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Energie Solaire - Système Photovoltaïque... Qu'Est-Ce Que C'Est?

Energie solaire - Système photovoltaïque... qu'est-ce que c'est?

Un système d'alimentation photovoltaïque isolé est constitué d'un ensemble de modules photovoltaïques et d'un ensemble d'équipements complémentaires, comprenant des batteries, des contrôleurs de charge et des onduleurs.

Ces composants varient en fonction de l'application du système photovoltaïque:

- Les modules photovoltaïques produisent de l'électricité en courant continu.

- Les batteries stockent l'électricité obtenue du soleil pendant la journée, permettant ainsi le fonctionnement des lampes et des appareils électriques la nuit ou par temps nuageux.

- Le contrôleur de charge est installé entre les modules et les batteries pour gérer le processus de chargement et de déchargement des batteries, en évitant qu'elles ne soient surchargées ou déchargées au-delà de limites prédéterminées, augmentant ainsi leur durée de vie.

- L'onduleur est nécessaire dans un système photovoltaïque lorsque nous devons alimenter des charges en courant alternatif.
L'onduleur transforme le courant continu en courant alternatif et peut donc alimenter les dispositifs électro-électroniques conventionnels.

Les systèmes photovoltaïques peuvent être classés en autonomes et interconnectés au réseau. Les personnes autonomes peuvent être divisées en celles qui fournissent uniquement du courant continu, celles qui fournissent du courant alternatif et il en existe encore qui fournissent les deux courants.

Les systèmes autonomes produisent de l'électricité indépendamment des autres sources d'énergie.
Il existe des systèmes autonomes utilisés pour pomper de l'eau, et l'eau est stockée dans le réservoir pour être utilisée au moment de la consommation.

Les systèmes autonomes avec stockage sont utilisés lorsque des charges sont nécessaires la nuit ou par temps nuageux.
Les systèmes autonomes constituent la majorité des applications des systèmes photovoltaïques dans les régions isolées du monde, l'électrification rurale étant la plus répandue.

Les systèmes autonomes peuvent fonctionner avec une autre source de production d’énergie (éoliennes, diesel, etc.).
Dans certaines situations, ils peuvent s'avérer plus économiques que les systèmes photovoltaïques purs pour fournir de l'électricité dans des projets isolés à grande échelle.

Un système photovoltaïque, complété par une autre source d'alimentation, nécessite moins d'énergie installée de panneaux photovoltaïques et de batteries, et peut réduire les coûts totaux.

Les systèmes connectés au réseau sont ceux dans lesquels l'agencement de modules photovoltaïques agit comme une source d'énergie complémentaire du système électrique auquel il est connecté.

Ces systèmes n'utilisent pas de stockage d'énergie car toute l'énergie générée pendant la journée est acheminée vers le réseau et pendant la nuit ou par temps nuageux, l'énergie nécessaire pour nourrir les charges en est extraite.

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Le module photovoltaïque

La cellule solaire est le dispositif le plus important du système photovoltaïque, car elle est responsable de la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique.

Une cellule solaire est essentiellement un sandwich contenant une grille en métal, une pale qui collecte les rayons du soleil, une pale absorbant les photons et un contact arrière en métal.

Fondamentalement, ce sandwich est fabriqué de manière à contenir en son sein un champ électrique permettant de séparer les porteurs de charges électriques générés par la lumière.

Dans les cellules solaires au silicium cristallin, le champ électrique interne est créé par une contamination contrôlée et sélective du matériau semi-conducteur.

Les impuretés les plus couramment utilisées sont le phosphore (dans la couche collectrice à semi-conducteur de type n) et le bore (dans la couche à absorption de semi-conducteur de type p), qui permettent de construire la barrière de potentiel souhaitée de manière interne.

Le courant électrique produit est collecté par les contacts métalliques sur les surfaces.

Les cellules solaires sont généralement carrées ou rondes selon le procédé de fabrication utilisé.
Ce courant dépend de l'intensité du rayonnement solaire et de la zone éclairée.

La tension générée est seulement une fraction de volt.
La cellule solaire de silicium cristallin la plus utilisée a une tension de travail d’environ 0,5 V.

Pour une utilisation pratique, il est nécessaire de connecter plusieurs cellules en série.
Cet ensemble de cellules connectées est appelé module photovoltaïque.

En règle générale, 30 à 36 cellules de silicium cristallin sont utilisées dans chaque module, en fonction du lieu d'installation des systèmes (temps froid ou chaud).

Ainsi, lorsqu'un module 12 V est exposé au soleil, il génère une alimentation en courant continu, avec une tension maximale comprise entre 17 et 21 V. Pour charger une batterie 12 V en raison de pertes dans les câbles et les diodes, les modules doivent: générer environ 16 V.

