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Installation solaire photovoltaïque
Projet OSE 3ème année BINARD – DEVILLERS
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Remerciements
Nous tenons d'abord à remercier M. Cédric GARNIER, étudiant thésard au département Génie
Energétique de l’Ecole des Mines de Nantes et, à l’occasion, notre tuteur de projet, de nous avoir
accordé sa confiance et du temps pour mener à bien cette étude.
Ensuite, nos remerciements vont à M Eric MORTEAU, chercheur au département Subatech, pour
l’aide qu’il nous a apporté dans la partie électronique de ce projet.
Nous remercions également M. Bernard BOURGES, professeur et adjoint d’enseignement au
département Génie Energétique et Environnement, d'avoir proposé ce sujet de projet.
Enfin, nous adressons nos remerciements à M. Kossi NAPO, professeur à l’Université de Lomé au
Togo, pour son investissement dans le projet et notamment pour les données météorologiques qu’il
nous a transmises régulièrement.

Installation solaire photovoltaïque
Projet OSE 3ème année BINARD – DEVILLERS
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Sommaire
INTRODUCTION 3
I. LE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE .......................................................................................... 4
1. Le principe [1] ................................................................................................................. 4
2. Les modules photovoltaïques ......................................................................................... 5
3. Les systèmes d’application ............................................................................................. 7
II. ETAT INITIAL DU PROJET .................................................................................................... 8
1. Choix du dispositif ........................................................................................................... 8
2. Dimensionnement de la batterie et du panneau solaire ................................................ 10
3. Réalisation du prototype ............................................................................................... 10
III. NOTRE TRAVAIL .............................................................................................................. 11
1. Réalisation du circuit imprimé ....................................................................................... 11
2. La réalisation du montage électrique ............................................................................ 12
3. Du prototype à l’installation finale ................................................................................. 14
IV. LES TESTS : ANALYSE ET RESULTATS ............................................................................... 16
1. Cahier des charges des tests ....................................................................................... 16
2. Tests de fonctionnement du panneau .......................................................................... 17
3. Tests de fonctionnement de la batterie et du régulateur de charge .............................. 18
V. LES REGLES D’INSTALLATION ET D’ENTRETIEN DU SYSTEME ............................................... 21
1. Mise en place de l’installation ....................................................................................... 21
2. Entretien de l’installation ............................................................................................... 22
3. Règles et méthodes de surveillance du système .......................................................... 23
VI. PROGRAMME DE DIMENSIONNEMENT D’UNE INSTALLATION SOLAIRE AUTONOME AU TOGO .... 24
1. Objectif du programme ................................................................................................. 24
2. Entrées et Sorties du programme ................................................................................. 24
3. Description du programme ............................................................................................ 25
4. Analyse personnelle du programme ............................................................................. 28
CONCLUSION 29
BIBLIOGRAPHIE 30
TABLE DES FIGURES 31
ANNEXES 32

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Introduction
Le développement des énergies renouvelables constitue aujourd’hui une réalité
incontournable. Issues du soleil (solaire thermique et photovoltaïque), du vent (éolienne), de l’eau
(hydraulique), du centre de la Terre (géothermie), de la biomasse (bois, matières organiques), les
énergies renouvelables sont non polluantes, inépuisables et présentes partout. Leur expansion s’avère
nécessaire d’autant que les ressources en énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon) et nucléaire
(uranium) s’épuisent. Elles présentent également des atouts incontestables au regard de
l’environnement : réduction des émissions de gaz à effet de serre et limitation des risques de
catastrophes environnementales. Enfin, elles apportent en termes d’économie locale et de
décentralisation car elles contribuent à l’indépendance énergétique.
Parmi celles-ci, l’énergie solaire photovoltaïque connaît une croissance constante depuis
quelques années. Aujourd’hui, elle permet la réalisation d’installations rentables, principalement en
sites isolés. Les expérimentations pilotes destinées à accélérer son développement sont nombreuses et
de natures variées. Celle-ci a notamment une grande place à prendre dans les pays en voie de
développement où les réseaux d’électricité publics ne desservent que très peu de régions.
Ainsi, pour réellement intégrer l’énergie photovoltaïque aux mœurs et afin de montrer le rôle qu’elle
peut avoir dans les pays en voie de développement, ne semble t-il pas intéressant de tester la
pertinence de son utilisation pour de petites puissances isolées ?
Dans l’optique de participer au développement du photovoltaïque, nous avons travaillé dans le
cadre de notre projet d’orientation scientifique et technique sur la réalisation d’une installation
autonome destinée à alimenter en énergie une station de mesure météorologique au Togo.
Dans ce rapport, nous présentons brièvement l’énergie solaire photovoltaïque. Nous décrivons
ensuite l’état initial du projet et validons les différents choix effectués. Puis nous développons notre
étude concernant la conception de l’installation et les tests de son bon fonctionnement suivant
différentes conditions tout en émettant des conseils sur sa mise en place et sa maintenance. Enfin,
nous élargissons notre travail en présentant un programme de dimensionnement d’installation solaire
autonome adapté au Togo que nous avons réalisé pour simuler au mieux la disponibilité en énergie
solaire.

