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DAUBRY Mathieu       FAVIER Nicolas     KADERBAY Kamil     ONDE Sébastien
DAUBRY Mathieu   FAVIER Nicolas   KADERBAY Kamil     ONDE Sébastien
                                                         SUP B
                                                   Année :2009-2010




 LES PANNEAUX
PHOTOVOLTAIQU
       ES

     Professeur Accompagnateur : Mr TARAZONA
Introduction

    Comment faire des panneaux
photovoltaïques un atout majeur face
au problème d’énergie que nous
rencontrons ?
Comment fonctionne un panneau solaire et
  comment améliorer son rendement ?


• I-Fonctionnement théorique d’une cellule solaire

• II-Techniques de fabrication

• III-Qualités et défauts du silicium

• IV-Maquette
I-Fonctionnement théorique d’une cellule solaire


1.Conductivité du silicium.




2.Dopage de type P et N .
      1.   Type N.                   2.   Type P.
I-Fonctionnement théorique d’une cellule solaire



3.Notion de bandes d’énergie.
I-Fonctionnement théorique d’une cellule solaire



4.Fonctionnement général d’une cellule solaire.
II-Techniques de fabrication




                                     dopée et texturée

                               dopée p




    Empilement des couches d’une cellule
     photovoltaïque au silicium cristallin
II-Techniques de fabrication



              Décapage
                     pp
II-Techniques de fabrication



             Texturation
                     pp
II-Techniques de fabrication



                 Dopage
          n          pp
II-Techniques de fabrication


               Antireflet

          n          pp
II-Techniques de fabrication


   Champs face arrière
          n          pp

                        p+
II-Techniques de fabrication

               Métallisation

           n         pp
      Contacts
      métalliques
                        p+
II- Qualités et défauts du silicium

        Principales qualités

   - Silicium : deuxième concentration massique la plus élevée
   - Semi conducteur donc matériau quasi parfait pour fabriquer des panneaux
solaires.


        Principaux défauts

  - Production longue et très complexe
  - Purification très énergivore
II- Qualités et défauts du silicium
a) Le calcul :

   Calcul du rendement d’une cellule solaire :


  Pm : Puissance maximale produite par le système (W)
  EE : Eclairement Energétique (W.m-2)
  S : Surface de la plaque solaire (m²)


b) Les innovations et essais permettant un rendement optimal

 - Fabriquer des plaques solaires mobiles, capables de suivre la course du soleil
 - Innover en jouant sur le facteur « pratique »
 - Améliorer la pureté du semi-conducteur utilisé
 - Développer des centres de recherches
IV - Maquette
1-   Mécanisme général
2-   Le servomoteur
3-   Capter une différence d’ensoleillement
4-   Obtenir une différence de tension
5-   Orienter la maquette
6-   Montage final
7-   Résultats et discussions
1. Mécanisme général




1. Support de la maquette
2. Barre verticale
3. Plaque solaire
2. Le servomoteur

Système motorisé capable d’atteindre une
position déterminée et de la maintenir.




                                           Fonctionnement :

                                            1. Reçoit un ordre de position sous
                                           forme de fréquence (signal carré)
                                            2. La durée des impulsion
                                           détermine l’angle absolu de
                                           rotation
                                            3. La courte durée des périodes
                                           permet un asservissement continu
3.Capter une différence d’éclairement
                       Résistance en fonction de la distance
                     900
                     800
                     700
 Résistance (en Ω)




                     600                                                   Ω(h)
                     500
                     400
                     300
                     200
                     100
                       0
                           0   10   20     30      40       50   60   70
                                         Distance (en cm)




    Plus la photorésistance est
exposée à la lumière plus la
valeur de sa résistance diminue.
4.Obtenir une différence de tension

I) Faire de la variation des photorésistances une variation de tension :



                                                                Plus la résistance de la
  r2      r1
                                                                photorésistance est grande
                                                                plus la tension de sortie est
                                                                grande.




 Pour que ces
 résistances n’aient
 aucune influence sur la                                                           u2

 suite du montage on                                                       u1
 ajoute deux suiveurs.
II) Soustraire ces tensions :


                                               Us = U1 – U2




        Nous avons ainsi une tension Us.
        - Si elle est positive il faut tourner du côté de la
        photorésistance R1.
        - Si elle est négative il faut tourner du coté de R2.
5.Orienter la maquette en conséquence

 I- Le montage autour du NE555
  A) L’intégrateur:




                                                      En prenant R = 1 k Ω
                                                      Et C = 1 mF
                                                      On a :



L’intégrateur nous permet de transformer la tension de différence en tension
continue située entre 0 et +15 volts.
B) Le NE555
II. Schéma du circuit final :




               Vers le
               servomoteur
7.Résultats et discussions
  Démonstration de la maquette
– Ensoleillement réel
– Ensoleillement artificiel (baladeuse)
Importance de l’ensoleillement:
                                                                                              Cas des plaques
                                                                                          mobiles, améliorations
                                                                                          théoriques :
Pour p=1, on a un
ensoleillement
proportionnel à sin(a)




