[PDF] Doctorat Micro et naoelectronique

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Cours:

Systèmes photovoltaïques

Prof.Abdelhamid

BENHAYA

Director of Advanced

Electronics Laboratory

Head of Clean room

Department of

Electronics

Faculty of Technology

University of Batna2

Rue ChahidBoukhlouf

Mohamed El Hadi

05000 Batna, Algeria

e-mail: a.benhaya@univ-batna2.dz benhaya_abdelhamid@yahoo.fr

Tel:+213 (0)7 73 87 37 84

Référence de base

€Alain Ricaud, Systèmes photovoltaïques, Cours Polytech' Savoie 5eme année, Octobre 2011.

Autres références

Les Panneaux Solaires.

€Mansour AssaniDahouenon, Le manuel du Technicien Photovoltaïque,

Edition Peracod2011.

Cellule photovoltaïque

Module

Photovoltaïque

Panneau

Photovoltaïque

Générateur

Photovoltaïque

Unmoduleestconstitué

descellulesassociéesen série/parallèleencapsulées etprotégéespar:

€Face avant en verre;

€(QURNMJH GHV ŃHOOXOHV O·$ŃpPMPH

G·pPO\OqQH-vinil(EVA ));

€Protection Face arrière;

€Un Boîtier de connexion;

€Un joint périphérique;

€Un cadre

Propriétés face avant

Lafaceavantdumoduledoitêtre

enverreayantlescaractéristiques suivantes:

‡ Bonne transparence

‡ 5pVLVPMQŃH j O·LPSMŃP HP j

O·MNUMVLRQ JUrOH ÓHP GH SLHUUHV

vent de sable, nettoyage au chiffon).

‡ (PMQŃOpLPp j O·OXPLGLPpB

Propriétés enrobage

I·HQURNMJH GHV ŃHOOXOHV M OHV

caractéristiques suivantes :

‡ 7UMQVSMUHQŃH j O·MYMQP

‡ 6RXSOHVVH SRXU ©HQURNHUª OHV

cellules et connexions.

‡ $GpTXMPLRQ MX[ LQGLŃHV

optiques du verre et des cellules.

Lematériaugénéralement

utiliséestdeO·$ŃpPMPH

G·pPO\OqQH-vinil(EVA).

Propriétés face arrière

Face arrière, un matériau ayant les caractéristiques suivantes :

‡ 3URPHŃPLRQ PpŃMQLTXH ŃRQPUH OH poinçonnement et les chocs (risque de mise à nu et de bris des cellules).

‡ (PMQŃOpLPp j O·OXPLGLPpB

‡ %RQQH pYMŃXMPLRQ GH OM ŃOMOHXUB

La face arrière est généralement réalisée: -soit en verre (modules dits "bi-verre») -soit en composite tedlar/alu/tedlar(plus fragile).

Un Boîtier de connexion

qui permet :

‡Lerepéragedessorties

(+,-,éventuellementpoint milieu),

‡Laconnexionetle

passagedescâblesde liaison,

‡Lelogementdesdiodes

deprotection,

‡I·pPMQŃOpLPpàO·OXPLGLPp.

Propriétés joint périphérique

€HO pYLPH OHV SpQpPUMPLRQV G·OXPLGLPp

entre la face avant et la face arrière.

Propriétés du cadre

€Il permet le montage et la fixation

mécanique, tout en participant, si nécessaire, à la rigidité du module.

€Il doit résister à la corrosion (inox,

aluminium...) et la visserie doit être

ŃORLVLH MILQ G·pYLPHU GHV SURNOqPHV GH

corrosion.

€Le cadre est généralement en

aluminium ou en aluminium anodisé avec une visserie en matériau inoxydable. Les supports des panneaux doivent répondes à des exigences telles que:

€Résistance mécanique (vent);

€Tenue à la corrosion;

€Conductivité thermique;

€)MŃLOLPp G·MVVHPNOMJH

€Poids.

Les châssis existants sont fonction du nombre de modules et GH OHXU PMLOOH GX VXSSRUP G·LPSOMQPMPLRQB 2Q PURXYH

€Dalle;

€Mur;

€Toit.

Champ interne

E=h F=q

€SonpointdepuissancemaximalMPP:

obtenu pour une tension et un courant optimaux : Vopt, Iopt(parfois appelés aussi Vmpp, Impp).

