SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  63
Université des Sciences et de la Technologie d’Oran – MB
Faculté de Génie Electrique
Département d’Electrotechnique
L’intitulé de module : Systèmes Photovoltaïques
M. Touhami TERNFI
2023/2024
Plan du cours
• Généralités sur les systèmes photovoltaïques
• L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
• Le stockage d’électricité photovoltaïque
• Le pompage photovoltaïque
• Réglementations et normes
Généralités sur les systèmes photovoltaïques
• Un peu de vocabulaires ! (définitions)
• La découverte du photovoltaïque : histoire et rappels
• Le potentiel énergétique solaire
• Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-
conducteurs et l’effet photovoltaïque
• Les composants d’un système photovoltaïque
• Les différents types de système photovoltaïque
• Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes
photovoltaïques
• Présentation de la notion de l’autoconsommation
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
Cellule photovoltaïque (photovoltaic cell):
dispositif photovoltaïque le plus élémentaire.
Effet photovoltaïque (photovoltaic effect) :
création d’une tension continue par absorption de l’énergie
lumineuse.
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
Matériau semi-conducteur : substance dont la
conductivité due aux porteurs de charges des deux signes
est normalement comprise entre celle des conducteurs et
celle des isolants, et dont les nombres volumiques des
porteurs de charge peuvent être modifiés par des
excitations extérieures.
NOTE - Le terme « semi-conducteur » s'applique
généralement au cas où les porteurs de charge sont des
électrons ou des trous.
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
Module photovoltaïque (photovoltaic module) :
assemblage de cellules photovoltaïques interconnectées
complètement protégé de l’environnement.
Branche (chaîne) photovoltaïque photovoltaic string :
circuit constitué par des modules photovoltaïques
connectés en série.
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
Champ photovoltaïque photovoltaic array field :
groupement de plusieurs champs de modules
photovoltaïques
Système photovoltaïque (photovoltaic system) : système
électrique incluant génération, transformation,
distribution, (voire stockage) d’énergie électrique obtenue
par conversion photovoltaïque de l’énergie solaire
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
Centrale photovoltaïque photovoltaic plant /power plant :
unité de production d’électricité photovoltaïque mettant en
œuvre les constituants d’un système photovoltaïque :
générateurs, convertisseurs, circuits, interfaces, surveillance
de fonctionnement….
Générateur photovoltaïque (photovoltaic generator) :
générateur d’énergie électrique qui utilise la conversion
photovoltaïque de l’énergie solaire
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
MPPT : abréviation de maximum power point tracking
Mode de pilotage d’un dispositif photovoltaïque pour qu’il
fonctionne au plus près de son point de fonctionnement à
puissance maximale.
Caractéristique courant-tension (Current-voltage
characteristic) : courant de sortie d’un dispositif
photovoltaïque établi en fonction de sa tension de sortie,
pour des conditions d’éclairement et de température
données
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
Watt crête watt (Watt peak) : unité de puissance utilisée
par certains professionnels pour désigner la puissance
maximale d’un dispositif photovoltaïque mesurée dans les
conditions normales d’essai (STC)
Azimut (angle) azimuth angle : angle formé par la
projection d’une ligne droite allant de la position apparente
du soleil au point d’observation avec une ligne horizontale
normale à l’équateur, angle entre la méridienne du lieu et
le plan vertical passant par le soleil, compté négativement
vers l’est.
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
SOC : standard operating conditions abréviation de
standard operating conditions : conditions normales de
fonctionnement.
STC : standard test conditions abréviation de standard test
conditions : conditions normales d’essai
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
Conditions normales de fonctionnement (SOC) -
standard operating conditions (SOC) : valeurs de
l’éclairement dans le plan du dispositif photovoltaïque (800
W×m-2), de la température de jonction (conditions
nominales de température de la cellule en fonctionnement,
de l’indice de masse atmosphérique (AM = 1,5)
conditions normales d’essai (STC) standard test
conditions (STC) : valeurs de référence de l’éclairement
dans le plan du dispositif photovoltaïque (Gi,ref = 1 000
W×m-2), de la température de cellule (25 °C) et de l’indice
de masse atmosphérique (AM = 1,5) utilisées lors des
essais de ce dispositif photovoltaïque
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
Éclairement (irradiance) : puissance rayonnée incidente
sur une unité de surface. symbole : G ; unité : W×m-2
facteur de forme (fill factor) : rapport entre la puissance
maximale d’un dispositif photovoltaïque et le produit de la
tension en circuit ouvert par le courant de court circuit
Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
Diode de dérivation (bypass) bypass diode : diode
connectée en parallèle avec un ou plusieurs modules
NOTE - Cette diode permet de shunter le courant du
module et éviter ainsi un suréchauffement et risque de feu,
résultat de la présence d’une tension de polarisation
inverse causée par d’autres modules du champ.
Jonction PN (PN junction) : jonction entre un semi-
conducteur de type P et un semi-conducteur de type N
NOTE - Ce type de jonction est largement utilisé dans les
cellules photovoltaïques en silicium cristallin.
Généralités sur les systèmes photovoltaïques
• Un peu de vocabulaires ! (définitions)
• La découverte du photovoltaïque : histoire et rappels
• Le potentiel énergétique solaire
• Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-
conducteurs et l’effet photovoltaïque
• Les composants d’un système photovoltaïque
• Les différents types de système photovoltaïque
• Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes
photovoltaïques
• Présentation de la notion de l’autoconsommation
La découverte du photovoltaïque
histoire et rappels
Quelques dates importantes dans l’histoire du photovoltaïque :
· 1839 : Le physicien français Edmond Becquerel découvre le processus de
l’utilisation de l’ensoleillement pour produire du courant électrique dans
un matériau solide. C’est l’effet photovoltaïque.
· 1875 : Werner Von Siemens expose devant l’Académie des Sciences de
Berlin un article sur l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs. Mais
jusqu’à la Seconde Guerre Mondiale, le phénomène reste encore une
curiosité de laboratoire.
. 1887 : L’effet photoélectrique a été compris et présenté en 1887 par
Heinrich Rudolf Hertz qui en publia les résultats dans la revue scientifique
Annalen der Physik.
. 1905 : Einstein expliqua le phénomène photoélectrique en 1905 et obtint
le prix Nobel de physique sur ses travaux en 1921.
La découverte du photovoltaïque
histoire et rappels
· 1954 : Trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince, mettent
au point. Une cellule photovoltaïque à haut rendement au moment où
l’industrie spatiale naissante cherche des solutions nouvelles pour
alimenter ses satellites.
· 1958 : Une cellule avec un rendement de 9 % est mise au point. Les
premiers satellites alimentés par des cellules solaires sont envoyés dans
l’espace.
· 1973 : La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques
est construite à l’Université de Delaware.
· 1983 : La première voiture alimentée par énergie photovoltaïque
parcourt une distance de 4 000 km en Australie.
. 1995 : Des programmes de toits photovoltaïques raccordés au réseau
ont été lancés, au Japon et en Allemagne, et se généralisent depuis 2001.
La découverte du photovoltaïque
histoire et rappels
. 2000 : Entrée en application le 1er avril 2000 et modifiée en 2004 et en
2009, l’EEG Renewable Energy Sources Act (EEG) est le résultat de la
transposition de la directive européenne relative à la promotion des
énergies renouvelables dans le secteur de l’électricité.
. 2005 : En décembre 2005 mise en réseau de la première centrale solaire
photovoltaïque du groupe PrimeEnergy à Weil am Rhein (Baden-
Württemberg)
. 2000-2012 : L’industrialisation du photovoltaïque
Généralités sur les systèmes photovoltaïques
• Un peu de vocabulaires ! (définitions)
• La découverte du photovoltaïque : histoire et rappels
• Le potentiel énergétique solaire
• Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-
conducteurs et l’effet photovoltaïque
• Les composants d’un système photovoltaïque
• Les différents types de système photovoltaïque
• Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes
photovoltaïques
• Présentation de la notion de l’autoconsommation
Le potentiel énergétique solaire
ALGER- Le potentiel photovoltaïque de l'Algérie est estimé à près de 2,6 millions
de térawatts/heure (TW/h) par an, soit 105 fois la consommation mondiale
d'électricité, a indiqué mardi à Alger le consultant et chercheur dans le secteur
des énergies renouvelables.
Intervenant lors de la conférence-débat "Le potentiel, les opportunités et les
défis de la mise en place des énergies renouvelables en Algérie" organisée par le
collectif de réflexion CARE, ce consultant a fait savoir que "logiquement", les
wilayas du sud sont celles pouvant contribuer le plus dans la production des
énergies renouvelables au vu de la surface disponible et du taux
d’ensoleillement.
Le consultant a également indiqué que l'Algérie bénéficie d'un potentiel
important d'énergie éolienne alors que cela n'est pas assez pris en considération.
Il a ainsi cité les wilayas d'Oran, Médéa et Alger dans le top 3 en terme de
potentiel éolien.
Dans le cadre de la mise en place du programme national de développement des
énergies renouvelables (PNDER), l'Algérie ambitionne l'installation de 22.000
MW, soit un investissement de 34 milliards de dollars
"Il y a 5 ans, le même projet aurait coûté 60 milliards de dollars", a fait savoir M.
Hammoudi se félicitant de l'actualisation du PNDER en 2015.
Cette actualisation a permis d'offrir la plus grande part de ce programme à
l'énergie photovoltaïque (61,7%) et à l'éolien (22,77%) et à différer
l'investissement dans certaines technologies plus onéreuses sur du plus long
terme, notamment concernant la technologie solaire thermique.
De plus, d’ici 2030, ce programme permettra d'atteindre 27% de renouvelable
dans le mix national énergétique, ce qui induirait pour le pays une économie
annuelle de 38 milliards de m3 de gaz naturel.
Actuellement, la part de consommation locale de gaz par rapport à la production
