Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 1/30 Auteurs : Irène ROUDIL - Patrick

Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 1/30

http://stielec.ac-aix-marseille.fr

Auteurs : Irène ROUDIL - Patrick ABATI - Lycée Antonin Artaud - Marseille

Le solaire photovoltaïque

raccordé au réseau

Le solaire photovoltaïque raccordé au réseau



L’énergie solaire fait appel à la ressource la mieux partagée :

le rayonnement solaire…

En une heure, l’énergie solaire captée par la terre

pourrait suffire à couvrir les besoins énergétiques mondiaux…

pendant un an !

Les besoins énergétiques



L’énergie solaire peut être récupéréepar deux procédés :

- photovoltaïque pour la production d’électricité

avec ou sans stockage

- thermiquepour la production de chaleur

L’énergie solaire

photovoltaïquedans l'UE en 2004

92%

8%

sansavec

photovoltaïquedans l'UE en 2004

92%

8%

sansavec



La production annuelle à Lyon est 3,5 x 365 ≈ 1300 kWh/m²

Production journalière d’énergie



L’énergie reçue annuellement dans la région de Lyon est

1300 kWh/m²

La consommation moyenne d’électricité d’un ménage (hors chauffage) est

3500 kWh/an

Une surface de capteurs photovoltaïques de30 m² avec un rendement de 10%

suffirait largement à couvrir ces besoins

Exemple



Fonctionnementd’une cellule photovoltaïque

contact sur zone P

contact sur zone N

zone dopée P

zone dopée N

absorption des photons

génération des porteurs

semi-conducteur

collecte des porteurs

I



La tension de sortie d’une cellule

est de l’ordre de 0,5 V

Association série - parallèle

Schéma équivalent d’une cellule



en parallèle

Couplage des cellulesPour constituer un module, les cellules sont couplées

en série

Pouraugmenterla tension

Pouraugmenterle courant

Les modules sont couplés en série et parallèle

La tension est supérieure à une centaine de volts

La section des câbles vers l’onduleur est réduite



Éclairement Température

Une adaptation de la charge améliore les performances de la cellule

R : résistance de charge

Pm : puissance maximale T : température de la cellule

Influences sur les performances

MPPT Poursuite du point de puissance maximale

Éclairement 11000 W/m²

Éclairement 2500 W/m²

T 125°C

T 260°C

La puissance photovoltaïque produite diminue - si l’éclairement diminue - si la température de la cellule augmente



C’est l’unité de référence qui permet de comparer les performances des cellules ou des modules

C’est la puissance maximale délivrée dans les conditions suivantes :

- Ensoleillement = 1000 W/m²

- Température ambiante = 25°C

- Epaisseur de l’atmosphère = 1,5

Exemple : module de puissance 120 Wc et de surface 1 m²

Pour une puissance de rayonnement solaire incident de 1000 W/m²

Ce module fournit une puissance de 120 W

Son rendement est de 12%

Le Watt crête (Wc)

Exemple

module de 120 Wc surface 1 m²

rayonnement solaire1000 W/m²

puissance 120 Wrendement 12%



Production mondiale de cellules

Europe25,8% Fabrication



Puissance par habitant (Wc/hab) dans l’UE en 2004

Année Raccordé(MWc)

Isolé(MWc)

Total(MWc)

2001 220 64 284

2002 320 72 392

2003 480 82 562

2004 402 8 410

Puissance installée dans l’U.E.



Il est aujourd’hui possible de produire de l’électricitéde façon décentralisée, modulable et non polluante

pour la revendre au réseau

Production de l’électricité

modulesphotovoltaïque

s

onduleur

utilisation

comptage de l’énergie

réseauproduite sur place

fournie par EDF



Schéma de principe de l’onduleur

HACHEUR

ONDULEUR

Sécurité

Protection des personnes et des installations (DIN VDE 0126)

Surveillance du réseau et déconnexion si

• écart de fréquence supérieur à 0,2 Hz

• écart de tension (<80% de Un ou >115% de Un)



Flash

MPPT = Maximum Power Point Tracking

Poursuite du point de puissance maximale

éclairement 1

éclairement 2

éclairement 1

éclairement 2

Mppt.swf

Algorithme



Le producteur d’énergie photovoltaïque peut choisir de vendre

Cette deuxième option nécessitela mise en place d’une ligne supplémentaire

Raccordement au réseau public

uniquementses excédents

la totalitéde sa production

choix technico - économique



Si la demande de rachat a été effectuée

• après 2002 : tarif2002 x 0,95n x K

Indexation annuelle au 1er novembre, par application du coefficient L

avecICHTTS1 : indice coût du travail année en coursICHTTS10 : indice coût du travail en 2002 = 115.1PsdA : indice produits et services divers année en coursPsdA0 : indice produits et services divers en 2002 = 109.9

avecn : nombre d’années après 2002K : coefficient

• en 2002 : 15,25 c€ (30,50 c€ Corse et DOM)

