Progrès technologiques

Plan de déborah :
Progrès technologiques
1 Energies propres
Definition
A l’énergie solaire
A leur composition
B leur fonctionnement
C avantages et inconvénients
B Les éoliennes
Fonctionnement
Avantages et inconvénients
C la géothermie
Fonctionnement
Avantages et inconvénients
D la biomasse
E L’eau
2 des transports en commun respectueux de l’environnement
Le vélo électrique
Fonctionnement
Avantages/inconvénients
La voiture hybride
Fonctionnement
Avantages/inconvénients
La voiture électrique
Fonctionnement
Avantages/inconvénients
A faire :
- étoffer un peu certaines parties sur l’énergie : ne pas se contenter du fonctionnement
et des avantages/contraintes, il faut étudier les différentes utilisations de cette énergie,
des chiffres, son état actuel, ses débouchés …
- Rajouter la biomasse, et l’eau.
- Faire une conclusion générale sur les énergies,
- Rajouter des graphiques ; des schémas, sans oublier des préciser les sources
- Un bilan des énergies actuelles et passées ?

Progrès technologiques
1) Energie propre
A) L’énergie solaire
Les panneaux solaires thermiques, appelés capteurs solaires thermiques ou simplement capteurs
solaires, qui convertissent la lumière en chaleur récupérée et utilisée sous forme d'eau chaude et les
panneaux solaires photovoltaïques, appelés modules photovoltaïques ou simplement panneaux
solaires, qui convertissent la lumière en électricité. Dans les deux cas, les panneaux sont
habituellement plats, d'une surface approchant plus ou moins le m² pour faciliter et optimiser la pose.
a)Leur composition
Panneaux photovoltaïques :
Les composants d'un système photovoltaïque dépendent de l'application considérée : habitation isolée
ou proximité d'un réseau, utilisation de batterie ou « au fil du soleil », convertisseurs de puissance. Il
existe plusieurs composants d'un système photovoltaïque :

• Les cellules solaires
Une cellule photovoltaïque est assimilable à une diode photosensible, son fonctionnement est basé sur
les propriétés des matériaux semi-conducteurs. La cellule photovoltaïque permet la conversion directe
de l'énergie lumineuse en énergie électrique. Son principe de fonctionnement repose sur l'effet
photovoltaïque.En effet, une cellule est constituée de deux couches minces d'un semi-conducteur. Ces
deux couches sont dopées différemment :
- Pour la couche N, apport d'électrons périphériques -
Pour la couche P, déficit d'électrons.
Ces deux couches présentent ainsi une différence de potentiel. L'énergie des photons lumineux captés
par les électrons périphériques (couche N) leur permet de franchir la barrière de potentiel et
d'engendrer un courant électrique continu. Pour effectuer la collecte de ce courant, des électrodes sont
déposées par sérigraphie sur les deux couches de semi-conducteur (cf. figure 1). L'électrode supérieure
est une grille permettant le passage des rayons lumineux. Une couche anti-reflet est ensuite déposée
sur cette électrode afin d'accroître la quantité de lumière absorbée.
Figure 1 : Schéma d'une cellule élémentaire.
Technologies de cellules solaires
Le matériau le plus répandu dans les photopiles ou cellules solaires est le silicium, semi-conducteur de
type IV. Il est dit tétravalent, cela signifie qu'un atome de silicium peut se lier avec quatre autres
atomes de même nature. On utilise également l'arséniure de gallium et des couches minces comme de
CdTe (tellurure de cadmium) et le CIS (cuivre-indium-di sélénium) et encore le CIGS.
Il existe plusieurs types de cellules solaires :
- Les cellules monocristallines (Ce sont les premières photopiles élaborées à partir
d'un bloc de silicium cristallisé en un seul cristal. Elles se présentent sous forme de
plaquettes rondes, carrées ou pseudo-carrées. Leur rendement est de 12 à 16% (cf.
tableau1). Néanmoins, elles présentent deux inconvénients, leur prix élevé et une
durée d'amortissement de l'investissement en énergie élevée.)
- Les cellules poly cristallines (Elles sont élaborées à partir d'un bloc de
silicium cristallisé en plusieurs cristaux dont les orientations sont
différentes. Leur rendement est de l'ordre de 11 à 13% (cf. tableau1) mais
elles engendrent un coût de production moins élevé que les cellules
monocristallines.)
- Les cellules amorphes (Ces cellules sont composées d'un support en verre ou en matière synthétique