                                                    Ensoleillement reçu selon l'angle des rayons avec
                                                                      l'horizontale.
                                          1.2

                                           1
                         Ensoleillement




                                          0.8

                                          0.6
                                                                                                   courbe expérimentale
                                          0.4
                                                                                                   calcul théorique
                                          0.2

                                           0
                                                0          50          100          150     200
                                                                  Angle en degrés
Améliorations expérimentales en intérieur
                   Tension en fonction de l'angle que fait
                          la baladeuse avec le sol
                 1.2

                  1
Tension (en V)




                 0.8

                 0.6
                                                                           Plaque fixée
                 0.4
                                                                           Plaque mobile
                 0.2

                  0                                                                   Intensité en fonction de l'angle que fait
                       0      50       100       150      200
                                                                                              la baladeuse avec le sol.
                           Angle baladeuse/sol (degrés)                    0.45
                                                                            0.4
                                                                           0.35
                                                                            0.3
                                                                I (en A)




                                                                           0.25
                                                                            0.2
                                                                           0.15                                                         Plaque fixée
                                                                            0.1                                                         Plaque mobile
                                                                           0.05
                                                                             0
                                                                                  0          50              100            150   200
                                                                                                  Angle bladeuse/sol (degrés)
Amélioration en puissance (théorique) :

              Puissance en fonction de l'angle que fait la baladeuse
                                   avec le sol
           0.45

            0.4
                                                                                        P=UxI
           0.35

            0.3

           0.25
P (en W)




            0.2                                                                             Plaque fixe
                                                                                            Plaque mobile
           0.15

            0.1

           0.05

             0
                  0   20   40   60       80      100      120       140   160   180   200
                                     Angle baladeuse/sol (degrés)


   On peut ainsi mesurer une amélioration en puissance apportée par la maquette de
                                                                59.7 %
Résultats expérimentaux
                       Tension a vide en extérieur
                 2.4

                 2.2

                  2
Tension (en V)




                 1.8

                 1.6                                          Uoc(t), à 90° en (V)
                                                              Uocmax (t), en (V)
                 1.4

                 1.2

                  1
                       6      11            16           21
                            Heure de la journée (en h)                          Intensité de court circuit en extérieur
                                                                                    0.35

                                                                                     0.3

                                                                                    0.25
                                                                 Intensité (en A)




                                                                                     0.2                                         Isc (t), à 90°, en (V)
                                                                                                                                 Iscmax (t), en (V)
                                                                                    0.15

                                                                                     0.1

                                                                                    0.05

                                                                                      0
                                                                                           6    11             16           21
                                                                                               Heure de la journée (en h)
Amélioration de la puissance ( en extérieur )
                   0.7



                   0.6



                   0.5
Puissance (en W)




                   0.4



                   0.3                                                                    P(t) à 90° en (W)
                                                                                          Pmax(t) en (W)

                   0.2



                   0.1



                    0
                         6       8      10       12      14      16       18   20   22

                                             Heure de la journée (en h)

                             On mesure une amélioration en puissance de 36.3 % par rapport a une
                             plaque fixe.
Améliorations potentielles :


       * Notre maquette consomme beaucoup d’énergie comparée à celle
 délivrée par la plaque photovoltaïque.



       * Notre maquette est automatisée uniquement sur un axe.



       * La plaque peut avoir des difficultés à s'orienter correctement au
 lever du soleil.
Conclusion