Pourpermettreunecomparaisondurendementde

TestConditions).

Ces conditions sont :

ƒEclairement:1000W/m²

ƒtempérature de 25ΣC,

ƒconditions spectrales: Air Mass 1.5(ce qui correspond ă un angle d'incidence de 41.8Σpar rapport à l'horizontale).

Parassociationen

série(appelée "String"),lescellules sonttraverséesparle mêmecourantetla tensionrésultante correspondàla sommedestensions généréesparchacune descellules

Parassociationen

parallèle,lescellules sontsoumisesàla mêmetensionetle courantrésultant correspondàla sommedescourants générésparchacune descellules.

Cette cellule peut mêmeêtre détruite si la contrainte ou la température devient trop importante.

Pour éviter ce phénomène, on place des diodes de by-pass en parallèle et des diodes anti-retour en série (empêchant tout courant ou tension inverses).

Entreaxe=d+b=h(cosşĄsinşCtgŞ

=35°et=16°

Remarqueimportante:

Quandonparledepanneaux

solaires,Ilestimportantdesavoir

TX·HOexistedeuxsortesde

panneauxsolaires:

Lespanneauxàénergieélectrique

quitransformedirectementle rayonnementsolaireenénergie

électrique(Fig.1).

Lespanneauxàénergiethermique

quitransformentdeO·HMXfroidequi passedanslespanneauxeneau chaude(Fig.2). Fig.1 Fig.2 Un système photovoltaïque se compose des éléments suivants: €Un générateur PV (ensemble de panneaux photovoltaïques interconnectés pour délivrer un courant et une tension requis) €Un système d'orientation ou de suivi (Trackingsystem), €Une gestion électronique (stockage, mise en forme du courant, transfert de l'énergie), €Un stockage pour remédier à la nature aléatoire de la source solaire (nuage, alternance jour et nuit) €Un convertisseur DC/AC ou onduleur (les cellules fournissent un courant continu) €Une charge en courant continu basse tension ou en courant alternatif standard Système photovoltaïque raccordé au réseau (vente surplus)

Il existe 3 types de systèmes PV

€Systèmes PV avec stockage électrique (utilisation de batteries G·MŃŃXPXOMPHXUV pOHŃPURŃOLPLTXHV SMU H[HPSOHB FHV V\VPqPHV 39 MOLPHQPHQP GHV MSSMUHLOV G·XPLOLVMPLRQ VHORQ 2 PRGHV

ƒsoit directement en courant continu;

ƒVRLP HQ ŃRXUMQP MOPHUQMPLI SMU O·LQPHUPpGLMLUH G·XQ ŃRQYHUPLVVHXU FF-

F$ XPLOLVMPLRQ G·XQ RQGXOHXU

€Systèmes à couplage direct sans batterie (fonctionnement

MSSHOp MXVVL ´MX ILO GX VROHLOµB

GMQV ŃH ŃMV OHV MSSMUHLOV G·XPLOLVMPLRQ VRQP NUMQŃOpV VRLP GLUHŃPHPHQP VXU OH JpQpUMPHXU VROMLUH VRLP pYHQPXHOOHPHQP SMU O·LQPHUPpGLMLUH G·XQ convertisseur continu -ŃRQPLQX MGMSPMPHXU G·LPSpGMQŃH €6\VPqPHV ŃRQQHŃPpV MX UpVHMX ORŃMO SMU O·LQPHUPpGLMLUH G·XQ onduleur piloté à la fréquence du réseau (dans ce cas le réseau servant de stockage). offre:

G·H[SORLPMPLRQ.

Remarque:

Premier mode : déconnexion de la charge

batterie.

Deuxième mode : excédent de courant

panneausolaireestsupérieuraucourant batterie:IP=IB+IU.

Troisième mode : courant nul

Aucuncourantnetraverselabatterie:IB=0.

Quatrième mode :nuit

panneausolaireestnulIP=0(période

G·XPLOLVMPLRQIB=IU.

surunebatterie,ondoitsuperposerles delabatterieencharge.

Hypothèse:onpeutconsidérerTX·XQ

etfindecharge latensiondelabatterieVbvueparlemoduleest

Vb= E0+ rI

Pointdefonctionnement

En réalisant la liaison module -

batterie, le point de fonctionnement du module sera déterminé par

O·LQPHUVHŃPLRQ GHV 2 ŃRXUNHVB

ƒIP= f (VP) : caractéristique du module

ƒVP= Vb+ R IP+ Vd = E0+Vd+ (r + R ) IP

Avec:

Vd: chute de tension dans la diode,

r : résistance interne de la batterie,

R : résistance électrique des câbles.