nationale ne cesse d’augmenter passant de 31% à 46% entre 1991 à 2017.
Par ailleurs, M. Hammoudi a salué la volonté d'adhésion de l'Algérie au marché
spot européen afin de fournir l'Europe en énergie, soulignant que l'Italie et la
Finlande sont les plus importants importateurs européens d'énergie électrique.
Il a également mis en lumière le potentiel du marché africain que l'Algérie pourra
intégrer par l'établissement d'une liaison avec la Mauritanie.
En Afrique, 640 millions de personnes n’ont pas accès de manière régulière à
l’électricité.
L'Europe et l'Afrique pourraient ainsi constituer des marchés porteurs pour le
renouvelable algérien, surtout si l'Algérie installe des capacités de stockage de
cette énergie pour la commercialiser à des moments où la demande extérieure
est plus forte au cours de l'année, a-t-il souligné.
En effet, les prix spot moyens du marché européen atteignent 120 euros/MWh,
en Italie le MWh se commercialise à 276 dollars et en Espagne à 228 dollars.
En Afrique, le prix moyen est de 140 dollars/MWh, tandis qu'en Algérie, celui-ci
coûte 42 dollars.
Concernant les moyens de stockage, des technologies existent permettant de
stocker les surplus de production et ainsi remédier à l'instabilité de la
disponibilité des ENR.
Pour ce faire, le chercheur a évoqué plusieurs moyens de stockage telles que des
batteries spécifique (stockage de l'énergie de quelques heures à quelques jours),
un autre stockage sous forme d’air comprimé ou bien à travers la transformation
de l'énergie en gaz (hydrogène puis méthane) dont le stockage peut durer entre
plusieurs mois à quelques années.
A noter qu'en 2017, la consommation électrique mondiale était de 24.800
TWh/an. L’Algérie consomme annuellement 78 TW/an.
Selon M. Hammoudi, les prévisions scientifiques affirment que d'ici 2025,
l'Algérie consommera entre 123 à 160 TWh/an.
De plus, l'électricité à travers le monde provient de sources non renouvelables
carbonées à hauteur de 73,5%. En Algérie, la production électrique provient
pour sa part à 97% du gaz naturel.
Généralités sur les systèmes photovoltaïques
• Un peu de vocabulaires ! (définitions)
• La découverte du photovoltaïque : histoire et rappels
• Le potentiel énergétique solaire
• Le principe de la conversion : le gisement solaire, les
semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
• Les composants d’un système photovoltaïque
• Les différents types de système photovoltaïque
• Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes
photovoltaïques
• Présentation de la notion de l’autoconsommation
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Selon le dictionnaire Larousse le gisement est un nom masculin qui veut dire
Lieu où un matériel géologique donné s'est accumulé et que l'on peut exploiter
en totalité ou en partie : Un gisement d'or. Gisement pétrolier.
Dans le lexique des énergies-renouvelables le gisement est le lieu de
concentration naturel de matières minérales solides, liquides ou gazeuses.
On peut dire que le gisement solaire est le lieu de concentration du rayonnement
solaire incident à un milieu urbain.
Le gisement solaire est un ensemble de données décrivant l'évolution du
rayonnement solaire disponible au cours d'une période donnée. Son évolution
peut se faire à partir des données de l'irradiation solaire globale. Elle est utilisée
pour simuler le fonctionnement probable d'un système énergétique solaire et
donc faire le dimensionnement le plus exact possible compte tenu des
demandes à satisfaire”.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
La position d'un lieu sur la terre est déterminée par sa latitude, une
coordonnée géographique représentée par une valeur angulaire correspond
à la distance angulaire, par rapport au Nord ou au Sud de l'équateur qui est le
plan de référence.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
L’azimut solaire est l’angle que fait le
plan vertical du soleil avec le plan
méridien du lieu. Cet angle vaut 0° au
Sud et est conventionnellement positif
vers l'Ouest et négatif vers l'Est
La hauteur α du soleil est l‘angle que
fait la direction du soleil avec le plan
horizontal.
Elle se compte de 0° à 90° à partir de
l'horizon vers la voûte céleste.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Les matériaux semi-conducteurs sont des corps dont la résistivité
est intermédiaire entre celle des conducteurs et celle des isolants.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Les quatre électrons de valence du silicium
permettent de former quatre liaisons
covalentes avec un atome voisin.
Dans ce cas, tous les électrons sont utilisés et
aucun n’est disponible pour créer un courant
électrique.
Les semi-conducteurs intrinsèques :
Les électrons situés sur la couche la plus
éloignée du noyau, qui participent aux liaisons
covalentes peuvent, sous l’effet de l’agitation
thermique, devenir porteur de charge.
Le diagramme énergétique est constitué de
deux bandes (conduction et valence) séparé
par une bande interdite. Pour franchir cette
bande l’électron doit acquérir de l’énergie
(thermique, photon, …)
Mais le nombre d’électrons libres dans
un semi-conducteur intrinsèque
reste très faible. Ici le nombre de trou et
d’électron est égal.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Les semi-conducteurs extrinsèques :
Pour augmenter la conductivité des semi-conducteurs on y introduit
des impuretés. Ce procédé est appelé dopage.
Dopage de type N :
On remplace un atome de silicium par un atome
pentavalent. Quatre d’entre eux assurent les liaisons
avec les atomes voisins de silicium et le cinquième
resté disponible va être excité vers la bande de
conduction très facilement
par l’agitation thermique.
D’où le nombre d’électron
libre qui va fortement
augmenter : dans ce cas le
Nombre de trou est très
inférieur au nombre
d’électron libre.
On obtient ainsi un cristal dopé N (négatif).
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Dopage de type P :
De la même façon on introduit des
atomes trivalents, ses trois électrons vont
assurer les liaisons covalentes avec trois
atomes voisins mais laisser un trou au
quatrième. Ce trou se déplace de proche
en proche dans le cristal pour créer un
courant.
Ici le nombre de trous est très supérieur au
nombre d’électrons libres du cristal
intrinsèque, on obtient donc un cristal
dopé P (positif), les impuretés utilisées
sont souvent du Bore.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
La jonction PN :
Une jonction PN est l’accolement d’une
région dopé P et d’une région dopée N.
Lors de cet assemblage les porteurs de
charges libres s’attirent et se
recombinent dans la zone de jonction où
les porteurs libres disparaissent : c’est la
zone de transition.
Il ne reste donc plus que les ions dans
cette zone qui vont créent un champ
électrique interne au niveau de la
jonction et qui empêche les charges
libres restantes dans chaque zone de
traverser la jonction pour se recombiner.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
La jonction PN est obtenue en dopant les deux faces d’une tranche de
silicium. Sous l’action d’un rayonnement solaire, les atomes de la jonction
libèrent des charges électriques de signes opposés qui s’accumulent de part
et d‘autre de la jonction pour former un générateur
électrique.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Les différents types de cellules PV
La filière silicium représente actuellement
99% du marché des modules photovoltaïques
comme le montre la Figure. Il est l’un des
éléments les plus abondants sur Terre,
parfaitement stable et non toxique.
On trouve plusieurs technologies pour le photovoltaïque
silicium détaillées ci-après; d’une part les cellules à base
de silicium massif (monocristallin, polycristallin, rubans)
dites de première génération, et qui constituent à l’heure
actuelle l’essentiel des modules photovoltaïques
commercialisés et d’autre part la technologie à base de
silicium en couche mince.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Silicium monocristallin
Les cellules en silicium monocristallin
représentent la première génération des
générateurs photovoltaïques.
Pour les fabriquer, on fond du silicium en forme
de barreau. Lors d’un refroidissement lent et
maîtrisé, le silicium se solidifie en ne formant
qu'un seul cristal de grande dimension. On
découpe ensuite le cristal en fines tranches qui
donneront les cellules. Ces cellules sont en
général d'un bleu uniforme. Durée de vie : 20 à
30 ans.
avantages :
bon rendement, de 12% à 18%
bon ratio Wc/m2 (environ 150 Wc/m2) ce qui
permet un gain de place si nécessaire
nombre de fabricants élevé
inconvénients :
coût élevé
rendement faible sous un faible éclairement.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Silicium polycristallin (multicristallin)
Pendant le refroidissement du silicium dans une
lingotière, il se forme plusieurs cristaux.
La cellule photovoltaïque est d'aspect bleuté,
mais pas uniforme, on distingue des motifs
créés par les différents cristaux.
· avantages :
cellule carrée (à coins arrondis dans le
cas du Si monocristallin) permettant un
meilleur foisonnement dans un module
moins cher qu’une cellule
monocristalline
· inconvénient :
moins bon rendement qu’un cellule
monocristalline : 11 à 15%
ratio Wc/m² moins bon que pour le
monocristallin (environ 100 Wc/m2)
rendement faible sous un faible
éclairement.
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Silicium amorphe
Le silicium lors de sa transformation, produit un
gaz, qui est projeté sur une feuille de
verre. La cellule est gris très foncé. C'est la cellule
des calculatrices et des montres dites
"solaires".
· Avantages :
fonctionne avec un éclairement faible ou diffus
(même par temps couvert)
un peu moins chère que les autres technologies
intégration sur supports souples ou rigides.
· Inconvénients :
rendement faible en plein soleil, de 6% à 8%
nécessité de couvrir des surfaces plus
importantes que lors de l’utilisation de
silicium cristallin (ratio Wc/m² plus faible, environ
60 Wc/m2)
performances qui diminuent avec le temps
(environ 7%)..
Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Les composants d’un système photovoltaïque
Les différents types de système photovoltaïque
Les différents programmes nationaux intégrants
les systèmes photovoltaïques
L’Algérie amorce une dynamique d’énergie verte en lançant un programme
ambitieux de développement des énergies renouvelables (EnR) et d’efficacité
énergétique. Cette vision du gouvernement algérien s’appuie sur une stratégie axée
sur la mise en valeur des ressources inépuisables comme le solaire et leur
utilisation pour diversifier les sources d’énergie et préparer l’Algérie de demain.
Grâce à la combinaison des initiatives et des intelligences, l’Algérie s’engage dans