Tarif de rachat

PsdA0PsdA

0,5 ICHTTS10ICHTTS1

0,5 K

PsdA0PsdA

0,3 ICHTTS10ICHTTS1

0,3 0,5 L

PsdA0PsdA

0,5 ICHTTS10ICHTTS1

0,5 K PsdA0PsdA

0,3 ICHTTS10ICHTTS1

0,3 0,5 L



• France : 14,56 c€ / kWh (29,11 c€ DOM et Corse)

5959,662,4Façades

45,745,745,7Autres

5454,657,4Toits

> 100 kWc30 kWc à 100 kWc< 30 kWcen c€ / kWh

• Allemagne

• Pays-bas : 9,7 c€ / kWh

• Espagne : 41 c€ / kWh

• Italie : 68 c€ / kWh (façades) 48 c€ / kWh (autres)

• Luxembourg : 45 c€ / kWh

Tarifs de rachat en 2004



Production annuelle par kWc installé

900 kWh/kWc

1000 kWh/kWc

1100 kWh/kWc

1200 kWh/kWc

1300 kWh/kWc



Approche économique

Installation de 2 kWc sur une maison individuelle à MarseilleCoût total TTC (7 € / Wc) : 7 x 2000 = 14 000 €

Aide ADEME - REGION = 7 000 €Coût à l’installation : 14000 – 7000 = 7 000 €

Prix du matériel (environ 4/5) : 4 x 7000 / 5 = 5 600 €Crédit d’impôt (40% du coût du matériel) : 40x5600/100 = 2 240 €

Reste à charge : 7000 – 2240 = 4 760 €

Production annuelle (1200 kWh / kWc) : 1200 x 2 = 2 400 kWhGain annuel (14 c€ / kWh) : 0,14 x 2400 = 336 €

Temps de retour : 4760 / 336 = 14 ans

Si le prix de rachat du kWh était 4 fois plus élevé (cf. Allemagne)le temps de retour serait inférieur à 4 ans

Installation de 2 kWcsur une maison individuelle

à Marseille

Coût total TTC (7 € / Wc)7 x 2000 = 14 000 €

Aide ADEME - REGION = 7 000 €

Coût à l’installation14000 – 7000 = 7 000 €

Prix du matériel (environ 4/5)4 x 7000 / 5 = 5 600 €

Crédit d’impôt (40% du coût du matériel)40 x 5600 / 100 = 2 240 €

Reste à charge7000 – 2240 = 4 760 €

Production annuelle(1200 kWh / kWc)

1200 x 2 = 2 400 kWh

Gain annuel (14 c€ / kWh)0,14 x 2400 = 336 €

Temps de retour

4760 / 336 = 14 ans

Si le prix de rachat du kWhétait 4 fois plus élevé

(cf. Allemagne)

le temps de retourserait inférieur à 4 ans



Réalisation au lycée de l’Estaque



16 panneaux photovoltaïques de 110 Wc

Les modules photovoltaïques



Puissance nominale 1800 W

90 V < Tension d’entrée < 600 V

L’onduleur Solarmax 2000E



L’intérieur du boîtier du Solarmax

PC Réseau

Modules PV



Livre blanc de l’U.E.Comparaison de la tendance actuelle avec

les objectifs du livre blanc de l’U.E. (en MWc)



Production électrique en 2003



Production électriqued’origine renouvelable en 2003



Tarif 2006

Le tarif de rachat est fixé pour 2006 à :

• 22,5 c€ pour les équipements individuels

• 30,5 c€pour les équipements collectifs , le secteur tertiaire, le secteur industriel et les DOM

Rappel : ce tarif était de 15,5 c€ en 2002

Le crédit d’impôt est porté de 40% à 50%



Fin



Algorithme MMPT

non

Mesure U et I

Calcul P = U x I

It = I + i

Mesure Ut et It

Calcul Pt = Ut x It

Pt > P ?

I = ItMesure U et I

Calcul P = U x I

It = I - i

Mesure Ut et It

Calcul Pt = Ut x It

I = It

Début

Pt > P ?

non

Temporisation

Temporisation

Temporisation

Temporisation

U : tension fournie par le capteur

I : courant fourni par le capteur

P : puissance fournie par le capteur

L’indice t correspond à ces mêmes valeurs, lors de la phase de test

i : valeur incrémentale de courant

Suite



Fabrication des modules

Le silicium est placé dans un creuset

Il est fondu en lingot Le lingot est découpé en

briques

Les briques sont découpées en plaques

Les plaques sont transformées en cellules

Les cellules sont assemblées pour constituer un module

L’énergie nécessaire à la fabrication d’un module représente10% de l’énergie que ce module produira pendant sa vie

Suite

Documents

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