Conclusion:

Les principaux paramètres qui

caractérisent un module sont :

€le courant de court-circuit : Icc

€la tension de circuit ouvert : Vco

€le courant correspondant au point

de puissance maximale : Im

€la tension correspondant au point

de puissance maximale Vm

€La puissance crête qui est la

puissance maximale :

P = Vm.Impour une température

descellulesTj=25°C,un ensoleillementde1000W/m2et unedistanceoptiqueAM1,5

Ladiodeanti-retourest

inséréedanslecircuitpour

éviterquelabatterienese

déchargedanslemodule pendantlanuit.

Remarque

Onutiliseunediodeàfaible

chutedetension(type

Schottkyparexemple:0,4V

aulieude0,7Vpourune diodeàjonctionPN)pour remédieràcetinconvénient auprixG·XQHpetitepertede puissance.

Laprotectionpardiodesby-

pass(ouparallèles)apourbut deprotégerunesériede cellulesdanslecasG·XQ déséquilibreliéàla défectuositéG·XQHouplusieurs descellulesdecettesérieou

G·XQombragesurcertaines

cellules.

Remarque

QuandunecellulesG·XQmodule

estmasquée,elleV·pŃOMXIIH anormalementsilemodule

Q·HVPpaséquipédediodesby-

pass. Le câblage a pour but de regrouper électriquement les modules solaires pour obtenir un système PV avec la puissance voulue. Le câblage obéit aux règles suivantes: jonctionfixéessurleschâssis;

O·LQVPMOOMPLRQ;

|P = Perte de puissance [W] |IN= Courant nominal [A] |= Résistance spécifique ( cu= 0,02 mm2/m ) |l = Longueur totale du câble [m] |A = Section de câble [mm2] I·HVVHQPLHO GH UqJOHV GMQV OHV LQVPMOOMPLRQV GH ŃOMPSV GH panneaux photovoltaïques se résument en ce qui suit: ƒApparier les modules en usine pour en tirer la puissance maximale une fois interconnectés en panneaux; ƒChoisir une inclinaison optimale pour un usage annuel; ƒInstaller les modules à une hauteur suffisante pour ne pas être atteints par les animaux, tout en restant accessibles pour un nettoyage annuel; ƒEviter la présence de couple électrochimique avec les cadres des modules dans le cas où la structure porteuse est métallique; ƒNe pas percer ou retravailler les cadres et structures en aluminium anodisé ou en acier galvanisé sur le site pour éviter la corrosion; ƒTenir compte des dilatations différentielles induites par les grandes variations de température (typiquement -20°à + 80 °). ƒEviter les occultations parasites et partielles du champ de modules (arbres, immeubles) ƒProtéger chaque sous station contre la foudre à l'aide de para-surtenseurs. ƒ6RLJQHU OHV PLVHV j OM PHUUH GH O·HQVHPNOH GHV VPUXŃPXUHV PpPMOOLTXHV HQ

évitant les " boucles ».

GLMJUMPPH VŃOpPMPLTXH G·XQH NMPPHULH

sousformechimiqueetlarestituentsousforme

Unebatterieouunepilese

caractérisedonctoutd'abord paruncouple"oxydant- réducteur»,(parexemple

Plomb/Oxydedeplomb,

Nickel/Cadmium...)

échangeantdesélectrons.

Quatre éléments sont indispensables pour le fonctionnement G·XQH NMPPHULH MX SORPNB HO V·MJLP GH

‡ O·pOHŃPURGH SRVLPLYH HVP ŃRQVPLPXpH G·R[\GH GH SORPN 3N22 ‡ O·pOHŃPURGH QpJMPLYH HVP ŃRQVPLPXpH GH SORPN VSRQJLHX[ 3N ‡ O·pOHŃPURO\PH HVP XQH VROXPLRQ G·MŃLGH VXOIXULTXH +2624 ‡ OH VpSMUMPHXU HQ PMPLqUH SRUHXVH LVROMQPH M OHV SURSULpPpV suivantes * grande résistivité électrique; JUMQGH UpVLVPMQŃH ŃOLPLTXH j O·MŃLGH VXOIXULTXH * bonne porosité aux ions..