une nouvelle ère énergétique durable.
Le programme des énergies renouvelables actualisé consiste à installer une
puissance d’origine renouvelable de l’ordre de 22 000 MW à l’horizon 2030 pour le
marché national, avec le maintien de l’option de l’exportation comme objectif
stratégique, si les conditions du marché le permettent.
Le programme d’efficacité énergétique actualisé vise à réaliser des économies
d’énergies à l’horizon 2030 de l’ordre de 63 millions de TEP, pour l’ensemble des
secteurs (bâtiment et éclairage publique, transport, industrie) et ce, en introduisant
l’éclairage performant, l’isolation thermique et les chauffe-eau solaires, les
carburants propres (GPLc et GNc), et les équipements industriels performants.
Le programme de l’efficacité énergétique permettra de réduire les émissions de
CO2 de 193 millions de tonnes.
37 % de la capacité installée d’ici 2030 et 27 % de la production d’électricité
destinée à la consommation nationale, seront d’origine renouvelable
Les projets EnR de production de l’électricité dédiés au marché national seront
menés en deux étapes:
Première phase 2015 - 2020 : Cette phase verra la réalisation d’une puissance de
4010 MW, entre photovoltaïque et éolien, ainsi que 515 MW, entre biomasse,
cogénération et géothermie.
Deuxième phase 2021 - 2030 : Le développement de l’interconnexion électrique
entre le Nord et le Sahara (Adrar), permettra l’installation de grandes centrales
d’énergies renouvelables dans les régions d’In Salah, Adrar, Timimoune et Bechar et
leur intégration dans le système énergétique national. A cette échéance, le solaire
thermique pourrait être économiquement viable.
Consistance du programme de développement des énergies renouvelables
La consistance du programme en énergie renouvelables à réaliser pour le marché
national sur la période 2015-2030 est de 22 000 MW, répartie par filière comme
suit:
Les différents programmes nationaux intégrants
les systèmes photovoltaïques
Projets et actions de la phase 2011-2014 du Programme national des énergies
renouvelables (2011-2014)
A.1 Centrale Hybride Solaire-Gaz
de 150 MW :
Localité : Hassi R’mel (Laghouat)
Capacité : 150 MW Technologie :
Système ISCC (Integrated solar
Combined Cycle), 120 MW cycle
combiné, 30 MW Solaire Thermique
(CSP parabolique) ; Système HTF
(Heat Transfert Fluide) 393°c ;
Système de poursuite du soleil
(Trackeur) ;
Mise en service : juillet 2011
Les différents programmes nationaux intégrants
les systèmes photovoltaïques
A.2 Ferme Eolienne de 10MW de :
Localité : Kabertène (ADRAR)
Capacité : 10,2 MW
Technologie :
Gamesa 850 KW (12 x 850 KW)
Mise en service : juin 2014
Les différents programmes nationaux intégrants
les systèmes photovoltaïques
A.3 Centrale Pilote Photovoltaïque
d’Oued N’Chou 1,1 MWc :
Localité : Oued N’chou (Ghardaïa) ;
Capacité : 1 131 816 Wc ;
Technologie : huit sous champs des
quatre technologies (Monocristallin,
polycristallin, amorphe et couche
mince CdTe) montées sur des
structures fixes et motorisées ;
Mise en service : juin 2014.
Les différents programmes nationaux intégrants
les systèmes photovoltaïques
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Rappels sur les lois d’électricité
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Générateurs et récepteurs
Il y a seulement deux possibilités :
les flèches sont dans le même sens, et on
dit qu’il s’agit de la convention
générateur ;
les flèches sont de sens opposés, et on dit
qu’il s’agit de la convention récepteur.
https://zestedesavoir.com/tutoriels/3491/les-conventions-generateur-et-recepteur-en-
electronique/
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Générateurs et récepteurs
Conventions et lois des composants
Vous êtes probablement déjà familier avec les lois des composants usuels :
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Générateurs et récepteurs
Absence de lien avec la loi des mailles et la loi des nœuds:
Disons-le clairement : il n’y a aucun lien entre les conventions générateur et récepteur
et les lois des mailles et des nœuds. Ces deux lois ne dépendent absolument pas des
conventions adoptées pour décrire les différents dipôles du circuit.
Les conventions ne prennent leur sens que dans la relation entre le courant et la
tension. Puisque les lois des mailles et des nœuds ne parlent respectivement que des
tensions ou que des courants, les conventions n’ont aucun rôle à y jouer.
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Générateurs et récepteurs
La formule pour calculer la puissance pour un dipôle est toute simple ; il s’agit de p=ui.
En fonction de la convention, l’interprétation qui doit être faite de p est différente :
 en convention récepteur, elle doit être interprétée comme la puissance
consommée par le dipôle ;
 en convention générateur, elle doit être interprétée comme la puissance
produite par le dipôle.
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Générateurs et récepteurs
Il faut cependant garder en tête que la puissance aussi a un signe ; elle est positive ou
négative. En plus de la convention il est nécessaire de connaître ce signe pour avoir la
signification physique de la puissance.
• En convention récepteur, on parle de puissance consommée. Une puissance positive
est alors physiquement consommée, alors qu’une puissance négative est
physiquement produite.
• En convention générateur, on parle de puissance produite. Une puissance positive
est alors physiquement produite, alors qu’une puissance négative est physiquement
consommée.
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Générateurs et récepteurs
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Générateurs et récepteurs
Calcul de la puissance en convention récepteur
En convention récepteur, le courant et la tension
sont reliés par la loi d’Ohm :
Puisqu’on est en convention récepteur, c’est
bien la puissance consommée qui est donnée
par la relation :
p=ui
En utilisant la loi d’Ohm, on peut remplacer, la
tension dans l’expression de la puissance, et
obtenir :
p=Ri²
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Générateurs et récepteurs
Calcul de la puissance en convention générateur
En convention générateur, la loi d’Ohm change de
signe pour devenir :
La puissance (qui s’interprète comme la
puissance produite) s’écrit :
p=−Ri²
Cette fois-ci, la puissance est négative. En convention générateur, la puissance doit être
interprétée comme une puissance produite. Comme la puissance produite est négative, la
puissance est en fait physiquement consommée, ce qui est de nouveau en accord avec le
fait qu’une résistance est un récepteur physique. La physique est sauve !
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
Le schéma électrique équivalent d'une cellule photovoltaïque peut être
décrit par le modèle à une exponentielle:
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
Ces résistances auront une certaine influence sur la caractéristique I=f(V) de la
photopile :
la résistance série (Rs) est la résistance interne de la cellule ; elle dépend
principalement de la résistance du semi-conducteur utilisé, de la résistance de contact
des grilles collectrices et de la résistivité de ces grilles ;
• la résistance shunt (Rsh) est due à un courant de fuite au niveau de la jonction ; elle
dépend de la façon dont celle-ci a été réalisée.
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
Caractéristiques courant / tension
A température et éclairement fixés, la caractéristique courant / tension d’une
cellule a l’allure suivante :
Sur cette courbe, on repère :
le point de fonctionnement à vide :
Uv pour I = 0A
le point de fonctionnement en court-circuit :
Icc pour U = 0V
Pour une cellule monocristalline de
10x10cm, les valeurs caractéristiques sont :
Icc = 3A et Uv = 0,57V (G = 1000W/m² et
q = 25°C)
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
Caractéristiques puissance / tension
La puissance délivrée par la cellule a pour expression P = U.I. Pour chaque point de
la courbe précédente, on peut calculer la puissance P et tracer la courbe P = f(U).
Cette courbe a l’allure suivante :
Cette courbe passe par un maximum de
puissance (PM).
A cette puissance correspond, une tension
Upm et un courant Ipm que l’on peut aussi
repérer sur la courbe I = f(U).
Pour une cellule monocristalline de
10x10cm, les valeurs caractéristiques sont :
PM = 1,24W , Upm = 0,45V , Ipm = 2,75A
(G = 1000W/m² et q = 25°C)
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
Grandeurs caractéristiques
a. Tension de circuit ouvert VCO (pour ICO = 0)
On l’obtient en branchant directement un voltmètre aux bornes de la cellule.
b. Courant de court-circuit ICC (pour VCC = 0) : tension nulle correspondant au
courant maximum
.On obtient sa valeur en branchant un ampèremètre aux bornes de la cellule.
c. La puissance maximale d’une cellule
Une cellule PV possède un point pour lequel sa puissance débitée est maximum. Ce
point est tangent à une courbe d’iso puissance. On la nomme Pmax.
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
d. Facteur de forme
On appelle facteur de forme f le rapport entre la puissance maximum fournie par la
cellule Pmax , dans des conditions d'éclairement, de température et de vitesse de
circulation de l’air ambiant donnés, et le produit du courant de court-circuit ICC par la
tension de circuit ouvert VCO (c’est à dire la puissance maximale d’une cellule idéale) :
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
e. La puissance crête d’une cellule PV
Dans le cas d’utilisation de photopiles avec le rayonnement solaire, la puissance crête
d'une photopile, notée Wc (Watt crête) ou Wp (Watt peak), représente la puissance
électrique maximum délivrée dans les conditions suivantes dites conditions standard :
éclairement solaire de 1 kW / m2
température de la cellule PV égale à + 25 °C.
répartition spectrale du rayonnement dit AM.1,5
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
Influence de l’éclairement
A température constante, la caractéristique I = f(U) dépend fortement de
l’éclairement :
Sur cette courbe, on remarque que le
courant de court-circuit augmente
avec l’éclairement alors que la
tension à vide varie peu.
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
A partir de ces courbes, on peut tracer les courbes de puissance P = f(U) :
Sur ces courbes, on remarque que la
puissance maximum délivrée par la
cellule augmente avec l’éclairement.
L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Les caractéristiques électriques de la cellule PV
Influence e la température
Pour un éclairement fixé, les caractéristiques I = f(U) et P = f(U) varient avec la
température de la cellule photovoltaïque :
Sur ces courbes, on remarque que la tension à vide et la puissance maximum
diminuent lorsque la température augmente.

