Energie Solaire Photovoltaique

............................................................................................................................... 9 2.4 ASSOCIATION DE CELLULES : LE PANNEAU SOLAIRE (EXTRAIT D’UN COURS MAGISTRAL DE STEPHAN ASTIER PROFESSEUR DES UNIVERSITES– INPT-ENSEEIHT) ......................................................................................................................................................... 11 2.5 CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES D’UN PANNEAU PHOTOVOLTAÏQUE ........................................................................................... 13 2.5.1 Caractéristiques I=f(U) .......................................................................................................................................................... 13 2.5.2 Caractéristiques P=f(U) ......................................................................................................................................................... 13 3- LES DIFFERENTS TYPES D’UTILISATION DE GENERATEURS PHOTOVOLTAIQUES............................................... 14 3.1 ALIMENTATIONS ELECTRIQUES FAIBLES PUISSANCES ..................................................................................................................... 14 3.2 INSTALLATIONS ELECTRIQUES PHOTOVOLTAÏQUES AUTONOMES .................................................................................................... 14 3.3 INSTALLATIONS ELECTRIQUES PHOTOVOLTAÏQUES RACCORDEES AU RESEAU ................................................................................ 15 3.3.1 Installation PV raccordée au réseau sans injection (« auto-consommation") ........................................................................ 15 3.3.2 Installation PV raccordée au réseau avec injection des excédents de production.................................................................. 16 3.3.3 Tarif de rachat de l’électricité photovoltaïque........................................................................................................................ 16 3.3.4 Installation PV raccordée au réseau avec injection totale de l’énergie produite ................................................................... 17 4- PRINCIPE DE DIMENSIONNEMENT D’UNE CENTRALE PHOTOVOLTAIQUE EN SITE ISOLE................................ 17

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ELECTROTECHNIQUE

Approche générale

Production d’énergie électrique : ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE

Préambule : L’épuisement des ressources fossiles, à plus ou moins long terme, et la flambée des cours du brut, la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre rendent urgentes la maîtrise des consommations et la diversification des sources d’énergie : l’utilisation et le développement des énergies renouvelables. On considère qu’une énergie est renouvelable, toute source d'énergie qui se renouvelle assez rapidement pour être considérée comme inépuisable (d'où son nom) à l'échelle de l'homme mais aussi dans certains cas de l'humanité (solaire par exemple). Les énergies renouvelables sont issues de phénomènes naturels réguliers ou constants provoqués principalement par le Soleil (l'énergie solaire mais aussi hydraulique, éolienne et biomasse...), la Lune (énergie marémotrice, certains courants : énergie hydrolienne...) et la Terre (géothermique profonde...). Le rayonnement solaire constitue la ressource énergétique la mieux partagée sur la terre et la plus abondante : La quantité d’énergie libérée par le soleil (captée par la planète terre) pendant une heure pourrait suffire à couvrir les besoins énergétiques mondiaux pendant un an. Une partie de ce rayonnement peut être exploitée pour produire directement de la chaleur (solaire thermique) ou de l’électricité : c’est l’énergie solaire photovoltaïque. Ce mode de production ne nécessite pas de réseau de distribution. En effet on peut produire de l’énergie électrique là où on la consomme : - Villages, maisons isolées (un tiers de la population mondiale n’a pas accès à l’énergie électrique). - Relais de communication, - Pompage de l’eau - Refuges, - … Certains pays comme la France mettent en place des mesures pour inciter à produire de l’électricité à partir de l’énergie solaire. Et dans ce cadre là, l’énergie produite est achetée à prix attractif (prix du kWh produit plus élevé que le prix du kWh consommé et facturé par le fournisseur d’énergie). 1- L’ENERGIE SOLAIRE Unités utilisées L'éclairement ou irradiance est défini comme une puissance reçue par une surface. Il s'exprime en W/m2 (watt par mètre carré). Le S.I. (système international d’unités) recommande d’utiliser le symbole E. L'irradiation ou rayonnement est l'énergie reçue par une surface . Elle s'exprime en J m-2 (joule par mètre carré). L'ISES (International Solar Energy Society) recommande le symbole H. D'autres unités plus courantes sont le Wh/m2 (wattheure par mètre carré) bien que ce dernier ne doive pas être utilisé puisque Rayonnement solaire n'appartenant pas au système international d'unités (SI). Unités Éclairement ou Irradiance Rayonnement, irradiation ou énergie G exprimé en W/m² incidente H exprimé en Wh/m² ou J/m²

