Annexe 7 : la facture du panneau solaire

Alimentation électrique solaire autonome
Projet OSE 2004/2005 Domaine Energie-Environnement
PROJET OSE FI3 – année 2004-2005
Domaine énergie environnement
Tuteur : Cédric GARNIER
Florent BESSEAU
Pascaline CHEVREL
Pierre-Yves HARNOIS
Florian MADON
Florent MATOUK

Alimentation électrique solaire autonome
Projet OSE 2004/2005 Domaine Energie-Environnement
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R
Re em me er rc ci ie em me en nt ts s
Nous adressons tout d’abord nos remerciements à M. NAPO qui s’est montré
très disponible tout au long du projet pour répondre à nos questions.
Nous tenons également à remercier M. GARNIER, notre tuteur durant ce
projet, pour son aide et son soutien.
Nous remercions aussi M. BOURGES, professeur et adjoint d’enseignement
au Département Systèmes Energétiques et Environnement, qui a été l’instigateur de
ce projet en 2002.
De plus, nous souhaitons remercier Mr TURLIER qui nous a fourni une part du
matériel nécessaire à la finition du projet.
Enfin, nos remerciements vont à M. DALIER et au personnel de l’atelier de
l’EMN qui ont accepté de nous céder un peu de leur temps pour réaliser certains
travaux manuels.

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S
So om mm ma ai ir re e
INTRODUCTION .................................................................................................................... 3
1. SENSIBILISATION A L’ENERGIE SOLAIRE .............................................................. 4
1.1. POURQUOI L’ENERGIE SOLAIRE ? ...................................................................................... 4
1.2. LA TECHNOLOGIE SOLAIRE ............................................................................................... 4
Fonctionnement d’une cellule photovoltaïque ................................................................... 4
1.3. NOTRE SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE ................................................................................. 6
2. PROLONGEMENTS ET ACHEVEMENT DU PROJET ............................................... 8
2.1. COMMUNICATION AVEC M. NAPO ET REALISATION DU SUPPORT .................................... 8
2.2. MANUEL D’UTILISATION ET FICHE TECHNIQUE ............................................................... 10
3. LES TESTS : DEMARCHE ET RESULTATS ............................................................... 12
3.1. CAHIER DES CHARGES .................................................................................................... 12
3.2. TESTS DE FONCTIONNEMENT DU PANNEAU ..................................................................... 13
Test de charge .................................................................................................................. 14
Tests de décharge ............................................................................................................. 15
4. PRECONISATION POUR LA REALISATION DE PLUSIEURS EXEMPLAIRES 17
4.1. BILAN FINANCIER ........................................................................................................... 17
4.2. LES ETAPES DE REALISATION .......................................................................................... 17
Conception du circuit à l’aide du logiciel Eagle ............................................................. 17
Réalisation du circuit imprimé ......................................................................................... 18
Réalisation du montage électrique ................................................................................... 18
Protection des différents composants électroniques ........................................................ 18
Finition du panneau ......................................................................................................... 19
CONCLUSION ....................................................................................................................... 20
BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................. 21
ANNEXES ............................................................................................................................... 22
ANNEXE 1 : BILAN FINANCIER ...................................................................................... 23
ANNEXE 2 : COURBE INTENSITE – ECLAIREMENT ................................................. 24
ANNEXE 3 : COURBE INTENSITE - TENSION ............................................................. 25
ANNEXE 4 : COURBES DE CHARGE DE LA BATTERIE SOUS DIVERS
ECLAIREMENTS ................................................................................................................. 26
ANNEXE 5 : COURBES DE DECHARGE DE LA BATTERIE AVEC DIFFERENTES
RESISTANCES ...................................................................................................................... 26
ANNEXE 5 : COURBES DE DECHARGE DE LA BATTERIE AVEC DIFFERENTES
RESISTANCES ...................................................................................................................... 27
ANNEXE 6 : DOCUMENTATION TECHNIQUE & MANUEL D’UTILISATION ..... 28
ANNEXE 7 : LA FACTURE DU PANNEAU SOLAIRE .................................................. 32