Contenu connexe

Similaire à cour2023.pptkjhkjhkjhuhihohhoijooooooooo

Cellules_et_Technologies_Photovoltaiques.pdf
Cellules_et_Technologies_Photovoltaiques.pdfCellules_et_Technologies_Photovoltaiques.pdf
Cellules_et_Technologies_Photovoltaiques.pdf
MamaMama92
 
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
mohamedmetabet4444
 
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
mohamedmetabet4444
 
Modlisation et-optimisation-dun-systme-p-20150511154437-782257
Modlisation et-optimisation-dun-systme-p-20150511154437-782257Modlisation et-optimisation-dun-systme-p-20150511154437-782257
Modlisation et-optimisation-dun-systme-p-20150511154437-782257
Mohamed RAAIS
 
Presentation-Suiveur-Solaire.pdf projets
Presentation-Suiveur-Solaire.pdf projetsPresentation-Suiveur-Solaire.pdf projets
Presentation-Suiveur-Solaire.pdf projets
zakiamjd55
 

Similaire à cour2023.pptkjhkjhkjhuhihohhoijooooooooo (20)

Pb acid VF.pptx
Pb acid VF.pptxPb acid VF.pptx
Pb acid VF.pptx
 
Cellules_et_Technologies_Photovoltaiques.pdf
Cellules_et_Technologies_Photovoltaiques.pdfCellules_et_Technologies_Photovoltaiques.pdf
Cellules_et_Technologies_Photovoltaiques.pdf
 
PHOTOVOLTAÏQUE experience
PHOTOVOLTAÏQUE experiencePHOTOVOLTAÏQUE experience
PHOTOVOLTAÏQUE experience
 
Installations photovoltaiques pompage et potabilisation
Installations photovoltaiques pompage et potabilisationInstallations photovoltaiques pompage et potabilisation
Installations photovoltaiques pompage et potabilisation
 
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
 
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
Analyse d’un systéme de pompage d’eau alimenté par un générateur photovoltaiq...
 