Pour protéger les cellules solaires, les modules sont encapsulés avec des matériaux plastiques (E.V.A. ou P.V.B.).

La face frappée par les radiations est recouverte de verre trempé et la face arrière en plastique Tedlar.

Enfin, le module est encadré d'une structure en aluminium anodisé, ce qui lui confère une rigidité qui le protège des éléments.

Les fabricants accordent généralement une garantie de 10 à 25 ans (une garantie type est de 25 ans pour la production d’énergie et de 10 ans contre les défauts de fabrication), mais il est prévu que les modules en silicium cristallin aient une durée de vie prolongée. plus haut que ça.

On développe actuellement des modules photovoltaïques dont les cellules solaires ne sont pas en silicium (silicium amorphe hydrogéné, monocristallin, polycristallin ou hydrogéné), comme le cuivre et le diséléniure d'indium (CIS), le tellurure de cadmium (CdTE), entre autres.

Un certain nombre de modules peuvent à leur tour être connectés électriquement pour atteindre la puissance désirée, en fonction de la quantité d'énergie électrique à consommer et de l'insolation du site, formant ainsi un panneau photovoltaïque.

Les modules peuvent être connectés en série ou en parallèle en fonction du courant et de la tension souhaités.
La connexion en série des modules photovoltaïques se fait à partir de la borne positive d’un module vers une borne négative d’un autre module, tandis que les connexions en parallèle comprennent des connexions de bornes de même polarité.

Par exemple, les systèmes photovoltaïques d’éclairage, de télévision / vidéo, de refroidissement et de taille moyenne sont connectés pour fonctionner sous des tensions de 12 V ou 24 V.

Les systèmes de pompage d'eau fonctionnent normalement à des tensions plus élevées.

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Caractéristiques électriques des modules photovoltaïques

Lorsque le module est exposé au soleil, il génère de l'électricité en courant continu, en fonction de l'intensité du rayonnement solaire et de la température ambiante.

La capacité d'un module photovoltaïque est donnée par la puissance de pointe en Wp.

La condition standard de détermination de cette puissance est définie pour le module exposé à un rayonnement solaire de 1000 W / m2 (rayonnement reçu à la surface de la Terre par temps clair à midi) et à une température de cellule de 25° C.

Vous pouvez comparer ces conditions à une journée ensoleillée mais très froide, à midi, au soleil couchant, sans nuages ​​ni températures clémentes, ce qui est difficile à obtenir.

Il existe plusieurs autres paramètres électriques d’un module, mais le plus important est la puissance qui reflète, par exemple, la capacité d’un ensemble de modules à charger les batteries (pour alimenter des charges telles que lampes, télévision / vidéo, etc. la nuit ou à l’extérieur. pluvieux) ou remplir un réservoir d’eau (en cas de pompage de l’eau) dès que possible.

Le courant électrique est la tension produit x courant.
Les mesures de tension et de courant d'un module peuvent être tracées sur un graphique, appelé courbe IxV ou courbe caractéristique du module (voir la figure ci-dessous).

Le courant électrique dépend du rayonnement solaire qui varie de manière significative avec la variation de l'intensité lumineuse.

La tension électrique est fortement influencée par la température.
L'augmentation de l'intensité de la lumière incidente sur le module augmente la température des cellules, diminue la tension du module et, par conséquent, réduit son efficacité.

La tension diminue de manière significative avec l'augmentation de la température tandis que le courant subit une très faible réduction.
Il est important de souligner qu’il n’ya pas de production d’énergie pour les conditions de circuit ouvert, You (parce que le courant est égal à zéro) et les courts-circuits, Isc (car la tension est égale à zéro).

Par conséquent, il n’ya qu’une tension et un courant pour lesquels la puissance maximale, Pm, est extraite.

Le courant correspondant à la tension d'alimentation maximale est appelé courant d'alimentation maximal (Imp).

Le point de puissance maximale (Pm) est le point de la courbe IxV auquel la puissance maximale est tirée.
Ce point correspond au produit de la tension d'alimentation maximale (Vmp) et du courant et de la puissance maximale (Imp), donné par: Pm = Imp x Vmp

Par conséquent, les cinq paramètres utilisés par les fabricants pour spécifier les caractéristiques électriques de leurs modules dans certaines conditions de rayonnement solaire, de température ambiante et de masse d'air sont les suivants:

Puissance maximale (Pm), tension et courant d'alimentation maximaux (Vmp, Imp), tension de circuit ouvert (Voc) et courant de court-circuit (Isc).

L'efficacité du module est également importante.

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