Master Energétique et Environnement : TP Energie Solaire

Master Energétique et Environnement : TP Energie Solaire
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Afin de calculer ce que produit un module photovoltaïque pendant une journée
d’ensoleillement qui a un certain profil et une énergie solaire intégrée en Wh/m², on va assimiler
cette énergie solaire au produit du rayonnement instantané 1000 W/m² par un certain nombre
d’heures que l’on appelle « nombre d’heures équivalentes ».
Grâce à la valeur de 1000 de ce rayonnement de référence, le nombre d’heures équivalentes
se retrouve exactement égal à l’énergie solaire intégrée si on l’exprime en kWh/m² /jour faisant
référence au tableau 1. Au cours de la première étape, il s'agit d'évaluer la taille approximative de
l'installation. Vous tiendrez compte de la surface de toit disponible et, le cas échéant, du cadre
financier prévu par le client. Dans la suite du problème, on fait un choix technique d'un capteur PV
mais il pourra être choisi d’autres technologies moins chères, ou bien plus adaptée aux besoins.
Le tableau suivant indique le rayonnement quotidien moyensur une surface horizontale en
kWh/m²/jour pour différentes localisations. La valeur fournie indique qu’il s’agit du nombre d’heure
équivalent à un rayonnement de référence de 1000W/m 2 .
Site / Mois Jan Fév Mar Avr Mai Juin Juil Août Sep Oct Nov Déc
Paris 1.04 1,73 2,78 3,95 5.05 5.39 5.36 4.79 3.39 2.04 1.20 0.83
Berlin 0,61 1,14 2,44 3,49 4,77 5,44 5,26 4,58 3,05 1,59 0,76 0,46
Perpignan 1.52 2.36 3.56 4.35 5.31 5.88 6.16 5.48 4.24 2.6 1.63 1.29
B. Principe des capteurs solaires
1. Principe de fonctionnement
Tableau 1: Rayonnement quotidien moyen
La conversion photovoltaïque aujourd’hui largement utilisée peut être simplement définie
comme la transformation de l’énergie des photons en énergie électrique grâce au processus
d’absorption de la lumière par la matière.
Lorsqu’un photon est absorbé par le matériau, il passe une partie de son énergie par collision à
un électron l’arrachant littéralement de la matière. Ce dernier étant précédemment à un niveau
d’énergie inférieur où il était dans un état stable passe alors vers un niveau d’énergie supérieur,
créant un déséquilibre électrique au sein de la matière se traduisant par une paire électron-trou, de
même énergie électrique.
Généralement, la paire électron-trou revient rapidement à l’équilibre en transformant son
énergie électrique en énergie thermique.
Même si le phénomène électrique est secondaire devant le phénomène thermique (incluant la
chauffe du matériau par les rayons solaires), récupérer tout ou partie de l’énergie électrique est le
premier objectif des capteurs photovoltaïques sous forme de cellules ou de générateurs.
Cela est possible grâce par exempleà des cellules solaires réalisées en associant un matériau
semi-conducteur dopé Nà un autresemi-conducteur dopé P.
L’énergie produite par l’absorption d’un photon dans unmatériau se traduit du point de vue
électrique par la création d’une paire électron-trou. Cetteréaction entraine une différence de
répartition des charges créant ainsi une différence depotentiel électrique, c’est l’effet
photovoltaïque.
UPMC | Contact : philippe.guibert@upmc.fr
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