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TPE 2006-2007 L’énergie solaire photovoltaïque Par G.Breux, A.Brilleman et K.Barbieux Sommaire • Constituants du panneau solaire • Caractéristiques électriques des panneaux solaires • Différents facteurs influant sur le courant généré Constituants • 1 = Silicium, constitué d’une plaque ayant un électron de moins que le silicium pur ( couche positive ) et d’une autre ayant un électron de plus que le silicium pur ( couche négative ). • 2 = Atome ayant un électron de plus que le silicium sur sa couche de valence. • 3 = Atome ayant un électron de moins que le silicium sur sa couche de valence. Principe Panneau solaire En agrandissant une cellule de silicium, on obtient les deux couches distinctes suivantes : P N La première couche, dite couche P, contient un électron de moins qu’une couche de silicium pure. La deuxième couche, dite couche N, contient un électron de plus qu’une couche de silicium pure. La jonction entre les deux couches permet à l’électron en trop de la couche N de combler le vide sur la couche P. Le passage des électrons crée une tension électrique. Les différentes cellules photovoltaïques • Cellule en silicium amorphe • Cellule en silicium monocristallin • Cellule en silicium polycristallin Cellule en silicium amorphe Ce type de cellule est le moins coûteux et fonctionne même avec un faible éclairement. En revanche, il offre un rendement assez faible (≈6%)et perd de son efficacité avec le temps. Cellule en silicium monocristallin Ce type de cellule a un rendement extrêmement élevé ( environ 21 % ), mais est en contrepartie assez cher à produire. Cellule en silicium polycristallin Ce type de cellules est le plus fréquemment utilisé, car il représente un bon compromis entre le rendement ( de l’ordre de 10 % ) et le prix. Caractéristiques électriques • Le panneau solaire est un ensemble de cellules photovoltaïques à base de semi-conducteurs. • On peut assembler les modules solaires euxmêmes pour former des centrales solaires photovoltaïques. Emmagasinement de l’énergie • Les cellules photovoltaïques sont capables d’accumuler l’énergie solaire sous forme chimique. • En reliant ces cellules, appelées batteries, à une ampoule, ces dernières reconvertissent l’énergie chimique en énergie électrique et la lampe rayonne. Facteurs d’influence sur le courant généré Deux facteurs d’influence principaux : -Les propriétés de l’énergie reçue -L’angle d’incidence Influence de l’énergie reçue • La puissance obtenue en sortie dépend de l’intensité et de la tension du courant : -la tension est déterminée par le nombre de cellules constituant le panneau ( une cellule ≈ 0,5 V ) -l’intensité est déterminée par l’irradiation solaire ( = illumination ). Avec un éclairement optimal ( 1000W/m² ), l’intensité du courant produit est 6A. Angle d’incidence • Le rendement d’un panneau solaire varie en fonction de l’angle formé par les rayons solaires reçus et le panneau. R = sin(AI) x 100 Où R est le rendement en % et AI l’angle d’incidence des rayons solaires. ( A noter que le rendement final d’un panneau dépend aussi du rendement du type de la cellule de silicium utilisée. ) Exemples % Rendement en fonction de l'angle 100 90 rendement en % 80 70 60 Série1 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 angle d'incidence en ° 70 80 90 Conclusion Les panneaux solaires sont constitués de matériaux semi-conducteurs qui absorbent les photons de la lumière pour créer le courant électrique. On peut prévoir les propriétés du courant délivré selon la puissance de l’énergie solaire et l’angle d’incidence des rayons du Soleil.
