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Afin de subvenir à nos besoins en énergie, le soleil à lui seul peut fournir assez d’énergie. Elle fonctionne en assemblant l’énergie émise par celui-ci sur une surface spécifique, pour la convertir en énergie électrique. Cette surface qui représente les panneaux solaires collectent et convertissent cette énergie grâce à des cellules photovoltaïques qui sont généralement faites de semi-conducteurs à base de silicium.
Antoine Becquerel(1839), un physicien français, découvre que la lumière naturelle du soleil peut être transformée en électricité. Il présente «l’effet photovoltaïque». Albert Einstein explique le phénomène en 1905, il serait lié au photon, particule élémentaire de la lumière, qui serait absorbé en rencontrant un matériau et convertirait alors la lumière en électricité. Il obtiendra le prix Nobel de physique en 1921 pour cette découverte. Dans le milieu des années 1950, des chercheurs américains réussissent à mettre au point une cellule photovoltaïque à haut rendement. En 1958, les premiers satellites alimentés par des cellules solaires sont envoyés dans l’espace. En 1973, les cellules photovoltaïques sont appliquées à l’univers domestique, avec la première maison alimentée par l’énergie solaire, construite dans les laboratoires de l’université américaine du Delaware. Plus de vingt ans plus tard (1995), le japon et l’Allemagne sont les premiers pays à lancer des programmes de toits photovoltaïques raccordés au réseau.
En outre, le coté énergie il existe également plusieurs études qui se sont axées sur la protection du panneau photovoltaïque et plus exactement sur un système dit anti-islanding ou anti-ilotage. Les raisons principales de cette protection, et que l’onduleur doit être doté d’un mécanisme de détection et de protection contre l’îlotage, afin d’éviter la condition d’île. Les règles applicables en matière de détection et d’interruption de la condition d’île varient d’un pays à l’autre. La protection contre «l’îlotage» est une caractéristique importante de sécurité. Où elle évite à chaque personne travaillant sur le réseau de distribution raccordé à une source d’énergie d’être blessé par électrocution.
En cas d’ilotage, il serait possible de déconnecter les sources, plus exactement à base d’énergie renouvelable tel qu’une éolienne, un panneau solaire ou une pile à combustible et de les reconnecter aux réseaux électriques dès que les conditions seront rétablies.
La structure de notre modèle de protection c’est à dire l’anti-islanding est incorporer dans notre système qui regroupe un panneau solaire(GPV), un hacheur survolteur et sa commande suivi d’un onduleur monophasé commandé pour avoir une tension alternative à une valeur voulue, ce dernier est raccordé à un bloc de détection d’ilotage (une charge RLC), tout ce système est relié au réseau électrique.
L’anti Islanding ou la détection anti ilotage nous permet d’éviter les risques survenant comme :
• la dégradation des équipements électriques en cas des dérives de tension et de fréquence importantes.
• Problème de déphasage entre réseau et générateur décentralisé lors de réenclenchement après un défaut.
• Problème de sécurité pour le public et le personnel de maintenance.
Etude de système photovoltaïque
Les énergies renouvelables sont des énergies à ressource illimitée. Elles regroupent un certain nombre de filières technologiques selon la source d’énergie valorisée. Il existe plusieurs types de sources d’énergies renouvelables parmi eux : l’énergie hydroélectrique, l’énergie éolienne, l’énergie de la biomasse et l’énergie photovoltaïque. Les sources d’énergies renouvelables proviennent directement ou indirectement du soleil. Elles sont donc disponibles indéfiniment tant que celui-ci brillera.
L’énergie photovoltaïque est la plus jeune des énergies renouvelables, elle a l’avantage d’être non polluante, souple et fiable. Les systèmes photovoltaïques sont utilisés depuis 40 ans. Les applications ont commencé avec le programme spatial pour la transmission radio des satellites. Elles se sont poursuivies ensuite avec les balises en mer et l’équipement de sites isolés dans tous les pays du monde, en utilisant les batteries pour stocker l’énergie électrique pendant les heures sans ensoleillement.