SOLAR IMPULSE - LAB WORK - MOTORS (FR)
SOLAR IMPULSE - LAB WORK - MOTORS (FR)SOLAR IMPULSE - LAB WORK - MOTORS (FR)
SOLAR IMPULSE - LAB WORK - MOTORS (FR)
 
rapport eii.pdf
rapport eii.pdfrapport eii.pdf
rapport eii.pdf
 
installation batteries .ppt
installation batteries .pptinstallation batteries .ppt
installation batteries .ppt
 
Situation_probleme_et_approche.ppt
Situation_probleme_et_approche.pptSituation_probleme_et_approche.ppt
Situation_probleme_et_approche.ppt
 
0 m 17 electricite.pdf
0 m 17 electricite.pdf0 m 17 electricite.pdf
0 m 17 electricite.pdf
 
tpe1r
tpe1rtpe1r
tpe1r
 
Cours-_Energie-Solaire-Photovoltaïque.pdf
Cours-_Energie-Solaire-Photovoltaïque.pdfCours-_Energie-Solaire-Photovoltaïque.pdf
Cours-_Energie-Solaire-Photovoltaïque.pdf
 
Modlisation et-optimisation-dun-systme-p-20150511154437-782257
Modlisation et-optimisation-dun-systme-p-20150511154437-782257Modlisation et-optimisation-dun-systme-p-20150511154437-782257
Modlisation et-optimisation-dun-systme-p-20150511154437-782257
 
Cours Resumée Mesure Electrique.pdf
Cours Resumée Mesure Electrique.pdfCours Resumée Mesure Electrique.pdf
Cours Resumée Mesure Electrique.pdf
 
Energie photovoltaique-frois-montero
Energie photovoltaique-frois-monteroEnergie photovoltaique-frois-montero
Energie photovoltaique-frois-montero
 
electrotechnique-exercices-05-1.pdf
electrotechnique-exercices-05-1.pdfelectrotechnique-exercices-05-1.pdf
electrotechnique-exercices-05-1.pdf
 
Exercices-et-problemes-d-electrotechnique
Exercices-et-problemes-d-electrotechniqueExercices-et-problemes-d-electrotechnique
Exercices-et-problemes-d-electrotechnique
 
Presentation-Suiveur-Solaire.pdf projets
Presentation-Suiveur-Solaire.pdf projetsPresentation-Suiveur-Solaire.pdf projets
Presentation-Suiveur-Solaire.pdf projets
 
SOLAR IMPULSE - LAB WORK - SOLAR CELLS (FR)
SOLAR IMPULSE - LAB WORK - SOLAR CELLS (FR)SOLAR IMPULSE - LAB WORK - SOLAR CELLS (FR)
SOLAR IMPULSE - LAB WORK - SOLAR CELLS (FR)
 

