Les notions de base en photovoltaïque

LES NOTIONS DE BASE EN
PHOTOVOLTAÏQUE
Dr. Nadjoua BELLEL
ISBN: 978-9931-9243-9-5

1
Sommaire :
Chapitre 1 : L’électricité
1 L’électricité, c’est quoi ? ..................................................................................................... 6
2 Les grandes valeurs en électricité: ...................................................................................... 7
2.1 La Tension ou différence de potentiel (U) : ................................................................ 7
2.2 L’intensité (I) : ............................................................................................................. 7
2.3 La résistance (R) : ........................................................................................................ 7
2.4 La puissance électrique (P) : ....................................................................................... 8
2.5 La consommation d’énergie : ...................................................................................... 8
3 Les types de courant : ......................................................................................................... 9
3.1 Le courant continu (DC direct current) : ..................................................................... 9
3.2 Le courant alternatif (AC alternative current) : ........................................................... 9
4 Les groupements d’éléments : .......................................................................................... 10
4.1 Les éléments en Série : .............................................................................................. 10
4.2 Les éléments en parallèle : ......................................................................................... 11
5 Mesures électriques : ......................................................................................................... 12
Chapitre 2 : L'énergie solaire et son gisement
1 L'énergie solaire : .............................................................................................................. 14
2 Les types de l’énergie solaire : .......................................................................................... 14
2.1 Le solaire thermodynamique : ................................................................................... 14
2.2 Les différents types de centrales solaires thermodynamiques : ................................. 14
2.3 Le solaire thermique : ................................................................................................ 17
2.4 Le solaire photovoltaïque : ........................................................................................ 19
3 Gisement solaire : ............................................................................................................. 20
3.1 Le système terre-soleil : ............................................................................................. 20
3.2 Le rayonnement solaire : ........................................................................................... 21
3.3 Appareils de mesures du rayonnement solaire : ........................................................ 22
3.4 Repérage du soleil dans le ciel : ................................................................................ 24
3.4.1 ............................................................................................. 24
3.4.2
La longitude
La latitude ................................................................................................... 25
3.4.3 L’altitude (Z) : .................................................................................................... 25
3.4.4 La déclinaison solaire .............................................................................. 25

2
3.4.5 L'angle horaire ......................................................................................... 26
3.5 Les coordonnées célestes horizontales: ..................................................................... 26
3.6 Les cinq temps : ......................................................................................................... 27
3.6.1 Temps universel : ............................................................................................... 27
3.6.2 Temps solaire local : .......................................................................................... 27
3.6.3 Equation du temps : ............................................................................................ 27
3.6.4 Temps solaire vrai : ............................................................................................ 28
3.6.5 Heure légale : ..................................................................................................... 28
Chapitre 3 : La conversion photovoltaïque
1 La conversion photovoltaïque : ......................................................................................... 30
2 Le principe de la conversion photovoltaïque: ................................................................... 30
3 L'absorption de la lumière dans le matériau: .................................................................... 31
4 Le transfert de l'énergie des photons aux charges électriques: ......................................... 32
5 Les semi-conducteurs : ..................................................................................................... 34
5.1 Le dopage de semi-conducteur : ................................................................................ 35
5.1.1 Dopage de type N : ............................................................................................. 35
5.1.2 Dopage de type P : ............................................................................................. 35
5.2 La Jonction PN : ........................................................................................................ 36
6 Effet photovoltaïque : ....................................................................................................... 37
7 Principe de fonctionnement d’une cellule PV : ................................................................ 37
8 Les types des cellules photovoltaïques : ........................................................................... 39
8.1 Cellule en silicium monocristallin : ........................................................................... 39
8.2 Cellule en silicium poly-cristallin : ........................................................................... 40
8.3 Cellule amorphe : ....................................................................................................... 41
9 Caractéristiques d’une cellule photovoltaïque : ................................................................ 41
9.1 Zones de fonctionnement du module photovoltaïque : ............................................. 42
9.2 Caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque : ................................. 42
9.2.1 Le courant de court-circuit Icc : ......................................................................... 43
9.2.2 La tension en circuit ouvert Uco : ..................................................................... 43
9.2.3 Influence de la température et de l’éclairement : ............................................... 44
9.2.4 Facteur de forme (FF) : ...................................................................................... 45

3
10 Cellules, panneaux et champs photovoltaïques : ........................................................... 46
11 Groupements de cellules : ............................................................................................. 47
11.1 Principe : .................................................................................................................... 47
12 De la cellule au module PV : ......................................................................................... 48
12.1 L'encapsulation des cellules PV : .............................................................................. 48
Chapitre 4 : Installation solaire
1 Installation Solaire : ............................................................................................................. 52
2 Le Panneau Solaire : ......................................................................................................... 52
2.1 Performance du panneau Solaire : ............................................................................. 54
3 Le régulateur : ................................................................................................................... 55
3.1 Fonctionnement du régulateur : ................................................................................. 56
3.1.1 Régulation PWM (Pulse Width Modulation) : ................................................... 56
3.1.2 Régulateur MPPT (Maximum Power Point Tracking) : .................................... 56
3.2 Paramètres qui définissent un régulateur : ................................................................. 57
4 L’onduleur : ...................................................................................................................... 58
4.1 Caractéristiques de fonctionnement: ......................................................................... 59
5 La batterie : ....................................................................................................................... 59
5.1 Principe de fonctionnement : ..................................................................................... 61
5.2 Paramètres de la batterie : .......................................................................................... 61
5.3 La durée de vie d’une batterie solaire : ...................................................................... 61
5.4 Association de batteries : ........................................................................................... 62
6 Le câblage : ....................................................................................................................... 62
Chapitre 5 : Dimensionnement d’une installation solaire
1 Dimensionnement : ........................................................................................................... 65
1.1 Consommation énergétique : ..................................................................................... 65
1.2 Energie solaire récupérable : ..................................................................................... 66
1.2.1 Inclinaison et orientation optimales des capteurs photovoltaïques : .................. 66
1.2.2 Ombrage : ........................................................................................................... 68
1.3 Dimensionnement du générateur photovoltaïque : .................................................... 68
1.3.1 Puissance crête d’un générateur photovoltaïque : .............................................. 68

4
1.3.2 Tension de fonctionnement du champ photovoltaïque : .................................... 69
1.3.3 Nombre de panneaux photovoltaïques à utiliser : .............................................. 69
1.4 Dimensionnement du parc de batteries : .................................................................... 71
1.4.1 Nombre de batteries en séries : .......................................................................... 71
1.4.2 Nombre de batterie en parallèles : ...................................................................... 72
1.5 Dimensionnement du régulateur de charge : ............................................................. 73
1.6 Dimensionnement de l’onduleur : ............................................................................. 73
1.7 Le dimensionnement des câbles électriques solaires : ............................................... 74
2 Installation solaire : ........................................................................................................... 75
Références………………………………………………………………………………….…78