Documentation : panneaux solaires I

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Lampadaire autonome Luméa
Référence : AT4-ACT7
Documentation : panneaux solaires
SL 005M-12 Solar Monocrystaline Modules
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Les différents matériaux utilisés
Un des facteurs qui influence le rendement d’une cellule photovoltaïque est la qualité des matériaux utilisée dans sa
fabrication. Leur rendement peut aller de 17% environ pour les plus efficaces à moins de 10% pour les moins efficaces. Il y 3 types de
matériaux qui sont largement utilisés dans l’industrie du photovoltaïque. Ils sont tous issus du silicium qui est un semi-conducteur.
Le silicium Mono cristallin, il est fabriqué avec du silicium fondu que l’on refroidit pendant plusieurs heures, on obtient
ainsi un cristal que l’on découpe à l’aide d'une scie diamantée en tranche de 300µm à 400µm. Ce type de matériaux permet
d’atteindre un rendement de 15% à 18%, il peut produire beaucoup d’énergie sur un petit espace (environ 150Wc/m²) et a une
durée de vie de 25 ans. Cependant sa fabrication est celle qui coûte le plus chère (environ 3€/W), sa pose est complexe et il ne
fonctionne qu’avec un fort ensoleillement.
economie-denergie.wikibis.com
Le silicium Poly cristallin, c’est le matériau le plus utilisé. Il est fabriqué de la même façon que le monocristallin sauf que l’on
refroidi beaucoup plus rapidement le silicium créant ainsi plusieurs cristaux (contrairement au silicium monocristallin). Il produit
environ 100 Wc/m² et possède un rendement de 10% à 14%. Il a l’avantage d’être moins cher que le silicium monocristallin (environ
2€/W) pour la même durée de vie.
trekmag.com
Le silicium amorphe, ce matériau est construit à partir d’un substrat de verre. Il est généralement utilisé sur des appareils ne
demandant pas une grosse quantité d'énergie tel que les calculatrices ou les montre ''solaires''. Il a l’avantage d’être très bon
marché (environ 1€/W), de pouvoir être intégré sur des supports souples (en effet une couche de 1µm est suffisante à son
fonctionnement) de fonctionner même avec un éclairage faible et d’avoir une meilleur résistance à une hausse de température.
Toutefois il possède un très faible rendement, de l’ordre de 5% à 8% et subit une perte de rendement durant les premiers mois
d’utilisation (ce phénomène est appelé la ‘’stabilisation sous lumière’’) de plus sa durée de vie est plus courte que les siliciums
cristallin (environ 10 ans). Enfin les processus de fabrication ne sont pas bien maîtrisés. Toutefois cette industrie n’est vielle que
d’une trentaine d’année comparée à l’industrie
cristalline vieille d’un demi-siècle.
pamiers.soleilentete.com
Il existe plusieurs autres matériaux pour la fabrication de cellules photovoltaïques comme le CdTe qui est un alliage de
tellure et de cadmium ou encore le CGIS qui est un alliage de cuivre, d’indium et de sélénium auquel on a rajouté du gallium. Ces
nouveaux matériaux semblent prometteurs mais ils occupent une place négligeable du marché et en sont encore au stade
expérimental.
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Influence de la température sur le rendement d’une cellule photovoltaïque
La température interne d’une cellule photovoltaïque est aussi un facteur qui influence le rendement de la cellule. En effet les
cellules perdent O, 4 % de leur puissance maximum par degré en plus au-dessus de la température nominale.
www.anahi.org
On peut ainsi remarquer que l'augmentation de la température augmente l'intensité pour une faible tension mais la fait
chuter de manière beaucoup plus conséquente dès que la tension est un peu élevée réduisant ainsi de manière très significative la
puissance disponible.
De plus l’augmentation de la température n’a pas pour seule conséquence une baisse de rendement. En effet une forte
température peut également endommager les cellules. Cette détérioration se caractérise par des micro-ruptures (ou craquements)
entre les cellules, l’éventuelle corrosion des parties conductrices des cellules et des interconnexions, sans oublier, que la
température elle-même contribue à l’accélération du vieillissement des cellules.
