en aval.
4.1 LA PROTECTION CONTRE LA FOUDRE
Les installations photovoltaïques peuvent être endommagées par la foudre les touchant
directement, mais également par la foudre tombant à proximité en créant des tensions et des
courants qui engendrent des champs électriques et magnétiques.
Il est effectivement judicieux de protéger contre le foudre tant les installations que les
bâtiments. Toutefois, la meilleure protection contre le foudre ne dispense pas de contracter
une assurance. Il existe deux systèmes complémentaires pour protéger un bâtiment et son
installation photovoltaïque : une protection extérieure et une protection intérieure. Le but de
la protection extérieur est de capter les impacts directs de la foudre et de détourner le
courant généré vers les circuits et les dispositifs de mise à la terre. La protection intérieure
permet de réduire le danger dû aux surtensions dans les bâtiments.
5 ASSURANCES
Dans la mesure où l’investissement est relativement important, une protection contre tous
les risques de la centrale photovoltaïque est fortement recommandée. Celle-ci doit
comprendre à la fois une assurance sur le matériel (pour les dommages causés à
l’installation par une action (extérieure), une assurance pour perte d’exploitation et une
assurance responsabilité civile (pour les dommages causés par l’installation sur des tiers).
Chapitre 2.
l’énergie photovoltaïque
Chapitre 2.
l’énergie photovoltaïque
Résumé
Le deuxième chapitre de ce rapport a pour but de
présenter l’énergie photovoltaïque à travers le principe de
fonctionnement d’une cellule solaire, ses caractéristiques
les champs de modules et les panneaux solaires
Plan du chapitre II :
➢ Introduction
II. Energie photovoltaïque
III. Modules photovoltaïques et champs de modules
IV. Panneaux solaires photovoltaïques
18
Introduction
Le développement de l’exploitation des énergies renouvelables a connu une forte
croissance ces dernières années. La production d’électricité par des sources d’énergie
renouvelables offre une plus grande sûreté d’approvisionnement des consommateurs tout en
respectant les normes écologiques de l’énergie. Le caractère renouvelable d’une énergie
dépend de la vitesse à laquelle la source se régénère, mais aussi de la vitesse à laquelle elle est
consommée.
I. Energie photovoltaïque
Un système Photovoltaïque (PV) est destiné à satisfaire un besoin d’énergie électrique
selon des conditions spécifiques d’exploitation. Il est généralement constitué d’un générateur
photovoltaïque, d’un système de stockage, de source auxiliaire d’appoint (groupe diesel,
aérogénérateur, réseau, etc.….), des systèmes d’interface (convertisseurs, réseau, etc..) d’un
système de control et de commande (système de surveillance, armoires électriques, cartes
électroniques..) et d’une utilisation courant un usage déterminé. Cet usage (éclairage,
réfrigération, pompage, communication,…) est exploité dans divers secteurs (santé,
éducation, agriculture, énergie…).
La topologie d’un système PV est déterminée selon d’une part la nature de l’utilisation
(nombre de récepteurs, contrainte d’exploitation, sécurité énergétique,..) et d’autre part des
considérations technico-économiques prenant en compte aussi bien le rendement énergétique
que la taille de l’investissement.
La partie principale dans ces installations est le générateur photovoltaïque. Il est
composé de divers modules formés par une association série-parallèles de cellules
élémentaires convertissant l’énergie solaire (sous formes de rayonnement) en une énergie
électrique. Une cellule peut produire 1.5w pour un ensoleillement de 100W/m2 avec une
tension de 0.6V. Un module de 36 cellules produit une puissance moyenne de 40 à 50W et
19
occupe une surface de 0.5m² environ. Le rendement énergétique moyen est de l’ordre de 12 à
15% est a atteint pour une phase de recherche 30%.
I.1 La cellule solaire
I.1.1
Principe de fonctionnement
L’absorption d’un photon par un semi-conducteur donne naissance à une paire
d’électron trou lorsque son énergie est supérieure à celle de la largeur de la bande interdite du
matériau. Le champ électrique interne à la jonction, entraîne alors le trou vers la région P et
l’électron vers la région N.
Par tapage du semi-conducteur de région de type P et de type N par les atomes
phosphore et bore; la cellule solaire est donc une jonction P-N avec des diverses parties
représentées sur le schéma de la figure suivante :
Figure 2.Fonctionnement d’une cellule solaire
20
Figure 3. Cellule photovoltaïque
Lorsqu’un photon vient frapper la zone de transition, il arrache un électron à l’atome
de silicium qui va se déplacer du coté N. tandis que le « trou » ainsi crée par cet arrachement
va se déplacer du coté P. Il apparaît ainsi aux bornes du dispositif, une différence de potentiel.
Si on ferme la cellule sur un circuit extérieur, un courant circule. La cellule qui se comporte
comme une pile sensible aux photons (c.à.d. à la lumière) s’appelle des photopiles, Le défaut
principal des photopiles reste la limitation de leur rendement. Il est de l’ordre de 12% pour
une cellule de silicium monocristallin.
Plusieurs phénomènes entrent en ligne de compte dans cette limitation du rendement,
mais les deux principaux sont les suivants :