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Production d’énergie électrique : ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE

Approche générale

Constante solaire =1367 W/m²

Le soleil décharge continuellement une énorme quantité d'énergie radiante dans le système solaire, la terre intercepte une toute petite partie de l’énergie solaire rayonnée dans l’espace. Une moyenne de 1367 watts atteint chaque mètre carré du bord externe de l'atmosphère terrestre (pour une distance moyenne Terre-soleil de 150 Millions de km), c’est ce que l’on appèle la constante solaire égale à 1367W/m². La part d'énergie reçue sur la surface de la terre dépend de l'épaisseur de l’atmosphère à traverser. Celle-ci est caractérisée

par le nombre de masse d'air AM. Le rayonnement qui atteint le niveau de la mer à midi dans un ciel clair est de 1000 W/m2 et est décrit en tant que rayonnement de la masse d'air "1" (ou AM1). Lorsque le soleil se déplace plus bas dans le ciel, la lumière traverse une plus grande épaisseur d'air, perdant plus d'énergie. Puisque le soleil n'est au zénith que durant peu de temps, la masse d'air est donc plus grande en permanence et l'énergie disponible est donc inférieure à 1000 W/m2. Les scientifiques ont donné un nom au spectre standard de la AM1 lumière du soleil sur la surface de la terre : AM1.5G ou AM2 AM1.5D. AM3 Le nombre "1.5" indique que le parcours de la lumière dans l'atmosphère est 1.5 fois supérieur au parcours le plus court du soleil, c'est-à-dire lorsqu’il est au zénith (correspondant à une inclinaison du soleil de 45° par rapport au zénith). Source : Cellules solaires ed. ETSF Le « G » représente le rayonnement "global" incluant rayonnement direct et rayonnement diffus et la lettre « D » tient compte seulement du rayonnement direct. Normalisation : Les conditions standards de qualification des modules photovoltaïques sont : un spectre AM1.5 sous un éclairement de 1000W/m² et une température de 25°C. Les constructeurs de panneaux solaires spécifient les performances de leur matériel dans les conditions normalisées citées ci-dessus (S.T.C. : Standard Test Conditions). Signalons que, outre l’incidence de l’atmosphère, l’irradiation solaire dépend : - de l’orientation et l’inclinaison Carte du monde de l’irradiation moyenne annuelle en kWh/m²/jour sur un de la surface, plan horizontal - de la latitude du lieu et son degré de pollution, - de la période de l’année, - de l’instant considéré dans la journée, - de la nature des couches nuageuses. La combinaison de tous ces paramètres produit la variabilité dans l'espace et le temps de l'irradiation journalière. Des cartes météorologiques sont établies et nous renseignent sur l’irradiation moyenne par jour ou bien sur une année.

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Source : HelioClim

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Approche générale

La meilleure inclinaison des panneaux solaires photovoltaïques pour un usage à longueur d’année est celle de la latitude de l’endroit où sont installés les capteurs (donc environ 45° en France). Toutefois, ce sont souvent les dispositions constructives de l’habitation qui déterminent l’inclinaison.

Carte de France de l’irradiation moyenne: Énergie reçue sur une surface orientée au sud et inclinée d’un angle égal à la latitude (49° à Paris, 43° à Nice) en kWh/m²/jour Carte de France