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La conversion de la lumière en électricité, appelée effet photovoltaïque, a été découverte en
1839 par Antoine Becquerel. Cependant, il faudra attendre près d’un siècle pour que les scientifiques
approfondissent et exploitent ce phénomène physique.
L’utilisation des cellules solaires photovoltaïques débute dans les années 40 dans le domaine
spatial. Les recherches d’après-guerre ont permis d’améliorer leurs performances et leur taille mais
c'est la crise énergétique des années 70 qui va réellement pousser les gouvernements et les industriels
à investir dans la technologie photovoltaïque et ses applications terrestres.
1. Le principe [1]
La cellule photovoltaïque est composée d’un matériau semi-conducteur (silicium) qui absorbe
l’énergie lumineuse et la transforme directement en courant électrique continu. Son principe de
fonctionnement fait appel aux propriétés du rayonnement solaire et des semi-conducteurs.
Le semi-conducteur est un matériau dont la concentration en charges libres est très faible par rapport
aux métaux. Pour qu’un électron lié à son atome se libère et participe à la conduction du courant, il
faut lui fournir une énergie minimum dont le seuil varie de 1 à 1,8 eV selon le matériau.
Le rayonnement solaire qui arrive sur la cellule solaire photovoltaïque est en partie réfléchi, une autre
partie est absorbée et le reste passe au travers de l’épaisseur de la cellule.
Les photons absorbés dont l’énergie est supérieure à la valeur seuil minimum libèrent des électrons
(négatifs) laissant ainsi des " trous " (positifs) derrière eux. Pour séparer ces charges électriques de
signes opposés et recueillir un courant électrique, on introduit un champ électrique dans la cellule par
la méthode du " dopage " par impuretés. Deux types de dopage sont associés :
 Le dopage de type N (négatif) qui consiste à introduire dans la structure cristalline du semi-
conducteur des atomes étrangers (phosphore) qui, par leur propriété de donner chacun un électron
excédentaire, augmentent fortement la concentration en électrons libres.
 Le dopage de type P (positif) est l’introduction d’atomes (bore) ayant la propriété de donner
chacun un trou excédentaire.
Lorsque les dopages N et P sont effectués de part et d’autre de la cellule photovoltaïque, la
recombinaison des charges libres (électrons et trous) crée un champ électrique constant.
I. Le Solaire Photovoltaïque

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Figure 1 : Schéma de principe d’une cellule photovoltaïque
2. Les modules photovoltaïques
Les modules (ou panneaux) photovoltaïques sont une association de plusieurs cellules.
a. Les principaux types de cellule
 Cellules à base de silicium cristallin
- Les cellules mono-cristallines  Du silicium à l’état brut est fondu pour créer un barreau. Lorsque
le refroidissement est lent et maîtrisé, on obtient un mono-cristal. Ce procédé est long, laborieux,
onéreux et nécessite beaucoup d’énergie. Les rendements sont élevés : 14 à 16 %.
- Les cellules poly-cristallines  Dans ce cas, on effectue un refroidissement forcé du barreau de
silicium ce qui crée un poly-cristal. Les rendements sont de l’ordre de 11 à 14 % mais la
consommation en énergie est beaucoup moins importante (2 à 3 fois) et le coût est moindre.
Figure 2 : Cellule cristalline