Remarque

En décharge

En charge

O·pOHŃPURGHpositive.

Les réactions chimiques ayant lieu aux deux électrons pendant auplombsont:

ƒTension nominale;

ƒLa capacité nominale de la batterie;

ƒIM GHQVLPp GH O·pOHŃPURO\PH

ƒAutodécharge;

ƒRendement énergétique.

Tension nominale

Elle est un multiple de de 2 V.

Exemple:

ƒ6V;

ƒ12V;

ƒ24V.

La capacité nominale de la batterie

combiendetempscettebatteriepeutêtre déchargéeàcourantconstant.

C = I . t

[Ah] = [A] [h]

Exemple:unebatteriede50Ahpeutêtre

déchargéeavecuncourantconstantde5A pendant10heures(5Ax10h=50Ah)ouun courantde10Apendant5heures.

IM GHQVLPp GH O·pOHŃPURO\PH

€Pour préparer cette solution, il faut:

ƒDe l'acide sulfurique pur d'une densité de 66°Baumé; ƒDans un vaserésistant à l'acidesulfurique ajoutez 3/4 l d'eau; ƒAjoutez lentement, en remuant 1/4 l d'acide sulfurique 66°Beaumé.

Autodécharge

batterieQ·HVPpasutilisée.

Rendement énergétique

G·pQHUJLHfournielorsdelacharge.

auto-décharge.

1)Surcharge des batteries

Les surcharges des batteries engendrent:

€la corrosion de ses plaques positives;

€un dégagement excessif de gaz;

€une augmentation de la température.

Résultats:

desplaquesetdesséparateurs.

2) Décharges profondes

€OM GLPLQXPLRQ GH OM GHQVLPp GH O·pOHŃPURO\PH cristauxdesulfatedeplomb; sulfatation.

3)Sulfatation

La sulfatation consiste en la formation sur les plaques de larges cristaux de sulfates de plomb.

Les causes de la sulfatation sont :

‡ OM QRQ-utilisation de la batterie durant une longue période, après sa charge complète ou partielle;

‡ OH IRQŃPLRQQHPHQP GH OM NMPPHULH GXUMQP GHV ÓRXUV j XQ pPMP GH ŃOMUJH SMUPLHOOH VMQV ŃOMUJH G·pJMOLVMPLRQ

‡ OM YMULMPLRQ GH OM PHPSpUMPXUH GMQV OM NMPPHULHB

Les manifestations de la sulfatation sont:

ƒO·MXJPHQPMPLRQ GH OM UpVLVPMQŃH LQPHUQH GH OM NMPPHULH ŃH qui entraîne: |une diminution de la décharge; |une augmentation de la tension de charge.

4)Courts-circuits

Les courts-circuits des éléments sont générés par :

‡ OM GHVPUXŃPLRQ GHV VpSMUMPHXUV

‡ O·MŃŃXPXOMPLRQ H[ŃHVVLYH GHV VpGLPHQPV MX IRQG GX bac, ‡ OM IRUPMPLRQ GH VPUXŃPXUHV MUNRUHVŃHQPHV GH SORPN de la plaque négative vers la plaque positive.

Manifestation des courts-circuits

‡ XQH GHQVLPp G·pOHŃPURO\PH IMLNOH PMOJUp OM UpŃHSPLRQ normale de charge; ‡ XQH SHUPH UMSLGH GH ŃMSMŃLPp MSUqV XQH SOHLQH ŃOMUJH

‡ XQH PHQVLRQ j YLGH IMLNOH

Autres causes de la diminution de la durée

de vie des batteries

G·MXPUHVcausespeuventcontribueràla

V·MJLPde:

‡ GHV SOpQRPqQHV GH YLNUMPLRQV

‡ GHV VMOLVVXUHVB

Quelques définitions utiles

Rôle

Sa fonction principale est de protéger la batterie contre les charges excessives et les décharges profondes.

Fonctionnement

Le régulateur, lors de son fonctionnement, procède comme suit: €FROOHŃPH OHV LQIRUPMPLRQV UHOMPLYHV j O·pPMP GH ŃOMUJH GH OM batterie (tension, état de charge) préfixés: |Vmin: tension de déconnexion de la charge (utilisation),quotesdbs_dbs23.pdfusesText_29

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