TPE panneaux solaires photovoltaïques

Introduction

Premierement je vais vous présenter les gazs à effet de serre et ce qui les produisent

Les gazs à effet de serre les plus communs sont le CO2 et le NH4 (méthane)

Ils sont relachés, pour le CO2, de la combustion des énergies fossiles : biomasse décomposée et enfouie dans les sols depuis des millions d’années. La présence de CO2 est dûe à la respiration des décomposeurs( :bactéries ou autres micro-organismes).

Tandis que pour le méthane , il est relaché principalement par l’élevage bovin (9,3 pourcents) ce qui est plus que pour le domaine des transports. [pic 1] https://www.techno-science.net/definition/3382.html 

Le pétrole est aussi la source de conflits entre pays comme pour la guerre irano-irakienne(1980-1988) ou la guerre Américano-irakienne de 2003.

Maintenant je vais présenter les débuts des panneaux solaires :

L’effet photovoltaïque a été découvert pour la première fois en 1839 par un physicien français : Alexandre Edmond Bequerel à l’age de 19 ans.La production de ces panneaux étant trop coûteuse pour un rendement trop faible ils furent mis de côté.  Ils ont véritablement servi pour  la Nasa dans les années 1960 afin d’en équiper leurs satellites. Mais cela n’aurait pas été possible sans l’intervention d’Einstein : il fut le premier à comprendre ce phénomène en se questionnant sur l’origine de la lumière. Il conjectura alors que le rayonnement électromagnétique du soleil était fait de grains de lumière qui portaient de l’énergie . On les a ensuite repabtisés photons. C’est grâce à ses travaux qu’il a reçu son prix Nobel de physique en 1921.

Enfin ces panneaux  sont en partie composées de cellules photovoltaïques faites en partie de silicium(Si). Ce dispositif capte l’énergie des rayons solaires et les transforme en énergie électrique . Mais monsieur Brolis vous l’expliquera mieux que moi.

[pic 2]

Energie solaire photovoltaique : comment ca marche :

Les panneaux solaires photovoltaiques sont composés de cellules de moins d’un mm, disposées en série ou en parallèle. Ces cellules sont fragiles et recouvertes de verre. Elles sont composées de matériaux semi conducteurs, souvent du silicium un élement présent dans le sable.

Semi-conducteurs : matériaux qui ont une conductivité entre celle des métaux et celle des isolants.  Ils ont les caractéristiques électrique d’un isolant mais un électron peut contribuer à un courant.

Le panneau créé un courant électrique continu en présence d’ un rayonnement solaire.

Caractéristiques : un panneau fait environ 1 m de coté et a donc une superficie d’1. Ils pèsent environ 1kg chaqu’un. Ils ont une puissance d’environ 10 à 100V. Leur rendement est d’environ 10 à 15% plus faible que celui des cellules. Cette différence est due aux surfaces non rempliespar celles-ci.

On remarque trois autres caractéristiques importantes :

La puissance éléctrique des panneaux solaires photovoltaiques varie selon la température. L’écart à la puissance nominale de l’ordre de -0/+5 %.Les panneaux solaires ont un rendement stable dans le temps. Il reste d’environ 80% pendant 25-30 ans.

Les panneaux solaires en scilicium représentent 80 % du marché.

Les cellules sont composées de deux couches « dopées » en électrons : une négative et une positive. Ces deux couches supperposées créent un champ électrique appelé « PN ». Les photons arrivants, chargent le panneau en électrons négatifs et en trous positifs. Les charges opposées s’attirant, les electrons vont aller vers la couche positive et les trous vers la couche negative. Ce mouvement va créer un courant électrique. Ce même courant est dirigé selon la disposition des cellules, en série ou en dérivation.

Il y a trois types de silliciums mais seul, le scilicium dit « monocristallin » est utilisé en vertu de son rendement. Il est le meilleur de sa « catégorie » avec environ 15%.

Le scilicium n’est pas présent naturellement dans la nature est extrait de la scilice (SiO2) présente dans le sable.pour l’extraire on utilise un four à arc ; Le four peut atteindre une chaleur de 3000°C et une puissance de 30MW pour faire fondre la scilice. La formule chimique de la combustion de la scilice est SiO2+2C                  Si+2CO[pic 3]

Après l’extraction, le scilicium est pur a 98-99%. Pour certaines exploitations comme dans l’électronique, le scilicium doit etre purifié a environ 99,99999999%. Son extraction   plusieurs inconvénients tels que la quantité importante de monoxyde de carbone (CO) toxique, les ressources en coke de petrole d’environ 740kg. Il faut également environ 2900kg de quartz, 1580kg de bois en copaux, 590kg de charbon et une énergie de 11000 kWh. Ces ressources ont un impact sur l’environnement lors de l’extraction.

La production d’energie solaire photovoltaïque

la capacité de production d’électricité des panneaux solaires dépand des son utilisation.

Il y a trois types de panneaux photovoltaïques :

-Polycristallin (technologie la plus courante) : dont le rendement est de 13 à 15 %.

-Monocristallin(un peu plus cher): dont rendement peut atteindre 18 %.

-Amorphe(moins élevé): le rendement est compris entre 6 et 9 %1. Il faut donc presque deux fois plus de surface pour produire autant qu’un panneau « monocristallin » !

Le rendement d’un panneau solaire photovoltaïque

Ils sont nombreux les facteurs qui peuvent influer sur le rendement d’un panneau solaire photovoltaïque ! Ce dernier peut en effet varier en fonction de :

La rendement de production d’énergie photovoltaïque dépend de son emplacemnet(donc de l’ensoleillement). La meilleur orientation pour avoir le max de production est donc d’une exposition sud et une inclinaison à 30° et une ouverture dégager(pas d’ombre venant de cette direction).elle dépand aussi du rendement des autres composants de votre kit solaire : l’onduleur, les câbles…

Calcul de la production d'un panneau ou d'un système photovoltaïque

Calcul par le rendement du panneau (ou de la cellule)

E = S * r * H * Cp                  E = énergie produite en Wh

                                                                  S = surface du champ photovoltaïque (exemple 7.14 m²)

                                                                  r = rendement du module (14 % pour notre exemple)

                                                                 H = ensoleillement/rayonnement sur la surface inclinée en kWh/m²  (1580 kWh/m².an pour le sud de la France)

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