sur lequel est disposé une fine couche de silicium (l'organisation des atomes n'est plus régulière
comme dans un cristal). Leur rendement est de l'ordre de 5 à 10% (cf. tableau1), plus bas que celui des
cellules cristallines mais le courant produit est relativement bon marché. Elles sont appliquées dans les
petits produits de consommation : montres, calculatrices. Mais peu utilisées dans le cadre des
installations solaires. Cependant, elles ont l'avantage de mieux réagir à la lumière diffuse et à la
lumière fluorescente et donc, elles sont plus performantes à une température élevée.)
- Les cellules CdTe, CIS, CIGS ( Les technologies au CdTe, CIS et CIGS sont en cours de
développement ou d'industrialisation. En effet, Les cellules au CdTe sont à base de tellurure de
cadmium, matériau intéressant du fait de sa forte absorption. Cependant, leur développement risque de
freiner dû à la toxicité du Cadmium. Les cellules au CIS (CuInSe2) sont à base de cuivre, d'indium et
de sélénium. Ce matériau a la particularité d'être stable sous rayonnement. Elles ont d'excellentes
propriétés d'absorption. Les cellules au CIGS sont constituées des mêmes matériaux que celles au CIS
avec comme particularité l'alliage de l'indium au gallium. Ceci permet d'obtenir de meilleures
propriétés.)
Le tableau suivant présente les rendements typiques et théoriques que l'on peut obtenir avec ces
différentes technologies.
• Les batteries
Le stockage d'énergie dans les systèmes photovoltaïques autonomes est en général assuré par les
batteries. Celles-ci sont des éléments essentiels au bon fonctionnement des systèmes autonomes. Le
stockage d'énergie représente 13 à 15% des investissements initiaux sur une durée d'exploitation de
vingt ans. Elles sont de type plomb-acide (Deux électrodes de plomb et d'oxyde de plomb plongées
dans un électrolyte composé d'acide sulfurique dilué.) On utilisera des batteries dans le cas où la
demande de puissance est décalée par rapport au soleil. Le choix du type de batterie se fait d'après une
approximation de la puissance moyenne journalière et du temps de stockage nécessaire.
• Les régulateurs de charge
Plusieurs types de régulateurs peuvent être utilisés dans les systèmes photovoltaïques. Le régulateur
contrôle les flux d'énergie. Il doit protéger la batterie contre les surcharges (solaires) et décharges
profondes (utilisateur). Il doit assurer la surveillance et la sécurité de l'installation. Les régulateurs de
charge se caractérisent en trois groupes principaux :
-Les régulateurs série , qui incorporent un interrupteur entre le générateur et l'accumulateur pour
arrêter la charge. - - --
-Les régulateurs shunt , dont l'interrupteur court-circuite le générateur solaire en fin de charge.
-Les régulateurs à recherche de point de puissance maximum (MPPT ou Maximum Power Point
Tracking), qui utilisent un circuit électronique spécial permettant de soutirer en permanence du champ
de capteurs sa puissance maximale.
• Les convertisseurs
Il existe principalement les convertisseurs DC/DC qui fournissent à la charge une tension DC
différente de la tension générée par les panneaux et les convertisseurs DC/AC qui produisent une
tension alternative pour les charges correspondantes.

(DC/DC : Ces convertisseurs sont utilisés pour transformer la tension des batteries en une tension DC
différente pour alimenter une radio ou autres. Il y a deux types de convertisseurs actifs ayant un bon
rendement : le convertisseur vers le haut et le convertisseur vers le bas :
-Convertisseur vers le haut
Si l'interrupteur est fermé, l'inductance stocke le
courant provenant de la batterie. Si l'interrupteur
est ouvert, interruption de courant provoque une
surtension dans l'inductance dérivée dans le
condensateur et le récepteur. La diode empêche
tout retour de courant. Le condensateur sert à
lisser la tension de sortie. Le rendement est de
70% et peut atteindre 85 à 90% pour les meilleurs
convertisseurs.
- Convertisseur vers le bas
Il sert à produire une tension plus basse que celle des batteries et il s'applique à l'alimentation de radios
et autres.
Lorsque l'interrupteur est fermé, le courant
circule de la batterie vers le récepteur à
travers l'inductance. Si l'interrupteur s'ouvre,
la tension aux bornes de l'inductance s'inve
rse et la diode protège donc l'interrupteur. Le
rendement est de 80 à 90%.
DC/AC : Ce sont des onduleurs. Ils peuvent être utilisés pour alimenter une charge isolée mais aussi
pour raccorder un générateur photovoltaïque au réseau. La déformation de l'onde due aux
commutations est susceptible de produire des perturbations plus ou moins gênantes pour les cellules
photovoltaïques. Les normes de construction des panneaux intègrent donc les standards IEEE.Les
onduleurs peuvent être classés en générateurs produisant soit une onde sinusoïdale, soit une onde
carrée ou une onde dite pseudo-sinusoïdale. Le choix de l'onduleur dépendra des appareils qu'il devra
faire fonctionner.)
• Autres composants
Les derniers éléments indispensables au bon fonctionnement d'un système photovoltaïque autonome
sont les protections contre la foudre, les disjoncteurs et les fusibles. Comme les panneaux solaires sont
des équipements généralement coûteux, ils doivent être protégés pour éviter toute dégradation. Les
dangers sont multiples, perturbations induites par les commutations des convertisseurs de puissance.
Dans ce cas, on peut introduire des filtres de puissance pour éliminer les harmoniques,
fonctionnement en récepteur : les panneaux se détériorent rapidement quand ils absorbent de la
puissance. On peut utiliser des diodes pour empêcher le courant de circuler dans le mauvais sens ou
encor comme la foudre.
Panneaux solaires thermique :
Un capteur solaire thermique est composé d'un corps opaque qui absorbe le rayonnement solaire en
s'échauffant, d'un système de refroidissement par le fluide caloporteur, d'un isolant thermique (dos et
côtés non exposés), d'une couverture transparente (face avant, exposée au rayonnement) qui assure