Cadarache les 31 janvier et 1 février 2006 Séminaire nouveau BTS ELECTROTECHNIQUE 1/30
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Auteurs : Irène ROUDIL - Patrick ABATI - Lycée Antonin Artaud - Marseille
Le solaire photovoltaïque
raccordé au réseau
Le solaire photovoltaïque raccordé au réseau
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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
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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
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La production annuelle à Lyon est 3,5 x 365 ≈ 1300 kWh/m²
Production journalière d’énergie
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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
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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
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La tension de sortie d’une cellule
est de l’ordre de 0,5 V
Association série - parallèle
Schéma équivalent d’une cellule
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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
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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
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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%
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Production mondiale de cellules
Europe25,8% Fabrication
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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.
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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
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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)
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Flash
MPPT = Maximum Power Point Tracking
Poursuite du point de puissance maximale
éclairement 1
éclairement 2
éclairement 1
éclairement 2
Mppt.swf
Algorithme
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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
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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
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• 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
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Production annuelle par kWc installé
900 kWh/kWc
1000 kWh/kWc
1100 kWh/kWc
1200 kWh/kWc
1300 kWh/kWc
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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
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Réalisation au lycée de l’Estaque
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16 panneaux photovoltaïques de 110 Wc
Les modules photovoltaïques
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Puissance nominale 1800 W
90 V < Tension d’entrée < 600 V
L’onduleur Solarmax 2000E
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L’intérieur du boîtier du Solarmax
PC Réseau
Modules PV
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Livre blanc de l’U.E.Comparaison de la tendance actuelle avec
les objectifs du livre blanc de l’U.E. (en MWc)
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Production électrique en 2003
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Production électriqued’origine renouvelable en 2003
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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%
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Fin
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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
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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