DOSSIER : L`ECLAIRAGE INTELLIGENT ET

HENRY Thibault Session 2008-2009
NOLLET Léo
VANHECKE Florian
DOSSIER TPE:
L’éclairage intelligent et
indépendant
Thème : Environnement et progrès
Lycée Colbert
Tourcoing

DOSSIER : L’ECLAIRAGE
INTELLIGENT ET INDEPENDANT
(Habitat individuel)
 Comment s’éclairer de façon respectueuse de l’environnement,
indépendamment d’EDF et en répondant aux besoins de l’utilisateur ?
I) La captation de l’énergie : le photovoltaïque
1) Fonctionnement
Chaque jour, la terre reçoit sous forme d’énergie solaire l’équivalent de la
consommation électrique de 5.9 milliards de personnes pendant 27 ans.
La technologie photovoltaïque permet de transformer cette énergie en électricité.
Cette transformation s’effectue sans bruit, sans émission de gaz : elle est donc
par nature totalement propre. Par ailleurs, l’absence de mise en mouvement de
pièces mécaniques lui confère un niveau de fiabilité inégalable (durée de vie
moyenne d’un module estimée à plus de 30 ans.)
Une cellule photovoltaïque est principalement constitué à partir de silicium dopé
(semi-conducteur: jonction p-n  p : appauvrie en électrons ; n : enrichie en
électrons).
Lorsqu’une cellule est exposée au rayonnement électromagnétique solaire, les
photons de la lumière transmettent leur énergie aux atomes de la jonction. Cette
énergie permet aux électrons de se libérer des atomes, générant ainsi des
électrons (charges N) et des trous (charges P).
Ces charges sont alors maintenues séparées par un champ électrique qui
constitue une « barrière de potentiel ».
Une fois les charges P et N isolées, il suffit de fermer le circuit entre ces 2 zones
(P et N) pour mettre en mouvement les électrons et créer ainsi un courant
électrique.
Il existe un grand nombre de technologies mettant en oeuvre l’effet
photovoltaïque. La grande majorité est encore en phase de recherche. Les
principales technologies industrialisées en quantité à ce jour sont :
- le silicium cristallin
- le silicium en couche mince.
Nous nous intéresserons au silicium cristallin, étant donné que c’est la
technologie la plus utilisée dans le photovoltaïque.

Comment ça marche ?
L’ "effet photovoltaïque" est un phénomène physique propre à certains
matériaux appelés "semi-conducteurs", (le plus connu est le silicium utilisé pour
les composants électroniques).
Lorsque les "grains de lumière" (les photons) heurtent une surface mince de ces
matériaux, ils transfèrent leur énergie aux électrons de la matière (Silicium N).
Ceux-ci se mettent alors en mouvement dans une direction particulière (jonction
p-n), créant ainsi un courant électrique qui est recueilli par des fils métalliques
très fins. Ce courant peut être ajouté à celui provenant d’autres dispositifs
semblables de façon à atteindre la puissance désirée pour un usage donné.
Fonctionnement d’une cellule photovoltaïque au silicium

Très fragile à l’état brut, le matériau photovoltaïque doit être protégé des
intempéries par un verre transparent et solide. Il peut être disposé soit en cellules
minces et plates découpées dans un lingot de silicium obtenu par fusion et
moulage, puis connectées les unes aux autres en série, soit en une mince couche
uniforme obtenue par projection de matériau réduit en fine poudre sur le verre.
Les capteurs les plus courants sont des panneaux rectangulaires de quelques
millimètres d’épaisseur, d’une surface comprise entre 0.5 et 3 m2 et pesant
quelques kilogrammes. Leurs performances sont variables selon la composition
du matériau photovoltaïque et la technologie utilisée. Arrivent aujourd’hui sur le
marché des produits plus élaborés tels que des tuiles, des ardoises ou des
éléments de façade qui rendent beaucoup plus facile l’intégration du
photovoltaïque dans la couverture extérieure des bâtiments.
Panneaux solaires autocollants (Californie)

Fabrication :
Pour protéger au mieux les cellules solaires des intempéries, elles sont réunies
dans un module solaire. Ce panneau solaire est constitué d’une face supérieure
en verre trempé parfaitement transparent et d’une face inférieure recouverte
d’un film spécial. Entre ces deux faces, les cellules solaires sont insérées dans
une masse étanche transparente et résistante aux UV. C’est l’encapsulation par
feuilletage de film polymérisé à chaud d’acétate de vinyle (EVA). Cette
technique d’encapsulation, très proche de la fabrication du verre blindé confère
à la structure du panneau solaire une excellente résistance aux impacts. Ensuite,
c’est l’assemblage avec joint d’étanchéité dans un cadre autoporteur en
aluminium anodisé permettant un montage aisé et la fixation de la boîte de
jonction destinée à recevoir le câblage nécessaire à l’exploitation du panneau
photovoltaïque.
Structure d’un module photovoltaïque
2) Intérêt
-La grande question est : Pourquoi passer à l’énergie solaire ? Que faut-il
savoir ?
 On a une forte augmentation du coût des énergies classiques (+20% en
l’espace d’un an)
 Les énergies fossiles s’épuisent
 Aides financières, rachat du kW
 Performance et fiabilité des technologies solaires
 Baisse du coût des modules (due à une augmentation de la production).
Si on se concentre uniquement sur l’éclairage, un seul panneau classique
(100Wc, 12V) pourrait suffire à couvrir les besoins en énergie. Mais cela dépend
de plusieurs choses tels que la situation géographique, la disposition du panneau
(angle d’incidence et angle d’inclinaison) et la quantité de lumière reçue.
Attention, la production d’électricité ne se faisant que lorsque le module est
éclairé, il est nécessaire d’utiliser une batterie pour pouvoir stocker le surplus
d’énergie et l’utiliser la nuit ou par temps couvert.