Non absorption des photons peu énergétiques (infrarouge)

Utilisation partielle de l’énergie de photons très énergétiques (ultraviolet)
La part de cette énergie qui n’est pas employée est dissipée dans le matériau sous
forme de chaleur.
Une cellule photovoltaïque représentée par sa caractéristique I=f (V) peut être
schématisée par ce schéma :
I CC
V
Vc0
Figure 4. L’allure de la caractéristique Courant tension d’une cellule PV au silicium
21
Vco : tension dans le cas de circuit-ouvert.
Icc : courant dans le cas de court-circuit.
La caractéristique électrique d’une diode est régie par :
Vd
I D  I s (eV 1)
T
Vd
Le courant dans une cellule PV est donnée par : I p  I ph  I D  I ph  I s (eVT 1)
Ip
ID
Iph
Vp
Figure 5. Modèle équivalent d’une cellule PV au silicium.
Ip : courant fournie par une cellule (A).
Iph : la photo courant (A).
ID : courant diode (A).
Is : Le courant inverse de la jonction PN.
Vp : tension aux bornes de la cellule (V).
VD : : tension aux bornes de la diode
Vt=K.T/q : Potentiel thermique.
q : la charge électrique élémentaire (C).
k : la constante de Boltzmann, k= 1.38 10-23j/°k.
T : la température en °K.
22
I.1.2
Caractéristique I= f (V) d'une cellule photovoltaïque
Si une impédance de charge non nulle et non infinie est placée aux bornes de la
cellule, on se trouve dans un cas intermédiaire entre le court-circuit et le circuit ouvert. Le
photo courant va se distribuer entre cette charge extérieure (courant I) et la diode (courant ID).
Il en résultera une tension de travail (de polarisation) V inférieure à Vco.
La caractéristique courant - tension de la cellule photovoltaïque se met alors sous la
forme :
I (V) = Iph - ID (V)
(1)
Soit
I (V )  (T )   S   (T )  S 

exp(
e(V  Rs I )


