Cours Energie Solaire Photovoltaïque
I 2 Principe de fonctionnement d’une cellule solaire photovoltaïque: L’effet photovoltaïque utilisé dans les cellules solaires permet de convertir directement l’énergie lumineuse des rayons solaires en électricité par le biais de la production et du transport dans un matériau semi-conducteur de charges électriques
Chapitre I : La conversion photovoltaïque
principe de la conversion photovoltaïque est rappelé Ensuite, nous abordons la modélisation électrique d’une cellule photovoltaïque Puis nous énumérons les principaux paramètres caractérisant une cellule photovoltaïque Enfin nous terminons ce chapitre par l’état de l’art en
Chapitre I L’énergie photovoltaïque et les cellules solaires
3 Principe de fonctionnement : Cellulephotovoltaïque : Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), produit de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque qui est à l’origine du phénomène La tension obtenue est fonction de la lumière incidente
Le photovoltaïque: principes et filières inorganiques
Cellule solaire UNSW Rendement 16 Sillons formés par attaque laser Contacts nickel, cuivre et argent Dopage n+ plus riche en phosphore en surface Limitation résistance avec grille M A Green & al ,Technical Digest of the Internationnal PVSEC, 1994, pp 391-394 Cellules photovoltaïques au Si amélioration du rendement Cellule solaire « PERL »
TECHNOLOGIES PHOTOVOLTAÏQUES
la cellule de plus faible impose son courant à l’ensemble du groupement Surtension inverse due aux autres cellules Fonctionnement de la cellule moins éclairée en récepteur en dissipant une puissance importante Destruction possible de la cellule si la contrainte thermique est trop grande ou si la tension d’avalanche est dépassée
fabbrospcfr
Le rinci ede la cellule hotovoltaï ue Le schéma ci-dessous représente le principe très simpli- fié de la cellule photovoltaique Un semi-conducteur dopé N et un semi-conducteur dopé P sont mis en contact La zone de contact entre les semi-conducteurs est appelée jonction La cellule photovoltaïque produit un courant lorsqu'elle
CHAPITRE I Modélisation d’un panneau solaire 2012
Principe d’une cellule photovoltaïque: Une cellule photovoltaïque est capteur constitué d’un matériau semi-conducteur absorbant l’énergie lumineuse et la transformant directement en courant électrique le principe de fonctionnement de cette cellule fait appel aux propriétés d’absorption du rayonnement
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Chaire annuelle - Année académique 2010-2011
Chaire Développement durable
Environnement, Énergie et Société
P rof. J ean M arieTarascon
Amiens
Le photovoltaïque: principes et filières
inorganiques, organiques, hybrides2 Mars 2011
Énergies renouvelables pour subvenir à la
demande énergétique de 28 TW pour 2050165000 TW d'énergie solaire
10000 fois plus que notre
consommation actuelleEn 1 h le soleil produit ce
que l'on utilise en un 1 anEnergie Solaire:
Quelques notions d'échelle
2Panneaux solaires à 10% d'efficacité
170000 Km
2 pour 17TWCouvrir ¼ de la surface de la France
F. Shuman: 1913"Il y a une chose dont je suis sûr; si l'Homme n'apprend pas a canaliser la puissance du soleil, il finira par retourner a la barbarie".Production dechaleur
50-200°C
500Ͳ3000°C
Thermique solaire
(ConversionsSolaire - Mécanique
- ÉlectriqueProduction de biocarburants, H
2Production de H
2 par photo-électrolyse CO 2 sugar H 2 O O 2 ,H 2NCONCH
3 NNNN HHHPhotosynthèse naturelle
CO 2H 2 ,CH 4 CH 3 OHPhotosynthèse artificielle
Cellules photovoltaïques
inorganiques, organiques et à colorantsProduction d'électricité
e h pͲn junction solar cell DiffDifféérents moyens drents moyens d''utiliser lutiliser l'é'énergie nergie solaire solaireWith the courtesy of F. Sauvage
Différentes cellules photovoltaïque et
différents acteursCellules à Colorant3
ème
génération 8%Couches mincesSi Cristallin1
ère
génération2ème
génération14%10%
၎SONY ၎AISHIN ၎SHARP ၎FUJIKURA ၎G24i(Wales) ၎3GSola(il) and so on၎၎NSHARP
၎KYOCERA ၎SANYO ၎MITSUBISHI ၎Q-Cells (DE) ၎SUNTEC (CN ၎FIRST SOLAR(US) ၎HONDA ၎SHARP ၎KANEKACellule organique plastique
၎KONARKA 4ème
génération 3%La filière Si et ses dérivés
basée sur la jonction P-NLe photovoltaïque:
Plan de l'exposé
La filière cellules à colorants ou
cellules de Graëtzel (photosynthèse..)(inspiration de la photosynthèse)Cellules organiques basées
sur la jonction du type P-NHistoire et principes de base
18391839
: D: Déécouverte de lcouverte de l''effet photovoltaeffet photovoltaïïque par le physicien franque par le physicien franççaisais
A. Becquerel
A. Becquerel
18751875: : Werner Von SiemensWerner Von Siemensddéécrit lcrit l''effet photovoltaeffet photovoltaïïque dans les que dans les
semisemi--conducteurs. Le phconducteurs. Le phéénomnomèène reste cependant une curiositne reste cependant une curiositéé
de laboratoire pour plusieurs d de laboratoire pour plusieurs déécennies cennies19541954
: Mise au point de la premi: Mise au point de la premièère cellule photovoltare cellule photovoltaïïque que ààhaut haut
rendement (6%) par chercheurs amrendement (6%) par chercheurs amééricains, ricains, ChapinChapin, Pearson et Prince, Pearson et Prince. .