cour2023.pptkjhkjhkjhuhihohhoijooooooooo

  • 1. Université des Sciences et de la Technologie d’Oran – MB Faculté de Génie Electrique Département d’Electrotechnique L’intitulé de module : Systèmes Photovoltaïques M. Touhami TERNFI 2023/2024
  • 2. Plan du cours • Généralités sur les systèmes photovoltaïques • L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques • Le stockage d’électricité photovoltaïque • Le pompage photovoltaïque • Réglementations et normes
  • 3. Généralités sur les systèmes photovoltaïques • Un peu de vocabulaires ! (définitions) • La découverte du photovoltaïque : histoire et rappels • Le potentiel énergétique solaire • Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi- conducteurs et l’effet photovoltaïque • Les composants d’un système photovoltaïque • Les différents types de système photovoltaïque • Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes photovoltaïques • Présentation de la notion de l’autoconsommation
  • 4. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) Cellule photovoltaïque (photovoltaic cell): dispositif photovoltaïque le plus élémentaire. Effet photovoltaïque (photovoltaic effect) : création d’une tension continue par absorption de l’énergie lumineuse.
  • 5. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) Matériau semi-conducteur : substance dont la conductivité due aux porteurs de charges des deux signes est normalement comprise entre celle des conducteurs et celle des isolants, et dont les nombres volumiques des porteurs de charge peuvent être modifiés par des excitations extérieures. NOTE - Le terme « semi-conducteur » s'applique généralement au cas où les porteurs de charge sont des électrons ou des trous.
  • 6. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) Module photovoltaïque (photovoltaic module) : assemblage de cellules photovoltaïques interconnectées complètement protégé de l’environnement. Branche (chaîne) photovoltaïque photovoltaic string : circuit constitué par des modules photovoltaïques connectés en série.
  • 7. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) Champ photovoltaïque photovoltaic array field : groupement de plusieurs champs de modules photovoltaïques Système photovoltaïque (photovoltaic system) : système électrique incluant génération, transformation, distribution, (voire stockage) d’énergie électrique obtenue par conversion photovoltaïque de l’énergie solaire
  • 8. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) Centrale photovoltaïque photovoltaic plant /power plant : unité de production d’électricité photovoltaïque mettant en œuvre les constituants d’un système photovoltaïque : générateurs, convertisseurs, circuits, interfaces, surveillance de fonctionnement…. Générateur photovoltaïque (photovoltaic generator) : générateur d’énergie électrique qui utilise la conversion photovoltaïque de l’énergie solaire
  • 9. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) MPPT : abréviation de maximum power point tracking Mode de pilotage d’un dispositif photovoltaïque pour qu’il fonctionne au plus près de son point de fonctionnement à puissance maximale. Caractéristique courant-tension (Current-voltage characteristic) : courant de sortie d’un dispositif photovoltaïque établi en fonction de sa tension de sortie, pour des conditions d’éclairement et de température données
  • 10. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) Watt crête watt (Watt peak) : unité de puissance utilisée par certains professionnels pour désigner la puissance maximale d’un dispositif photovoltaïque mesurée dans les conditions normales d’essai (STC) Azimut (angle) azimuth angle : angle formé par la projection d’une ligne droite allant de la position apparente du soleil au point d’observation avec une ligne horizontale normale à l’équateur, angle entre la méridienne du lieu et le plan vertical passant par le soleil, compté négativement vers l’est.
  • 11. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) SOC : standard operating conditions abréviation de standard operating conditions : conditions normales de fonctionnement. STC : standard test conditions abréviation de standard test conditions : conditions normales d’essai
  • 12. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) Conditions normales de fonctionnement (SOC) - standard operating conditions (SOC) : valeurs de l’éclairement dans le plan du dispositif photovoltaïque (800 W×m-2), de la température de jonction (conditions nominales de température de la cellule en fonctionnement, de l’indice de masse atmosphérique (AM = 1,5) conditions normales d’essai (STC) standard test conditions (STC) : valeurs de référence de l’éclairement dans le plan du dispositif photovoltaïque (Gi,ref = 1 000 W×m-2), de la température de cellule (25 °C) et de l’indice de masse atmosphérique (AM = 1,5) utilisées lors des essais de ce dispositif photovoltaïque
  • 13. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) Éclairement (irradiance) : puissance rayonnée incidente sur une unité de surface. symbole : G ; unité : W×m-2 facteur de forme (fill factor) : rapport entre la puissance maximale d’un dispositif photovoltaïque et le produit de la tension en circuit ouvert par le courant de court circuit
  • 14. Un peu de vocabulaire ! (Définitions) Diode de dérivation (bypass) bypass diode : diode connectée en parallèle avec un ou plusieurs modules NOTE - Cette diode permet de shunter le courant du module et éviter ainsi un suréchauffement et risque de feu, résultat de la présence d’une tension de polarisation inverse causée par d’autres modules du champ. Jonction PN (PN junction) : jonction entre un semi- conducteur de type P et un semi-conducteur de type N NOTE - Ce type de jonction est largement utilisé dans les cellules photovoltaïques en silicium cristallin.
  • 15. Généralités sur les systèmes photovoltaïques • Un peu de vocabulaires ! (définitions) • La découverte du photovoltaïque : histoire et rappels • Le potentiel énergétique solaire • Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi- conducteurs et l’effet photovoltaïque • Les composants d’un système photovoltaïque • Les différents types de système photovoltaïque • Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes photovoltaïques • Présentation de la notion de l’autoconsommation
  • 16. La découverte du photovoltaïque histoire et rappels Quelques dates importantes dans l’histoire du photovoltaïque : · 1839 : Le physicien français Edmond Becquerel découvre le processus de l’utilisation de l’ensoleillement pour produire du courant électrique dans un matériau solide. C’est l’effet photovoltaïque. · 1875 : Werner Von Siemens expose devant l’Académie des Sciences de Berlin un article sur l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs. Mais jusqu’à la Seconde Guerre Mondiale, le phénomène reste encore une curiosité de laboratoire. . 1887 : L’effet photoélectrique a été compris et présenté en 1887 par Heinrich Rudolf Hertz qui en publia les résultats dans la revue scientifique Annalen der Physik. . 1905 : Einstein expliqua le phénomène photoélectrique en 1905 et obtint le prix Nobel de physique sur ses travaux en 1921.
  • 17. La découverte du photovoltaïque histoire et rappels · 1954 : Trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince, mettent au point. Une cellule photovoltaïque à haut rendement au moment où l’industrie spatiale naissante cherche des solutions nouvelles pour alimenter ses satellites. · 1958 : Une cellule avec un rendement de 9 % est mise au point. Les premiers satellites alimentés par des cellules solaires sont envoyés dans l’espace. · 1973 : La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à l’Université de Delaware. · 1983 : La première voiture alimentée par énergie photovoltaïque parcourt une distance de 4 000 km en Australie. . 1995 : Des programmes de toits photovoltaïques raccordés au réseau ont été lancés, au Japon et en Allemagne, et se généralisent depuis 2001.
  • 18. La découverte du photovoltaïque histoire et rappels . 2000 : Entrée en application le 1er avril 2000 et modifiée en 2004 et en 2009, l’EEG Renewable Energy Sources Act (EEG) est le résultat de la transposition de la directive européenne relative à la promotion des énergies renouvelables dans le secteur de l’électricité. . 2005 : En décembre 2005 mise en réseau de la première centrale solaire photovoltaïque du groupe PrimeEnergy à Weil am Rhein (Baden- Württemberg) . 2000-2012 : L’industrialisation du photovoltaïque
  • 19. Généralités sur les systèmes photovoltaïques • Un peu de vocabulaires ! (définitions) • La découverte du photovoltaïque : histoire et rappels • Le potentiel énergétique solaire • Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi- conducteurs et l’effet photovoltaïque • Les composants d’un système photovoltaïque • Les différents types de système photovoltaïque • Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes photovoltaïques • Présentation de la notion de l’autoconsommation
  • 20. Le potentiel énergétique solaire ALGER- Le potentiel photovoltaïque de l'Algérie est estimé à près de 2,6 millions de térawatts/heure (TW/h) par an, soit 105 fois la consommation mondiale d'électricité, a indiqué mardi à Alger le consultant et chercheur dans le secteur des énergies renouvelables. Intervenant lors de la conférence-débat "Le potentiel, les opportunités et les défis de la mise en place des énergies renouvelables en Algérie" organisée par le collectif de réflexion CARE, ce consultant a fait savoir que "logiquement", les wilayas du sud sont celles pouvant contribuer le plus dans la production des énergies renouvelables au vu de la surface disponible et du taux d’ensoleillement. Le consultant a également indiqué que l'Algérie bénéficie d'un potentiel important d'énergie éolienne alors que cela n'est pas assez pris en considération. Il a ainsi cité les wilayas d'Oran, Médéa et Alger dans le top 3 en terme de potentiel éolien. Dans le cadre de la mise en place du programme national de développement des énergies renouvelables (PNDER), l'Algérie ambitionne l'installation de 22.000 MW, soit un investissement de 34 milliards de dollars "Il y a 5 ans, le même projet aurait coûté 60 milliards de dollars", a fait savoir M. Hammoudi se félicitant de l'actualisation du PNDER en 2015. Cette actualisation a permis d'offrir la plus grande part de ce programme à l'énergie photovoltaïque (61,7%) et à l'éolien (22,77%) et à différer l'investissement dans certaines technologies plus onéreuses sur du plus long terme, notamment concernant la technologie solaire thermique. De plus, d’ici 2030, ce programme permettra d'atteindre 27% de renouvelable dans le mix national énergétique, ce qui induirait pour le pays une économie annuelle de 38 milliards de m3 de gaz naturel. Actuellement, la part de consommation locale de gaz par rapport à la production nationale ne cesse d’augmenter passant de 31% à 