avec
Rs : résistance série en Ohm.
n : coefficient d’idéalité de diode.
) 1


nkT
 (2)
Le second terme dans ces expressions est l'équation classique du courant d'une diode
de surface S polarisée à la tension V soit ID(V), (α (T) et β(T) étant des coefficients
caractéristiques de la jonction et fonction de la température. Sous une irradiante  et une
température T données. La caractéristique courant-tension de la cellule photovoltaïque est
parfaitement définie. La figure 6 donne cette caractéristique théorique pour une cellule en Si
monocristallin de 100 mm de diamètre à 25°C et sous l'irradiante de référence de 1 kW.m-2.
23
Figure 6. Caractéristique I= f (V) d'une cellule photovoltaïque
On remarque que la caractéristique I (V) correspond à la soustraction de deux courbes,
courbe [a] : Iph (V) courbe [b] : ID (V), ce qui traduit bien les équations (2) et (3). Le courant
➢ extrait de la cellule photovoltaïque est donc fonction de la tension de travail V de la cellule.
Cette tension étant elle-même fixée par l'impédance sur laquelle est fermée cette cellule.
Modules photovoltaïques et
champs des modules
La tension générée par une cellule photovoltaïque au silicium mono ou multi cristallin,
fonctionnant au point de puissance maximale sous l'éclairement de référence de 1kW.m-2, est
de l'ordre de 0,55 V et le courant est fonction de la surface de la cellule. Il convient donc de
grouper en série et parallèle des cellules élémentaires pour adapter tension et courant en
fonction des contraintes de la charge à alimenter.
24
Il est important de noter dès à présent que la caractéristique courant-tension d'un
groupement de cellules photovoltaïques, qu'elles coupent, sera directement homothétique de
la courbe I (V) d'une cellule de base. Il en sera de même pour tout le réseau de
caractéristiques. En conséquence, tout ce qui a été dit pour une cellule individuelle restera
valable pour un groupement.
II.1 Module et groupement de cellules en série
La tension générée par une cellule étant très faible, il faudra dans la majorité des cas
associer en série un certain nombre de cellules pour obtenir des tensions compatibles avec les
charges à alimenter. C'est ce qui est réalisé dans un module photovoltaïque, où les cellules
sont positionnées sous forme d'une guirlande dont les deux extrémités sont ramenées vers une
boite de connexion. Les électrodes supérieures d'une cellule sont connectées à la face arrière
de la cellule suivante. La figure 7 donne le schéma d'un module fermé sur sa résistance
optimale R’.
Figure 7. Schéma d’un module fermé d’un groupement des cellules en série
25
Figure 8. Caractéristique I (V) d’un groupement des cellules en série
On constate immédiatement sur cette figure, correspondant à la mise en série de Ns
générateurs de courant, que le courant généré par les cellules est le même dans toute la
branche ainsi que dans la charge. Une première règle est donc qu'il ne faudra connecter en
série que des cellules identiques.
La figure 8 présente la courbe de courant-tension du groupement ainsi réalisé. La
courbe est la caractéristique de l'une des Ns cellules du groupement série. La caractéristique
du groupement (G) est obtenue en multipliant point par point et pour un même courant, la
tension par Ns. Fermé sur l'impédance R', le groupement série délivrera le courant I sous la
tension Ns  Vi. Chacune des Ns cellules générant ce courant I et la tension Vi. La
construction graphique de la figure 8 suppose que la connexion en série des cellules
n'introduit pas de résistances parasites (série ou shunt) supplémentaires. L'impédance
optimale pour le groupement série est Ns fois plus grande que l'impédance optimale pour une
cellule de base.
II.2 Groupement de cellules ou modules en parallèle
Il est possible d'augmenter le courant fourni à une charge en plaçant en parallèle
plusieurs cellules ou modules photovoltaïques comme indiqué sur la figure 9. Sur cette figure,
les générateurs de courant représentent soit des cellules individuelles, soit des cellules en série
(modules), soit des modules en série (branches). On constate dans ce cas que c'est la tension
générée qui est la même pour toutes les cellules (ou tous les modules ou toutes les branches).
26
Figure 9. Schéma d’un module fermé d’un groupement des cellules en parallèle
Figure 10. Caractéristique I (V) d’un groupement des cellules en parallèle
La deuxième règle est donc qu'il ne faudra connecter en parallèle que des cellules des
modules, ou des branches identiques. La figure 10 présente la courbe de puissance résultante
(G) pour le groupement parallèle considéré.