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Gisement solaire
Irradiance solaire
Constante solaire
En condition optimale : 1000 W/m²
Énergie solaire moyenne annuelle dans le monde
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Énergie solaire moyenne annuelle en France
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Lampadaire autonome Luméa
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Utilisation du logiciel ARCHELIOS
Présentation :
Ce logiciel très complet, permet de positionner et de dimensionner une installation solaire et donne
également, à partir des caractéristiques des cellules solaires, le bilan énergétique obtenu.
Dans ce TP, il n’est pas encore question de dimensionner une installation. Nous allons utiliser le logiciel
Archélios simplement pour obtenir le masque solaire correspondant au candélabre Luméa.
Utilisation :
Lancer le logiciel en cliquant sur l’icône . L’écran ci-dessous apparaît.
Cliquer sur l’onglet « Site »
L’écran ci-dessous apparaît.
Saisir le nom du site
et les coordonnées
de la ville de Cholet.
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Cliquer sur l’onglet « Définition du masque », l’écran ci-dessous apparaît.
Ce masque doit être à peu
près identique à celui de
l’exercice précédent.
Cliquer sur le bouton « Editeur
de masques proches »
L’écran ci-dessous apparaît. La croix bleue correspond à la position du Luméa.
Mesurer la hauteur, par rapport au
sol, des panneaux solaires du Luméa
à l’aide du Mesureur Laser et
renseigner cette hauteur (arrondir la
valeur).
Puis cliquer sur le bouton « Ajouter
un objet ».
Un bâtiment apparaît. Il faut
positionner le bâtiment
correctement sur le plan par rapport
au Luméa. A l’aide du mesureur
Laser, relever les distances entre le
Luméa et les différents bâtiments qui
l’entourent.
Déplacer les curseurs afin d’ajuster
les distances et l’orientation : Voir le
plan de masse du Lycée Renaudeau à
la page 4.
Vous pouvez zoomer pour une
meilleure vue d’ensemble.
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Cliquer sur le bouton « Editer un objet », l’écran ci-dessous apparaît.
Déplacer les curseurs afin de configurer les
dimensions des bâtiments (voir sur le plan
de masse du Lycée page 4).
La profondeur ne nous intéressant pas, on
laissera la valeur à 10 m.
On configurera la hauteur de toit de
chaque bâtiment à 0.
Vous devez obtenir un schéma qui ressemble à la figure ci-dessous. Pas besoin de dessiner les bâtiments en
entier puisque seule la partie vers le sud masquera le soleil.
Le masque solaire devrait avoir la forme ci-dessous.
Pour terminer : cliquer sur le bouton
« Rapport PDF »,
puis sur « Sauver et visualiser »
Enregistrer le rapport dans votre
répertoire personnel sur
S:\STI2D\Travaux élèves.
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Plan de masse du Lycée F. Renaudeau
Azimut des bâtiments :
10° Est
D1
Dimensions des différents bâtiments :
B0 :
Longueur = 140 m
Hauteur = 18,75 m
G0 :
Longueur = 24 m
Hauteur = 9,5 m
D0 :
Longueur = 107 m
Hauteur = 15 m
Avancée D1 : Longueur = 7 m
Largeur = 4 m
Hauteur = 15 m
Distance avec le bord de C0 = 10 m
C0 :
Longueur = 109 m
Largeur = 73 m
Hauteur = 4 m
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Référence : AT4-ACT7
Masque solaire
Présentation
On appelle masque solaire tout objet naturel ou construit pouvant faire obstacle au soleil. Ainsi,
l'environnement, tel qu'il est vu d'un point d'un site, constitue un masque potentiel pour ce point dans la
mesure où il fait écran à une ou plusieurs positions du soleil dans le ciel.
Dans le diagramme horizontal, tout objet ponctuel est déterminé par deux coordonnées angulaires,
hauteur et azimut. Ainsi, l'environnement tel qu'il est vu d'un point d'un site, peut ainsi être schématisé par
ses points caractéristiques et être représenté comme un profil s'appuyant sur l'horizon.