19581958
: Une cellule avec un rendement de 9: Une cellule avec un rendement de 9% est mise au point. Les % est mise au point. Les
premiers satellites alimentpremiers satellites alimentéés par des cellules solaires sont envoys par des cellules solaires sont envoyéés s
dans l dans l''espaceespace1960 --
... Cellules Si (cristallin, amorphe,), Cellule à colorants, organiques ...Historique du photovoltaïque
Retour aux fondamentaux:
Spectre solaire
Maximum Maximum dd'é'énergienergiesolairesolaire localis localisééentreentre300 nm et 3000 nm300 nm et 3000 nmRadiation solaire extérieure
à l'atmosphère
Radiation du corps
noir à 5900KRadiation solaire
un niveau de la merUVVisibleIR
1.55 eV
3.01 eV
Semi-conducteur
Bande de
conductionBande de conductionBande de conductionBande de
valenceBande de valenceBande de valence EMétal=conducteur Isolant
Bandgap
EgBande de
conductionBande de conductionBande de conductionBande de
valenceBande de valenceBande de valence EMétal=conducteur Isolant
Bandgap
EgSpectre solaire
ZONE DE DEPLETION+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ Matériau dopé NMatériau dopé PChamp électrique P (e en excès) Al (trous en excés) La jonction P-N à l'origine de l'effet photovoltaïque ZONE DE DEPLETION+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ Matériau dopé NMatériau dopé PChamp électrique ZONE DE DEPLETION+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ -----------------------------------------ZONE DE DEPLETION+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ Matériau dopé NMatériau dopé PChamp électriqueChamp électrique P (e en excès) Al (Trous en excès) SiPhotons E>E
g permettent la génération de paires électrons-trousLa jonction P-N à l'origine de l'effet
photovoltaïque E g du Si (m) W.cm -2 .mm -1Radiance
W.cm -2 .mm -1Radiance
A BExploitation du spectre solaire
Eg Si = 1,12 eVEg Si = 1,12 eV
10102 10 3 10 4 10 5 (cm -1 h (eV)
Coefficient d'absorption
Épaisseur de la couchesemi-conductrice
Retour aux fondamentaux:
Spectre solaire
EhDomaine
utiliséConducteur
Matériau P
Matériau N
Grille conductrice
Revêtements anti-reflets
VerreJonction p-n
Schématique d'assemblage d'une
cellule photovoltaïque Si. I SC V OC (A)Surface
de la celluleÉnergie Lumineuse incidente
= 1000W/m 2 P IN0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.10.5
0.2 0.4 0.3I (mA)
U (V)Énergie
Électrique
produiteCaractéristique courant-tension d'une cellule
photovoltaïque sous éclairageSous illumination
I max V max P max (B) en % = Rendement de conversion en puissance "Rendement défini pour un spectre lumineux et une intensité donnée" 0.0 = Puissance max délivrée/Puissance lumineuse incidente = =I SC ×V OC×ff/P
IN = Facteur de forme ff= V max x I max (B) V OC x I SC (A) P max P INLa filière Si et ses dérivés
basée sur la jonction P-NLe photovoltaïque:
Plan de l'exposé
La filière cellules à colorants ou
cellules de Graetzel (photosynthèse..)(inspiration de la photosynthèse)Cellules organiques basées
sur la jonction du type P-NHistoire et principes de base
Bandgap : ~1,1eV à température ambiante
Coefficient optique d'absorption Į= 100 cm
-1 microns pour absorber la majorité de la lumière incidente.Existe sous forme de silice ou silicates Silicium utilisé ne nécessite pas une pureté aussi poussée que pour la microélectronique. Silicium cristallin fourni par industrie microélectroniqueLe silicium: Quelques caractéristiques
IVB LiLithium
6.941 30.534180.50.98
SiSilicium
28.0814 2.33 3S 2 3P 2 Li
Lithium
6.941 3 0.534180.50.98
SiSilicium
28.0814 2.33 3S 2 3P 2