Cette courbe est obtenue en multipliant point par point par Np (nombre d'éléments en
parallèle) et pour chaque valeur de la tension, le courant de la courbe correspondant à une
cellule élémentaire fermé sur une résistance R", le groupement parallèle délivrera le courant
NpIi sous la tension V, chacune des Np branches en parallèle générant le courant Ii. La
construction graphique de la figure 10 suppose que la connexion en parallèle n'introduit pas
27
des résistances parasites (série ou shunt) supplémentaires. L'impédance optimale pour le
groupement parallèle est Np fois plus faible que l'impédance optimale pour une branche.
II.3 L’unité Kilowatt crête (kWc) = Puissance dans des conditions
standards
La puissance crête d’un système photovoltaïque correspond à la puissance électrique
délivrée par ce même système dans des conditions standards d’ensoleillement (1000 W/m²),
de température (25°C) et de standardisation du spectre de la lumière.
Ex: un module de 200 Wc est un module qui produira une puissance électrique de 200 W si
on le place sous en ensoleillement de 1000 W/m².
n Panneaux solaires
photovoltaïque
III.1 Intérêt des panneaux solaires photovoltaïques mobiles par
rapport aux panneaux fixes
III.1.1 Calcul d’énergie produite par des panneaux photovoltaïques
fixes « 1 kwc » à l’inclinaison optimale
(a) Position du soleil
Dans cette partie, je vais m’intéresser à la position relative du soleil par rapport à un
observateur placé dans un point sur la terre.
Chaque point de la terre est repéré par deux angles :
Latitude : φ l’angle entre le point et le plan équatorial, qu’on spécifie si elle est vers le
nord ou vers le sud.
Longitude : λ angle par rapport au méridien de Greenwich, on précise à chaque fois si
elle est à l’est ou à l’ouest du référence.
28
Figure 11. Les repères d’un point de la terre
Exemple : Kenitra se situe à une latitude : 31°02'N et longitude : 06°48'E.
Supposons un observateur ( A) placé dans un point sur la terre (sur l’hémisphère
Nord), traçons le plan tangent et plaçons les différentes directions : Est, Ouest, Nord et Sud.
29
Figure 12. Position du soleil
Alors on peut déterminer la position du soleil par rapport à l’observateur à l’aide des
deux angles:
L’azimut solaire : l’angle que fait le plan vertical du soleil avec le plan méridien du
lieu.
On le mesure à partir du Sud, vers l’Est ou vers l’Ouest (0° pour le Sud, 180° pour le
Nord). Les lignes verticales du diagramme figurent les angles azimutaux de 10° en 10°.
La hauteur du soleil (élévation) : l ‘angle que fait la direction du soleil avec le plan
horizontal.
30
Figure 13. L’azimut et hauteur du soleil
Remarque : l’azimut est parfois mesuré à partir du nord (suivant les conventions)
Pour automatiser les calculs des angles -Elévation et Azimut- pour chaque instant, on
va utiliser le fichier Suntracker.m (fichier Matlab)
Description :
Une fois le fichier est dans le répertoire du travail on lance le script à l’aide de la
fonction principale : Suntracker
31
Figure 14. Suntracker 1
On choisit le type d’analyse voulu : 1 pour journalier et 2 pour annuel.
Exemple : annuel
Figure 15. Suntracker 2
On choisit la latitude du lieu(en degré) :
32
Figure 16. Résultat annuel
Les résultats affichés sont sous forme de graphe en fonction des jours et montrent :
La variation d’angle d’azimut balayé en fonction du jour.
La variation d’angle d’élévation du soleil en fonction du jour.
La variation du nombre d’heure d’ensoleillement en fonction du jour
Les points maximum d’élévation et d’azimut, et le nombre d’heure d’ensoleillement
maximal
Dans le cas où on choisit le premier choix : journalier
On insère la latitude et le numéro du jour dans l’année pour retrouver les résultats sous
formes de graphes de variation des angles caractéristiques du soleil en fonction des heures du
jour(en hour angle) :
33
Figure 17.résultat journalier
Remarque :
Pour les coefficients d’élévation et d’azimut, ils correspondent à la somme des cosinus
d’angle d’incidence dans le cas où on suit seulement l’élévation ou l’azimut, ils ne sont pas
vraiment significatifs à cause de la présence de plusieurs facteurs qui influencent la trajectoire
des rayons solaires et donc la puissance acquise
34
L’analyse m’a permis de trouver la valeur maximale de l’angle d’élévation du soleil
durant toute l’année qui est de 80°.
Pour vérifier les résultats obtenus on a comparé les résultats à :
NOAA Solar Calculations (site international qui calcule la position du soleil pour
chaque région ) pour le jour 34 qui correspond au 03/02/2014 et on a trouvé.
Tableau 3.l’angle d’élévation