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I
In nt tr ro od du uc ct ti io on n
Depuis une dizaine d’années, l’exploitation des énergies renouvelables connaît une
croissance significative dans les pays industrialisés. Du fait de l’épuisement annoncé
des ressources en énergie fossiles et également en raison du durcissement des
normes environnementales imposées aux industriels, les politiques énergétiques
tendent à orienter leurs efforts vers l’exploitation de ces sources d’énergie propres et
quasi-inépuisables. Qu’il s’agisse de l’énergie éolienne, solaire, hydraulique ou
géothermique, chacune représente un fort potentiel à exploiter. Même s’il est vrai que
les coûts de production d’électricité à partir de ces énergies restent encore
supérieurs à ceux des sources traditionnelles, il arrive souvent que si la technologie
est adaptée au milieu d’installation, ces coûts peuvent être réduits et devenir
acceptables. Par ailleurs, cette technologie peut présenter d’autres avantages
intéressants.
C’est dans cette optique que M. NAPO, aujourd’hui enseignant à l’université de
Lomé au Togo et responsable de la cartographie solaire du Togo, a envisagé de
munir d’une alimentation utilisant l’énergie solaire une station de mesures
actuellement alimentée par des piles classiques. L’avantage principal d’un tel
système repose sur le fait que, au contraire d’une pile, il n’y a pas de risque d’arrêt
de l’alimentation de la station puisque la batterie peut être rechargée chaque jour
grâce à l’énergie lumineuse transmise par le soleil. Ainsi dans ce cadre d’utilisation
précis (site isolé et très ensoleillé tout au long de l’année), un système d’alimentation
photovoltaïque apparaît tout à fait adéquat.
Pour parvenir à réaliser ce projet de conception et fabrication d’une alimentation
électrique solaire autonome, M. NAPO a accepté l’aide d’étudiants de l’Ecole des
Mines de Nantes. L’étude s’est déroulée sur trois années consécutives et a requis la
succession de trois groupes d’étudiants. Lors de la première année, c’est
principalement le dimensionnement et l’adaptation d’un système de photopile sur
lesquels ont travaillés les élèves. L’année suivante, la nouvelle équipe s’est occupée
de la réalisation du montage électrique et des premiers tests de fonctionnement.
Cette année notre travail avait pour but la finalisation du projet en assurant son
aboutissement.
Dans un premier temps, nous reviendrons sur les raisons de l’utilisation d’un système
photovoltaïque et sur son fonctionnement. Nous développerons ensuite les travaux
de conception du support, ainsi que ceux menant à la rédaction de la documentation
technique. Nous terminerons avec la présentation des derniers tests sur l’ensemble
du montage afin d’avoir l’ensemble des caractéristiques de chaque élément du
système.

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1. Sensibilisation à l’énergie solaire
1.1. Pourquoi l’énergie solaire ?
Comme expliqué précédemment, le projet que nous menons consiste à remplacer 6
piles alcalines de 1,5V (soit 9V) alimentant une station de mesure électronique au
Togo. De faible puissance, la particularité de cette alimentation réside dans le fait
qu’elle est stable, et continue. Le professeur Mr Napo voulait remplacer ces piles car
elles étaient pour lui une astreinte, sachant qu’elles ont une autonomie faible. La
solution évidente était donc de pourvoir cette station d’une alimentation stable,
continue, de même puissance, et qui puisse avoir une autonomie bien plus grande,
de l’ordre de l’année. De fait, étant donnée la région du globe et la longévité attendue
de l’alimentation, l’idée de l’énergie solaire s’est imposée d’elle-même. Pays situé
presque en dessous de l’équateur, et donc avec une inclinaison des rayons solaires
presque nulle par rapport à la France (de 5 à 17°), cette source d’énergie s’est
révélée parfaite pour la situation, avec une autonomie très supérieure à celle des
piles. Le dimensionnement du système (panneau 12V-120mA et batterie 12V) a été
assuré par les projets précédents.
1.2. La technologie solaire
L’entité élémentaire d’un panneau solaire, celle qui permet la conversion de l’énergie
solaire en énergie électrique, est une cellule photovoltaïque. Il en existe plusieurs
types, auxquels sont associés des rendements fonction de la qualité du matériau
utilisé.
Le matériau nécessaire à la création d’un courant électrique est un semi-conducteur,
le Silicium (Si) par exemple. Les semi-conducteurs se situent à mi-chemin entre les
métaux (très bon conducteurs) et les isolants électriques (conductance quasi-nulle) :
ils contiennent peu « d’électrons libres ». Le silicium est un semi-conducteur bien
particulier, qui est photo-conductible, c’est à dire que sa conductance augmente avec
l’éclairement. Dans l’obscurité, une cellule photovoltaïque a une résistance élevée.
Fonctionnement d’une cellule photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque est principalement constituée de deux couches de
matériaux semi-conducteur, qui sont « dopées » afin de les polariser. Une des deux
couches est dopée par des atomes de bore, ce qui la rend positive (P, cf. figure 1), et
l’autre couche est dopée négativement (N, cf. figure 1) par des atomes de
phosphore. Une barrière de potentiel est ainsi créée.
Lorsqu’un électron est suffisamment excité par un photon incident (cf. figure 1, flèche
jaune), il quitte la bande de valence de l’atome pour passer dans la bande de
conduction : il devient un « électron libre », et laisse un « trou », chargé positivement.