L'examen des occultations solaires produites par ce masque permettent de déterminer
l'ensoleillement du point d'observation au cours de l'année. Une analyse d'ensoleillement d'un site peut être
envisagée simplement par cette méthode, en évaluant le masque de certains points caractéristiques du site.
Principe de la mesure :
Pour tracer le masque sur le diagramme, vous avez besoin de connaître :

l'azimut des points caractéristiques du masque

la déclinaison de chacun de ces points.
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Pour comprendre comment reporter les obstacles sur le graphe de la course du soleil, nous allons
traiter un exemple concret.
Soit la maison ci-dessous sur laquelle deux capteurs solaires sont installés sur la toiture orientée plein
sud. L'environnement de la maison est constitué d'un arbre et de deux lampadaires.
Ces deux objets (arbre + lampadaires) vont faire de l'ombre aux capteurs sur la toiture de la maison. Il
reste à savoir à quelles périodes de l'année et de la journée ces objets vont faire de l'ombre.
Pour répondre à cette question, la méthode est de reporter ces obstacles sur le diagramme solaire
correspondant à la latitude du lieu.
Supposons que la maison soit située aux alentours de Marseille. Il faut dans un premier temps se munir
du graphe de la course du soleil à Marseille.
1ère étape : relever les points caractéristiques de la géométrie des obstacles
Les outils nécessaires pour réaliser cette étape sont une
boussole (qui va permettre de mesurer l'azimut d'un point)
munie d'un clinomètre (qui va permettre de mesurer la
hauteur d'un point).
Ce relevé doit se faire au niveau des capteurs. Il faut donc
monter sur le toit à l'endroit où les capteurs vont être posés,
ainsi qu'illustré ci-contre. Le point A est l'endroit où les
mesures doivent être faites.
Une fois qu'on se situe au niveau du point A (voir cicontre), on se place face au sud. Pour cela, on prend la
boussole qui nous indique la direction du sud.
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Depuis cette position, voici ci-dessous ce qu'on
pourrait voir :
A partir de cette vision des obstacles, le but est de
définir des points caractéristiques de la géométrie
des obstacles.
Détails important : Tout ce qui se situe en dessous
des modules ne pourra jamais provoquer d'ombre
aux modules. Ainsi quand on parle de la géométrie
de l'obstacle, on entend tout ce qui se trouve audessus des capteurs.
Par exemple, pour l'arbre, on peut définir 6
points caractéristiques de sa géométrie, ainsi
qu'illustré ci-dessus. De même pour les lampadaires,
on définit des points caractéristiques de leur
géométrie.
2ème étape : reporter les points caractéristiques sur le graphe de la course du soleil.
Une fois les points caractéristiques déterminés, la suite consiste à reporter ces points sur le graphe de la
course solaire. Pour cela, on mesure l'azimut et la hauteur de chacun des points caractéristiques définis
précédemment.
L'azimut se mesure avec la boussole. La hauteur se mesure avec le clinomètre.
Par exemple, la hauteur du point A est l'angle noté H ci-dessous.
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L'azimut du point A est l'angle noté AZ ci-dessous.
La mesure de l'azimut et de la hauteur est à effectuer pour tous les points définis précédemment.
Ensuite, il suffit de reporter les points sur le graphe de la course du soleil, sachant que l'axe des abscisses
de ce graphe représente l'azimut et l'axe des ordonnées représente la hauteur.
Par exemple, les mesures (avec la boussole et le clinomètre) de l'azimut et de la hauteur du point A ont
permis de savoir que : AZ=20° et H = 35°. On reporte alors ces deux valeurs dans le graphe de la course du
soleil, ainsi qu'illustré ci-dessous :
On reporte ensuite tous les autres points sur le graphe de la course du soleil :
Le schéma ci-dessus est ce qu'on appelle un relevé de masque. On constate qu'on retrouve bien la forme
des deux lampadaires et de l'arbre.
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