q
Calcul d’énergie :
Les données d’entrée pour calculer l’énergie produite sont les suivantes :

L’énergie incidente annuelle
 sur un plan horizontal par région géographique,
H exprimé en kWh/m².
35
Figure 18: énergie incidente H

Un Facteur de Transposition FT, sans unité mais dépendant de l’orientation et de
l’inclinaison des modules, qui, appliqué à l’énergie incidente horizontale,
permet

d’évaluer l’énergie incidente annuelle dans le plan des modules.
FT = Hi,inclinison, orientation/Hi,horizontal,sud
Hi,inclinison, orientation
: Énergie incidente dans un plan incliné
Hi,horizontal,sud
: Énergie incidente dans un plan horizontal
Tableau 4: Facteur de Transposition FT



la puissance crête du système photovoltaïque P0 exprimée en kWc

36


l’indice de performance ou ratio de performance Rp qui dépend
principalement du type de mise en œuvre des modules et de la qualité du
dimensionnement des composants du système.
Il dépend :


 Du système de conversion DC/AC,
 De la température réelle de fonctionnement des modules,
 Du type d’intégration des modules dans le bâtiment.
Dans ce dernier cas, on peut distinguer différents types d’intégration en fonction de la
catégorie de ventilation des modules :
à
Non ventilés ou isolées (tout type d’intégration)
à
Ventilé ou faiblement ventilés (pose sur toiture)
à
Très ventilés ou ventilation forcée (pose sur toiture terrasse, brise
soleil) Les valeurs prises dans la méthode de calcul sont :
Tableau 5. Valeurs de Rp
L’estimation de l’énergie annuelle produite par le système photovoltaïque, Epv, est
donnée par le produit de ces valeurs soit : Epv= H. FT . P0. Rp

Remarque : On peut calculer l’énergie produite en utilisant le site suivant :
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php?lang=en&map=africa#
Exemple : kenitra « 1 kwc »
37
Tableau 6. Les valeurs d’énergie produite dans le cas des panneaux fixes[6]
Ed: Moyenne quotidienne d’énergie produit (kWh).
Em: Moyenne mensuelle d’énergie produit (kWh).
Hd: Moyenne quotidien moyen de l'irradiation globale (kWh/m2).
Hm: Moyenne mensuelle moyen de l'irradiation globale (kWh/m2).
Donc l’énergie produite par un photovoltaïque de 1 kwc dans la région kenitra sera 1640 kwh
III.1.2 Calcul d’énergie produite par des panneaux
photovoltaïques mobiles :
Au niveau de la production électrique, un suiveur à un seul axe garantit une augmentation
de la production électrique par rapport aux panneaux fixes d’au minimum 36 % .
Exemple : kenitra
38
Tableau 7. les valeurs d’energie produite par des panneaux de 1 kwc dans le cas d’un
suiveur[6]
La nouvelle energie anuelle produite sera 2290 kwh .
Les modules photovoltaïques placés sur un suiveur de soleil ont un rendement
énergétique qui augmente de manière appréciable par rapport aux installations fixes.
Le suiveur de soleil proposé offre un suivi de la trajectoire du soleil suivant un axe
motorisé et un axe saisonnier manuel. Ils engendrent ainsi une augmentation de la production
moyenne d’électricité de l’ordre de 35%.
39
III.2 Présentations comparées pour un système de 1 kWc fixe et avec
suiveur
Au cours d’une journée complètement ensoleillée, un système de 1 kWc bien orienté,
produit 5,5 kWh d’énergie, alors que le même système avec suiveur, dans les mêmes
conditions d’ensoleillement, produit 11 kWh d’énergie.
Figure 19. Ddiagramme de comparaison entre la production avec suiveur et la production avec
système fixe
2017-2019
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