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  • 1. DAUBRY Mathieu FAVIER Nicolas KADERBAY Kamil ONDE Sébastien DAUBRY Mathieu FAVIER Nicolas KADERBAY Kamil ONDE Sébastien SUP B Année :2009-2010 LES PANNEAUX PHOTOVOLTAIQU ES Professeur Accompagnateur : Mr TARAZONA
  • 2. Introduction Comment faire des panneaux photovoltaïques un atout majeur face au problème d’énergie que nous rencontrons ?
  • 3. Comment fonctionne un panneau solaire et comment améliorer son rendement ? • I-Fonctionnement théorique d’une cellule solaire • II-Techniques de fabrication • III-Qualités et défauts du silicium • IV-Maquette
  • 4. I-Fonctionnement théorique d’une cellule solaire 1.Conductivité du silicium. 2.Dopage de type P et N . 1. Type N. 2. Type P.
  • 5. I-Fonctionnement théorique d’une cellule solaire 3.Notion de bandes d’énergie.
  • 6. I-Fonctionnement théorique d’une cellule solaire 4.Fonctionnement général d’une cellule solaire.
  • 7. II-Techniques de fabrication dopée et texturée dopée p Empilement des couches d’une cellule photovoltaïque au silicium cristallin
  • 11. II-Techniques de fabrication Antireflet n pp
  • 12. II-Techniques de fabrication Champs face arrière n pp p+
  • 13. II-Techniques de fabrication Métallisation n pp Contacts métalliques p+
  • 14. II- Qualités et défauts du silicium Principales qualités - Silicium : deuxième concentration massique la plus élevée - Semi conducteur donc matériau quasi parfait pour fabriquer des panneaux solaires. Principaux défauts - Production longue et très complexe - Purification très énergivore
  • 15. II- Qualités et défauts du silicium a) Le calcul : Calcul du rendement d’une cellule solaire : Pm : Puissance maximale produite par le système (W) EE : Eclairement Energétique (W.m-2) S : Surface de la plaque solaire (m²) b) Les innovations et essais permettant un rendement optimal - Fabriquer des plaques solaires mobiles, capables de suivre la course du soleil - Innover en jouant sur le facteur « pratique » - Améliorer la pureté du semi-conducteur utilisé - Développer des centres de recherches
  • 16. IV - Maquette 1- Mécanisme général 2- Le servomoteur 3- Capter une différence d’ensoleillement 4- Obtenir une différence de tension 5- Orienter la maquette 6- Montage final 7- Résultats et discussions
  • 17. 1. Mécanisme général 1. Support de la maquette 2. Barre verticale 3. Plaque solaire
  • 18. 2. Le servomoteur Système motorisé capable d’atteindre une position déterminée et de la maintenir. Fonctionnement : 1. Reçoit un ordre de position sous forme de fréquence (signal carré) 2. La durée des impulsion détermine l’angle absolu de rotation 3. La courte durée des périodes permet un asservissement continu
  • 19. 3.Capter une différence d’éclairement Résistance en fonction de la distance 900 800 700 Résistance (en Ω) 600 Ω(h) 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Distance (en cm) Plus la photorésistance est exposée à la lumière plus la valeur de sa résistance diminue.
  • 20. 4.Obtenir une différence de tension I) Faire de la variation des photorésistances une variation de tension : Plus la résistance de la r2 r1 photorésistance est grande plus la tension de sortie est grande. Pour que ces résistances n’aient aucune influence sur la u2 suite du montage on u1 ajoute deux suiveurs.
  • 21. II) Soustraire ces tensions : Us = U1 – U2 Nous avons ainsi une tension Us. - Si elle est positive il faut tourner du côté de la photorésistance R1. - Si elle est négative il faut tourner du coté de R2.
  • 22. 5.Orienter la maquette en conséquence I- Le montage autour du NE555 A) L’intégrateur: En prenant R = 1 k Ω Et C = 1 mF On a : L’intégrateur nous permet de transformer la tension de différence en tension continue située entre 0 et +15 volts.
  • 24. II. Schéma du circuit final : Vers le servomoteur
  • 25. 7.Résultats et discussions Démonstration de la maquette – Ensoleillement réel – Ensoleillement artificiel (baladeuse)
  • 26. Importance de l’ensoleillement: Cas des plaques mobiles, améliorations théoriques : Pour p=1, on a un ensoleillement proportionnel à sin(a) Ensoleillement reçu selon l'angle des rayons avec l'horizontale. 1.2 1 Ensoleillement 0.8 0.6 courbe expérimentale 0.4 calcul théorique 0.2 0 0 50 100 150 200 Angle en degrés
  • 27. Améliorations expérimentales en intérieur Tension en fonction de l'angle que fait la baladeuse avec le sol 1.2 1 Tension (en V) 0.8 0.6 Plaque fixée 0.4 Plaque mobile 0.2 0 Intensité en fonction de l'angle que fait 0 50 100 150 200 la baladeuse avec le sol. Angle baladeuse/sol (degrés) 0.45 0.4 0.35 0.3 I (en A) 0.25 0.2 0.15 Plaque fixée 0.1 Plaque mobile 0.05 0 0 50 100 150 200 Angle bladeuse/sol (degrés)
  • 28. Amélioration en puissance (théorique) : Puissance en fonction de l'angle que fait la baladeuse avec le sol 0.45 0.4 P=UxI 0.35 0.3 0.25 P (en W) 0.2 Plaque fixe Plaque mobile 0.15 0.1 0.05 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Angle baladeuse/sol (degrés) On peut ainsi mesurer une amélioration en puissance apportée par la maquette de 59.7 %
  • 29. Résultats expérimentaux Tension a vide en extérieur 2.4 2.2 2 Tension (en V) 1.8 1.6 Uoc(t), à 90° en (V) Uocmax (t), en (V) 1.4 1.2 1 6 11 16 21 Heure de la journée (en h) Intensité de court circuit en extérieur 0.35 0.3 0.25 Intensité (en A) 0.2 Isc (t), à 90°, en (V) Iscmax (t), en (V) 0.15 0.1 0.05 0 6 11 16 21 Heure de la journée (en h)
  • 30. Amélioration de la puissance ( en extérieur ) 0.7 0.6 0.5 Puissance (en W) 0.4 0.3 P(t) à 90° en (W) Pmax(t) en (W) 0.2 0.1 0 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Heure de la journée (en h) On mesure une amélioration en puissance de 36.3 % par rapport a une plaque fixe.
  • 31. Améliorations potentielles : * Notre maquette consomme beaucoup d’énergie comparée à celle délivrée par la plaque photovoltaïque. * Notre maquette est automatisée uniquement sur un axe. * La plaque peut avoir des difficultés à s'orienter correctement au lever du soleil.