46% entre 1991 à 2017. Par ailleurs, M. Hammoudi a salué la volonté d'adhésion de l'Algérie au marché spot européen afin de fournir l'Europe en énergie, soulignant que l'Italie et la Finlande sont les plus importants importateurs européens d'énergie électrique. Il a également mis en lumière le potentiel du marché africain que l'Algérie pourra intégrer par l'établissement d'une liaison avec la Mauritanie. En Afrique, 640 millions de personnes n’ont pas accès de manière régulière à l’électricité. L'Europe et l'Afrique pourraient ainsi constituer des marchés porteurs pour le renouvelable algérien, surtout si l'Algérie installe des capacités de stockage de cette énergie pour la commercialiser à des moments où la demande extérieure est plus forte au cours de l'année, a-t-il souligné. En effet, les prix spot moyens du marché européen atteignent 120 euros/MWh, en Italie le MWh se commercialise à 276 dollars et en Espagne à 228 dollars. En Afrique, le prix moyen est de 140 dollars/MWh, tandis qu'en Algérie, celui-ci coûte 42 dollars. Concernant les moyens de stockage, des technologies existent permettant de stocker les surplus de production et ainsi remédier à l'instabilité de la disponibilité des ENR. Pour ce faire, le chercheur a évoqué plusieurs moyens de stockage telles que des batteries spécifique (stockage de l'énergie de quelques heures à quelques jours), un autre stockage sous forme d’air comprimé ou bien à travers la transformation de l'énergie en gaz (hydrogène puis méthane) dont le stockage peut durer entre plusieurs mois à quelques années. A noter qu'en 2017, la consommation électrique mondiale était de 24.800 TWh/an. L’Algérie consomme annuellement 78 TW/an. Selon M. Hammoudi, les prévisions scientifiques affirment que d'ici 2025, l'Algérie consommera entre 123 à 160 TWh/an. De plus, l'électricité à travers le monde provient de sources non renouvelables carbonées à hauteur de 73,5%. En Algérie, la production électrique provient pour sa part à 97% du gaz naturel.
  • 21. Généralités sur les systèmes photovoltaïques • Un peu de vocabulaires ! (définitions) • La découverte du photovoltaïque : histoire et rappels • Le potentiel énergétique solaire • Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque • Les composants d’un système photovoltaïque • Les différents types de système photovoltaïque • Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes photovoltaïques • Présentation de la notion de l’autoconsommation
  • 22. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque Selon le dictionnaire Larousse le gisement est un nom masculin qui veut dire Lieu où un matériel géologique donné s'est accumulé et que l'on peut exploiter en totalité ou en partie : Un gisement d'or. Gisement pétrolier. Dans le lexique des énergies-renouvelables le gisement est le lieu de concentration naturel de matières minérales solides, liquides ou gazeuses. On peut dire que le gisement solaire est le lieu de concentration du rayonnement solaire incident à un milieu urbain. Le gisement solaire est un ensemble de données décrivant l'évolution du rayonnement solaire disponible au cours d'une période donnée. Son évolution peut se faire à partir des données de l'irradiation solaire globale. Elle est utilisée pour simuler le fonctionnement probable d'un système énergétique solaire et donc faire le dimensionnement le plus exact possible compte tenu des demandes à satisfaire”.
  • 23. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque La position d'un lieu sur la terre est déterminée par sa latitude, une coordonnée géographique représentée par une valeur angulaire correspond à la distance angulaire, par rapport au Nord ou au Sud de l'équateur qui est le plan de référence.
  • 24. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque L’azimut solaire est l’angle que fait le plan vertical du soleil avec le plan méridien du lieu. Cet angle vaut 0° au Sud et est conventionnellement positif vers l'Ouest et négatif vers l'Est La hauteur α du soleil est l‘angle que fait la direction du soleil avec le plan horizontal. Elle se compte de 0° à 90° à partir de l'horizon vers la voûte céleste.
  • 25. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque Les matériaux semi-conducteurs sont des corps dont la résistivité est intermédiaire entre celle des conducteurs et celle des isolants.
  • 26. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque Les quatre électrons de valence du silicium permettent de former quatre liaisons covalentes avec un atome voisin. Dans ce cas, tous les électrons sont utilisés et aucun n’est disponible pour créer un courant électrique. Les semi-conducteurs intrinsèques : Les électrons situés sur la couche la plus éloignée du noyau, qui participent aux liaisons covalentes peuvent, sous l’effet de l’agitation thermique, devenir porteur de charge. Le diagramme énergétique est constitué de deux bandes (conduction et valence) séparé par une bande interdite. Pour franchir cette bande l’électron doit acquérir de l’énergie (thermique, photon, …) Mais le nombre d’électrons libres dans un semi-conducteur intrinsèque reste très faible. Ici le nombre de trou et d’électron est égal.
  • 27. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque Les semi-conducteurs extrinsèques : Pour augmenter la conductivité des semi-conducteurs on y introduit des impuretés. Ce procédé est appelé dopage. Dopage de type N : On remplace un atome de silicium par un atome pentavalent. Quatre d’entre eux assurent les liaisons avec les atomes voisins de silicium et le cinquième resté disponible va être excité vers la bande de conduction très facilement par l’agitation thermique. D’où le nombre d’électron libre qui va fortement augmenter : dans ce cas le Nombre de trou est très inférieur au nombre d’électron libre. On obtient ainsi un cristal dopé N (négatif).
  • 28. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque Dopage de type P : De la même façon on introduit des atomes trivalents, ses trois électrons vont assurer les liaisons covalentes avec trois atomes voisins mais laisser un trou au quatrième. Ce trou se déplace de proche en proche dans le cristal pour créer un courant. Ici le nombre de trous est très supérieur au nombre d’électrons libres du cristal intrinsèque, on obtient donc un cristal dopé P (positif), les impuretés utilisées sont souvent du Bore.
  • 29. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque La jonction PN : Une jonction PN est l’accolement d’une région dopé P et d’une région dopée N. Lors de cet assemblage les porteurs de charges libres s’attirent et se recombinent dans la zone de jonction où les porteurs libres disparaissent : c’est la zone de transition. Il ne reste donc plus que les ions dans cette zone qui vont créent un champ électrique interne au niveau de la jonction et qui empêche les charges libres restantes dans chaque zone de traverser la jonction pour se recombiner.
  • 30. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque La jonction PN est obtenue en dopant les deux faces d’une tranche de silicium. Sous l’action d’un rayonnement solaire, les atomes de la jonction libèrent des charges électriques de signes opposés qui s’accumulent de part et d‘autre de la jonction pour former un générateur électrique.
  • 31. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque Les différents types de cellules PV La filière silicium représente actuellement 99% du marché des modules photovoltaïques comme le montre la Figure. Il est l’un des éléments les plus abondants sur Terre, parfaitement stable et non toxique. On trouve plusieurs technologies pour le photovoltaïque silicium détaillées ci-après; d’une part les cellules à base de silicium massif (monocristallin, polycristallin, rubans) dites de première génération, et qui constituent à l’heure actuelle l’essentiel des modules photovoltaïques commercialisés et d’autre part la technologie à base de silicium en couche mince.
  • 32. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque Silicium monocristallin Les cellules en silicium monocristallin représentent la première génération des générateurs photovoltaïques. Pour les fabriquer, on fond du silicium en forme de barreau. Lors d’un refroidissement lent et maîtrisé, le silicium se solidifie en ne formant qu'un seul cristal de grande dimension. On découpe ensuite le cristal en fines tranches qui donneront les cellules. Ces cellules sont en général d'un bleu uniforme. Durée de vie : 20 à 30 ans. avantages : bon rendement, de 12% à 18% bon ratio Wc/m2 (environ 150 Wc/m2) ce qui permet un gain de place si nécessaire nombre de fabricants élevé inconvénients : coût élevé rendement faible sous un faible éclairement.
  • 33. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque Silicium polycristallin (multicristallin) Pendant le refroidissement du silicium dans une lingotière, il se forme plusieurs cristaux. La cellule photovoltaïque est d'aspect bleuté, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux. · avantages : cellule carrée (à coins arrondis dans le cas du Si monocristallin) permettant un meilleur foisonnement dans un module moins cher qu’une cellule monocristalline · inconvénient : moins bon rendement qu’un cellule monocristalline : 11 à 15% ratio Wc/m² moins bon que pour le monocristallin (environ 100 Wc/m2) rendement faible sous un faible éclairement.
  • 34. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque Silicium amorphe Le silicium lors de sa transformation, produit un gaz, qui est projeté sur une feuille de verre. La cellule est gris très foncé. C'est la cellule des calculatrices et des montres dites "solaires". · Avantages : fonctionne avec un éclairement faible ou diffus (même par temps couvert) un peu moins chère que les autres technologies intégration sur supports souples ou rigides. · Inconvénients : rendement faible en plein soleil, de 6% à 8% nécessité de couvrir des surfaces plus importantes que lors de l’utilisation de silicium cristallin (ratio Wc/m² plus faible, environ 60 Wc/m2) performances qui diminuent avec le temps (environ 7%)..
  • 35. Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
  • 36. Les composants d’un système photovoltaïque
  • 37. Les différents types de système photovoltaïque