La cellule photovoltaïque
Les cellules photovoltaïques (photon : grain de lumière et volt : unité de tension) sont des composants électroniques à base de semi-conducteurs (généralement faites de silicium sous ses différentes formes). Elles convertissent directement l’énergie lumineuse en électricité courant continu basse tension (effet photovoltaïque). Comme l’énergie lumineuse est le soleil, on parle alors de cellules solaires.
Principe de fonctionnement et différents types de cellule photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque (PV), aussi appelée photopile, est la juxtaposition de deux semi-conducteurs, l’un dopé P et l’autre dopé N. À la jonction des deux couches se forme un champ électrique (résultant du phénomène décrit précédemment). Ce champ électrique existe même si la cellule est dans l’obscurité. Sous un ensoleillement plus ou moins important, les photons ou grains de lumière, venant avec une énergie suffisante entrent en collision avec les atomes du Cristal . Ils parviennent à faire passer les électrons de la bande de valence à la bande de conduction du matériau semiconducteur, créant ainsi des paires d’électrons-trous. Ceux-ci, sous l’effet de la barrière de potentiel, vont s’accumuler sur chacune des faces extérieures des zones P et N.
Ainsi, une différence de potentiel entre les deux faces de la cellule est créée. Les grilles métalliques à l’avant et à l’arrière de la cellule photovoltaïque collectent les électrons et les trous qui vont donc fournir à un circuit extérieur le courant électrique produit [5].L’énergie excédentaire est perdue en chaleur. La zone N est couverte par une grille métallique qui sert de cathode, tandis qu’une plaque métallique (contact arrière) recouvre l’autre face du cristal et joue le rôle d’anode. L’épaisseur totale du cristal est de l’ordre du millimètre.
Les cellules photovoltaïques sont constituées de semi-conducteurs à base de silicium (Si), de germanium (Ge), de sélénium (Se), de sulfure de cadmium (CdS), de tellurure de cadmium (CdTe) ou d’arséniure de gallium (GaAs). Le silicium , est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques, car il est très abondant dans la nature. On le trouve dans la nature sous forme de pierre de silice. La silice est un composé chimique (dioxyde de silicium) et un minéral de formule SiO2. Il est le principal constituant des roches sédimentaires détritiques (sables, grès).
Les différents types de cellules PV existants sont :
– Cellule en silicium amorphe (rendement : 6 à 10%)
– Cellule en silicium monocristallin (rendement : 13 à 17%)
– Cellule en silicium poly cristallin (rendement : 11 à 15%)
– Cellule Tandem
– Cellule en matériaux organiques (rendement : 3.6%)
Choix et caractéristique d’un module solaire
Nous avons choisi comme panneau solaire le NICE D dual power qui est un module à 60 cellules monocristallines ayant une puissance nominal de 240 W et une puissance effective de 310W qui produit de l’énergie électrique sur les deux faces, non seulement sur la face avant, mais aussi sur la face arrière du module. Ce système utilise des cellules en silicium monocristallin bifaciales innovantes, dont la structure permet l’exploitation de la lumière solaire sur les deux faces du module. Elle est considéré dans les conditions standards G = 1000w/m2, T = 25°C. Pour réaliser la modélisation de ce module, nous avons utilisé MATLAB comme outil de tests et de simulation. La simulation de notre modèle correspond aux résultats donnés par le Data-Sheet.
Modélisation des cellules photovoltaïques
La modélisation des cellules photovoltaïques passe nécessairement par un choix judicieux des circuits électriques équivalents. Pour développer un circuit équivalent précis pour une cellule photovoltaïque, il est nécessaire de comprendre la configuration physique des éléments de la cellule aussi bien que les caractéristiques électriques de chaque élément, en prenant plus ou moins de détails. Selon cette philosophie, plusieurs modèles mathématiques sont développés pour représenter un comportement fortement non linéaire, résultant de celui des jonctions semi conductrices qui sont à la base de leurs réalisations. Ces modèles se différencient entre eux par les procédures mathématiques et le nombre de paramètres intervenant dans le calcul de la tension et du courant du module photovoltaïque.
Introduction générale |
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