Master EnergÃ©tique et Environnement : TP Energie Solaire

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Master Energétique et Environnement : TP Energie Solaire Page | 8 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 Exemplaire provisoire
Master Energétique et Environnement : TP Energie Solaire Page | 9 Figure 12 : Schéma de principe du montage d’une cellule PV Couche semi-conductrice de type p Le matériau semi-conducteur contient des atomes externes qui possèdent unequantité inférieure d'électrons libres. On obtient ainsi un excédent positif deporteurs de charge (trous d'électrons) dans le matériau semi-conducteur. Cescouches sont appelées des couches semiconductrices à conduction de type p. Couche semi-conductrice de type n Le matériau semi-conducteur contient des atomes externes qui possèdent unequantité supérieure d'électrons libres. On obtient ainsi un excédent négatif deporteurs de charge (électrons) dans le matériau semi-conducteur. Ces couchessont appelées des couches semi-conductrices à conduction de type n. Doigts de contact et contact métallique de la face arrière Avec le contact métallique arrière, les doigts de contact constituent les connexionspermettant de brancher par exemple un consommateur. Couche antiréflexion La couche antiréflexion a pour but de protéger la cellule PV et de réduire les pertesde réflexion à la surface de la cellule. Récupération des électrons trous En règle générale, les cellules solaires sont fabriquées en silicium, deuxième élément leplus fréquent de la croûte terrestre. Un atome de silicium possède quatre électrons devalence. Dans un cristal de silicium, deux électrons d'atomes adjacents forment une paired'électrons. Dans cet état, le cristal de silicium n'est pas un conducteur électrique, car ilne dispose d'aucun électron libre pour transporter la charge. UPMC | Contact : philippe.guibert@upmc.fr Exemplaire provisoire
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