  • 38. Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes photovoltaïques L’Algérie amorce une dynamique d’énergie verte en lançant un programme ambitieux de développement des énergies renouvelables (EnR) et d’efficacité énergétique. Cette vision du gouvernement algérien s’appuie sur une stratégie axée sur la mise en valeur des ressources inépuisables comme le solaire et leur utilisation pour diversifier les sources d’énergie et préparer l’Algérie de demain. Grâce à la combinaison des initiatives et des intelligences, l’Algérie s’engage dans une nouvelle ère énergétique durable. Le programme des énergies renouvelables actualisé consiste à installer une puissance d’origine renouvelable de l’ordre de 22 000 MW à l’horizon 2030 pour le marché national, avec le maintien de l’option de l’exportation comme objectif stratégique, si les conditions du marché le permettent. Le programme d’efficacité énergétique actualisé vise à réaliser des économies d’énergies à l’horizon 2030 de l’ordre de 63 millions de TEP, pour l’ensemble des secteurs (bâtiment et éclairage publique, transport, industrie) et ce, en introduisant l’éclairage performant, l’isolation thermique et les chauffe-eau solaires, les carburants propres (GPLc et GNc), et les équipements industriels performants. Le programme de l’efficacité énergétique permettra de réduire les émissions de CO2 de 193 millions de tonnes. 37 % de la capacité installée d’ici 2030 et 27 % de la production d’électricité destinée à la consommation nationale, seront d’origine renouvelable Les projets EnR de production de l’électricité dédiés au marché national seront menés en deux étapes: Première phase 2015 - 2020 : Cette phase verra la réalisation d’une puissance de 4010 MW, entre photovoltaïque et éolien, ainsi que 515 MW, entre biomasse, cogénération et géothermie. Deuxième phase 2021 - 2030 : Le développement de l’interconnexion électrique entre le Nord et le Sahara (Adrar), permettra l’installation de grandes centrales d’énergies renouvelables dans les régions d’In Salah, Adrar, Timimoune et Bechar et leur intégration dans le système énergétique national. A cette échéance, le solaire thermique pourrait être économiquement viable. Consistance du programme de développement des énergies renouvelables La consistance du programme en énergie renouvelables à réaliser pour le marché national sur la période 2015-2030 est de 22 000 MW, répartie par filière comme suit:
  • 39. Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes photovoltaïques Projets et actions de la phase 2011-2014 du Programme national des énergies renouvelables (2011-2014) A.1 Centrale Hybride Solaire-Gaz de 150 MW : Localité : Hassi R’mel (Laghouat) Capacité : 150 MW Technologie : Système ISCC (Integrated solar Combined Cycle), 120 MW cycle combiné, 30 MW Solaire Thermique (CSP parabolique) ; Système HTF (Heat Transfert Fluide) 393°c ; Système de poursuite du soleil (Trackeur) ; Mise en service : juillet 2011
  • 40. Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes photovoltaïques A.2 Ferme Eolienne de 10MW de : Localité : Kabertène (ADRAR) Capacité : 10,2 MW Technologie : Gamesa 850 KW (12 x 850 KW) Mise en service : juin 2014
  • 41. Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes photovoltaïques A.3 Centrale Pilote Photovoltaïque d’Oued N’Chou 1,1 MWc : Localité : Oued N’chou (Ghardaïa) ; Capacité : 1 131 816 Wc ; Technologie : huit sous champs des quatre technologies (Monocristallin, polycristallin, amorphe et couche mince CdTe) montées sur des structures fixes et motorisées ; Mise en service : juin 2014.
  • 42. Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes photovoltaïques
  • 43. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Rappels sur les lois d’électricité
  • 44. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Générateurs et récepteurs Il y a seulement deux possibilités : les flèches sont dans le même sens, et on dit qu’il s’agit de la convention générateur ; les flèches sont de sens opposés, et on dit qu’il s’agit de la convention récepteur. https://zestedesavoir.com/tutoriels/3491/les-conventions-generateur-et-recepteur-en- electronique/
  • 45. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Générateurs et récepteurs Conventions et lois des composants Vous êtes probablement déjà familier avec les lois des composants usuels :
  • 46. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Générateurs et récepteurs Absence de lien avec la loi des mailles et la loi des nœuds: Disons-le clairement : il n’y a aucun lien entre les conventions générateur et récepteur et les lois des mailles et des nœuds. Ces deux lois ne dépendent absolument pas des conventions adoptées pour décrire les différents dipôles du circuit. Les conventions ne prennent leur sens que dans la relation entre le courant et la tension. Puisque les lois des mailles et des nœuds ne parlent respectivement que des tensions ou que des courants, les conventions n’ont aucun rôle à y jouer.
  • 47. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Générateurs et récepteurs La formule pour calculer la puissance pour un dipôle est toute simple ; il s’agit de p=ui. En fonction de la convention, l’interprétation qui doit être faite de p est différente :  en convention récepteur, elle doit être interprétée comme la puissance consommée par le dipôle ;  en convention générateur, elle doit être interprétée comme la puissance produite par le dipôle.
  • 48. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Générateurs et récepteurs Il faut cependant garder en tête que la puissance aussi a un signe ; elle est positive ou négative. En plus de la convention il est nécessaire de connaître ce signe pour avoir la signification physique de la puissance. • En convention récepteur, on parle de puissance consommée. Une puissance positive est alors physiquement consommée, alors qu’une puissance négative est physiquement produite. • En convention générateur, on parle de puissance produite. Une puissance positive est alors physiquement produite, alors qu’une puissance négative est physiquement consommée.
  • 49. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Générateurs et récepteurs
  • 50. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Générateurs et récepteurs Calcul de la puissance en convention récepteur En convention récepteur, le courant et la tension sont reliés par la loi d’Ohm : Puisqu’on est en convention récepteur, c’est bien la puissance consommée qui est donnée par la relation : p=ui En utilisant la loi d’Ohm, on peut remplacer, la tension dans l’expression de la puissance, et obtenir : p=Ri²
  • 51. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Générateurs et récepteurs Calcul de la puissance en convention générateur En convention générateur, la loi d’Ohm change de signe pour devenir : La puissance (qui s’interprète comme la puissance produite) s’écrit : p=−Ri² Cette fois-ci, la puissance est négative. En convention générateur, la puissance doit être interprétée comme une puissance produite. Comme la puissance produite est négative, la puissance est en fait physiquement consommée, ce qui est de nouveau en accord avec le fait qu’une résistance est un récepteur physique. La physique est sauve !
  • 52. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV Le schéma électrique équivalent d'une cellule photovoltaïque peut être décrit par le modèle à une exponentielle:
  • 53. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV
  • 54. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV
  • 55. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV Ces résistances auront une certaine influence sur la caractéristique I=f(V) de la photopile : la résistance série (Rs) est la résistance interne de la cellule ; elle dépend principalement de la résistance du semi-conducteur utilisé, de la résistance de contact des grilles collectrices et de la résistivité de ces grilles ; • la résistance shunt (Rsh) est due à un courant de fuite au niveau de la jonction ; elle dépend de la façon dont celle-ci a été réalisée.
  • 56. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV Caractéristiques courant / tension A température et éclairement fixés, la caractéristique courant / tension d’une cellule a l’allure suivante : Sur cette courbe, on repère : le point de fonctionnement à vide : Uv pour I = 0A le point de fonctionnement en court-circuit : Icc pour U = 0V Pour une cellule monocristalline de 10x10cm, les valeurs caractéristiques sont : Icc = 3A et Uv = 0,57V (G = 1000W/m² et q = 25°C)
  • 57. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV Caractéristiques puissance / tension La puissance délivrée par la cellule a pour expression P = U.I. Pour chaque point de la courbe précédente, on peut calculer la puissance P et tracer la courbe P = f(U). Cette courbe a l’allure suivante : Cette courbe passe par un maximum de puissance (PM). A cette puissance correspond, une tension Upm et un courant Ipm que l’on peut aussi repérer sur la courbe I = f(U). Pour une cellule monocristalline de 10x10cm, les valeurs caractéristiques sont : PM = 1,24W , Upm = 0,45V , Ipm = 2,75A (G = 1000W/m² et q = 25°C)
  • 58. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV Grandeurs caractéristiques a. Tension de circuit ouvert VCO (pour ICO = 0) On l’obtient en branchant directement un voltmètre aux bornes de la cellule. b. Courant de court-circuit ICC (pour VCC = 0) : tension nulle correspondant au courant maximum .On obtient sa valeur en branchant un ampèremètre aux bornes de la cellule. c. La puissance maximale d’une cellule Une cellule PV possède un point pour lequel sa puissance débitée est maximum. Ce point est tangent à une courbe d’iso puissance. On la nomme Pmax.
  • 59. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV d. Facteur de forme On appelle facteur de forme f le rapport entre la puissance maximum fournie par la cellule Pmax , dans des conditions d'éclairement, de température et de vitesse de circulation de l’air ambiant donnés, et le produit du courant de court-circuit ICC par la tension de circuit ouvert VCO (c’est à dire la puissance maximale d’une cellule idéale) :
  • 60. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV e. La puissance crête d’une cellule PV Dans le cas d’utilisation de photopiles avec le rayonnement solaire, la puissance crête d'une photopile, notée Wc (Watt crête) ou Wp (Watt peak), représente la puissance électrique maximum délivrée dans les conditions suivantes dites conditions standard : éclairement solaire de 1 kW / m2 température de la cellule PV égale à + 25 °C. répartition spectrale du rayonnement dit AM.1,5
  • 61. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV Influence de l’éclairement A température constante, la caractéristique I = f(U) dépend fortement de l’éclairement : Sur cette courbe, on remarque que le courant de court-circuit augmente avec l’éclairement alors que la tension à vide varie peu.
  • 62. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV A partir de ces courbes, on peut tracer les courbes de puissance P = f(U) : Sur ces courbes, on remarque que la puissance maximum délivrée par la cellule augmente avec l’éclairement.
  • 63. L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques Les caractéristiques électriques de la cellule PV Influence e la température Pour un éclairement fixé, les caractéristiques I = f(U) et P = f(U) varient avec la température de la cellule photovoltaïque : Sur ces courbes, on remarque que la tension à vide et la puissance maximum diminuent lorsque la température augmente.