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http://stielec.ac-aix-marseille.fr Le solaire photovoltaïque raccordé au réseau Le solaire photovoltaïque raccordé au réseau Auteurs : Irène ROUDIL - Patrick ABATI - Lycée Antonin Artaud - Marseille Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 1/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Les besoins énergétiques L’énergie solaire fait appel à la ressource la mieux partagée : le rayonnement solaire… En une heure, l’énergie solaire captée par la terre pourrait suffire à couvrir les besoins énergétiques mondiaux… pendant un an ! Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 2/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr L’énergie solaire photovoltaïque L’énergie solaire peut être récupérée dans l'UE en 2004 par deux procédés : 8% - photovoltaïque pour la production d’électricitésans avec avec ou sans stockage 92% - thermique pour la production de chaleur Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 photovoltaïque dans l'UE en 2004 8% sans avec 92% Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 3/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Production journalière d’énergie La production annuelle à Lyon est 3,5 x 365 ≈ 1300 kWh/m² Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 4/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Exemple L’énergie reçue annuellement dans la région de Lyon est 1300 kWh/m² La consommation moyenne d’électricité d’un ménage (hors chauffage) est 3500 kWh/an Une surface de capteurs photovoltaïques de 30 m² avec un rendement de 10% suffirait largement à couvrir ces besoins Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 5/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Fonctionnement d’une cellule photovoltaïque contact sur zone N absorption des photons zone dopée N I semi-conducteur zone dopée P génération des porteurs collecte des porteurs contact sur zone P Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 6/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Schéma équivalent d’une cellule La tension de sortie d’une cellule est de l’ordre de 0,5 V Association série - parallèle Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 7/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Couplage des cellules Pour constituer un module, les cellules sont couplées en série Pour augmenter la tension en parallèle Pour augmenter le courant Les modules sont couplés en série et parallèle La tension est supérieure à une centaine de volts La section des câbles vers l’onduleur est réduite Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 8/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Influences sur les performances Éclairement T2 60°C Température Éclairement 1 1000 W/m² Éclairement 2 500 W/m² T1 25°C La puissance photovoltaïque produite diminue - si l’éclairement diminue R : résistance de charge - :si la température de la cellule augmente T : température de la cellule Pm puissance maximale Une adaptation de la charge améliore les performances de la cellule MPPT Poursuite du point de puissance maximale Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 9/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Le Watt crête (Wc) C’est l’unité de référence qui permet de comparer les performancesExemple des cellules ou des modules module de 120 Wc - Ensoleillement = 1000 W/m² surface 1 m² C’est la puissance maximale délivrée dans les conditions suivantes : - Température ambiante = 25°C rayonnement solaire - Epaisseur de l’atmosphère = 1,5 1000 W/m² Exemple : module de puissance 120 Wc et de surface 1 m² puissance 120 W Pour une puissance de rayonnement solaire incident de 1000 W/m² rendement Ce module fournit une puissance de 120 12% W Son rendement est de 12% Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 10/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Production mondiale de cellules Europe 25,8% Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Fabrication Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 11/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Puissance installée dans l’U.E. Année Raccordé (MWc) Isolé (MWc) Total (MWc) 2001 2002 2003 2004 220 320 480 402 64 72 82 8 284 392 562 410 Puissance par habitant (Wc/hab) dans l’UE en 2004 Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 12/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Production de l’électricité Il est aujourd’hui possible de produire de l’électricité de façon décentralisée, modulable et non polluante pour la revendre au réseau onduleur utilisation modules photovoltaïques comptage de l’énergie produite sur place réseau Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 fournie par EDF Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 13/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Schéma de principe de l’onduleur Sécurité HACHEUR ONDULEUR Protection des personnes et des installations (DIN VDE 0126) Surveillance du réseau et déconnexion si • écart de fréquence supérieur à 0,2 Hz • écart de tension (<80% de Un ou >115% de Un) Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 14/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Poursuite du point de puissance maximale MPPT = Maximum Power Point Tracking éclairement 1 Flash éclairement 2 éclairement 1 éclairement 2 Algorithme Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 15/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Raccordement au réseau public Le producteur d’énergie photovoltaïque peut choisir de vendre uniquement ses excédents la totalité de sa production Cette deuxième option nécessite la mise en place d’une ligne supplémentaire choix technico - économique Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 16/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Tarif de rachat Si la demande de rachat a été effectuée ICHTTS1 ICHTTS1 PsdA PsdA L K•0,5 0,5 2002 0,3: tarif x 0,95 0,5 après xK0,3 ICHTTS10 ICHTTS10 PsdA0 PsdA0 • en 2002 : 15,25 c€ (30,50 c€ Corse et DOM) 2002 K 0,5 ICHTTS1 PsdA 0,5 ICHTTS10 PsdA0 avec n avec n : nombre d’années après 2002 K : coefficient ICHTTS1 : indice coût du travail année en cours ICHTTS10 : indice coût du travail en 2002 = 115.1 PsdA : indice produits et services divers année en cours PsdA0 : indice produits et services divers en 2002 = 109.9 Indexation annuelle au 1er novembre, par application du coefficient L L 0,5 0,3 Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 ICHTTS1 PsdA 0,3 ICHTTS10 PsdA0 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 17/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Tarifs de rachat en 2004 • Allemagne en c€ / kWh < 30 kWc 30 kWc à 100 kWc > 100 kWc Toits 57,4 54,6 54 Façades 62,4 59,6 59 Autres 45,7 45,7 45,7 • Italie : 68 c€ / kWh (façades) 48 c€ / kWh (autres) • Luxembourg : 45 c€ / kWh • Espagne : 41 c€ / kWh • France : 14,56 c€ / kWh (29,11 c€ DOM et Corse) • Pays-bas : 9,7 c€ / kWh Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 18/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Production annuelle par kWc installé 900 kWh/kWc 1000 kWh/kWc 1100 kWh/kWc 1200 kWh/kWc 1300 kWh/kWc Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 19/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Approche économique (en 2004) Installation de 2 kWc sur une maison individuelle à Marseille Coût total TTC (7 € / Wc) : 7 x 2000 = 14 000 € Prix du matériel (environ 4/5) Aide Installation ADEME - REGION de 2 du kWc = kWh 7 000 € Si le Production prix Temps de de rachat annuelle retour Aide ADEME -/ REGION 000 € € 4x 7000 5 = =57 600 sur maison individuelle Coûtétait àune l’installation : 14000 = 7 000 € (1200 4 fois kWh plus /– 7000 kWc) élevé Coût Marseille l’installation 1200 4760 (cf. xà/à 2 Allemagne) 336 = 2= 400 14 ans kWh Prix du matérielCrédit (environ 4/5) : 4 x 7000 / 5 = 5 600 € d’impôt Crédit d’impôt14000 (40% du coût matériel) – du 7000 =: 40x5600/100 7 000 € = 2 240 € Reste à charge : 7000 – 2240 = 4 760 € (40% du coût du matériel) Coût total TTC Wc) Gain leannuel temps (14 de(7 retour c€€//kWh) 40 x 5600 / 100 2 240 €400 kWh Production annuelle (1200 kWh / kWc)= : 1200 x2 =2 7 x 2000 = 14 € serait 0,14 inférieur x 2400 = à000 336 4 ans Gain annuel (14 c€ / kWh) : 0,14 x 2400 = 336 € Reste à charge 2240 = plus 4 760 € Allemagne) Si le prix de 7000 rachat du – kWh était 4 fois élevé (cf. Temps de retour : 4760 / 336 = 14 ans le temps de retour serait inférieur à 4 ans Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 20/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Réalisation au lycée de l’Estaque Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 21/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Les modules photovoltaïques 16 panneaux photovoltaïques de 110 Wc Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 22/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr L’onduleur Solarmax 2000E Puissance nominale 1800 W 90 V < Tension d’entrée < 600 V Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 23/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr L’intérieur du boîtier du Solarmax Modules PV PC Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Réseau Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 24/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Livre blanc de l’U.E. Comparaison de la tendance actuelle avec les objectifs du livre blanc de l’U.E. (en MWc) Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 25/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Production électrique en 2003 Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 26/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Production électrique d’origine renouvelable en 2003 Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 27/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Tarif 2006 Le tarif de rachat est fixé pour 2006 à : • 22,5 c€ pour les équipements individuels • 30,5 c€ pour les équipements collectifs , le secteur tertiaire, le secteur industriel et les DOM Rappel : ce tarif était de 15,5 c€ en 2002 Le crédit d’impôt est porté de 40% à 50% Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 28/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Fin Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 29/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Algorithme MMPT Début Suite It = I - i Mesure U et I Temporisation Calcul P = U x I Mesure Ut et It It = I + i Calcul Pt = Ut x It Temporisation Mesure Ut et It Pt > P ? Calcul Pt = Ut x It I = It Pt > P ? I = It Temporisation non non U : tension fournie par le capteur Temporisation I : courant fourni par le capteur Mesure U et I P : puissance fournie par le capteur Calcul P = U x I Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 L’indice t correspond à ces mêmes valeurs, lors de la phase de test i : valeur incrémentale de courant Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 30/30 http://stielec.ac-aix-marseille.fr Fabrication des modules Le silicium est placé dans un creuset Il est fondu en lingot Le lingot est découpé en briques L’énergie nécessaire à la fabrication d’un module représente 10% de l’énergie que ce module produira pendant sa vie Les cellules sont assemblées pour constituer un module Les plaques sont transformées en cellules Les briques sont découpées en plaques Suite Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 31/30
