Comment s'effectue la conversion de la lumière en énergie électrique ?

1. L'ENERGIE PHOTOVOLTAIQUE Comment s'effectue la conversion de la lumière en énergie électrique ? Quelle sera l'importance de l'énergie photovoltaïque dans le futur ? SAAINE Youssef 2011/2012

2. SOMMAIRE • IV-Le photovoltaïque, solution au problème énergétique ? • V-Les avantages et les inconvénients du photovoltaïque. • Les avantages • Les inconvénients • VI-Conclusion • I-Introduction • II-L'effet photovoltaïque • Quelques définitions • Historique • Les photopiles • La conversion photovoltaïque • Le rendement • III-Applications • Domaine industriel et services publics • L'espace • Les centrales photovoltaïques • Les services publics • Pour le particulier • L'urbanisme • Habitations isolées • Les transports • Biens de consommation

3. INTRODUCTION • Ressources les plus utilisées: fossiles et nucléaires • Mais elles se raréfient • Energies renouvelables: Marémotrices, Eoliennes, Solaires ? • Energies solaires: • Thermique • Thermodynamique • Photovoltaïque

4. II-L'EFFET PHOTOVOLTAIQUE • a) Quelques définitions • La conversion photovoltaïque:transformation directe de la lumière en énergie électrique grâce à des cellules. • Photovoltaïque: • "photo" qui signifie lumière • "volta" du nom de l'inventeur de la première pile électrique • Photopile:Cellule qui utilise l'effet photovoltaïque pour produire de l'électricité. Si on en rassemble plusieurs, on obtient un panneau photovoltaïque.

5. L'EFFET PHOTOVOLTAIQUE • b) Historique • 1839: découverte par le physicien Antoine César Becquerel • 1954: première photopile • 1959: premier satellite équipé de photopiles • 1973: choc pétrolier qui contribua au développement de la technologie photovoltaïque

6. L'EFFET PHOTOVOLTAIQUE • c) Les photopiles • Elles sont composées d'un matériau semi-conducteur qui absorbe l'énergie lumineuse et la transforme directement en courant électrique.

7. L'EFFET PHOTOVOLTAIQUE • d) La conversion photovoltaïque • Semi-conducteur: matériau dont la concentration en charges libres est très faible. • Dopages: • de type négatif: introduction d'atomes étrangers pouvant donner un électron supplémentaire: charge négative • de type positif: " " donner un trou excédentaire. • Grâce à la jonction semi-conductrice, il en résulte une différence de potentiel de 0,5V et un courant électrique de 30 mA/cm² est créé.

8. L'EFFET PHOTOVOLTAIQUE • e) Le rendement • C'est le rapport entre l'énergie électrique aux bornes de la cellule PV et l'énergie incidente. • 3 types de photopiles: • les cellules mono-cristallines • les cellules poly-cristallines • les cellules amorphes

9. la puissance maximale du panneau (en watt crête) • l'intensité de l'ensoleillement • le nombre d'heures d'exposition au soleil • l'angle d'exposition au soleil

10. III-APPLICATIONS • a) L'espace • 1959: lancement du premier satellite Vanguard, équipé de photopiles A gauche: satellite NIMBUS A droite: SKYLAB (NASA)

11. APPLICATIONS b) Les centrales photovoltaïques France (340 kW), Etats-Unis (8 MW), Japon (1MW)...

12. APPLICATIONS • c) Les services publics • Téléphones de secours d'autoroutes, relais pour la télévision, la radio... • Le service des phares et balises...

13. Le phare des Poulains à Belle Ile en mer -Puissance crête installée = 3 000 Wc -Surface de panneaux actifs = 32 m² -Surface de panneaux fictifs = 15 m² -Parc de batteries de 800 Ah en 48 V, offrant une autonomie de 10 jours sans soleil. -Batteries stationnaires au plomb. Grande réserve d'électrolyte -Groupe Electrogène d'appoint permettant de compléter la fourniture énergétique des panneaux solaires aux mois d'hiver (quelques heures par semaine). -Puissance = 7,5 kW -Energie = Gasoil

14. APPLICATIONS • d) L'urbanisme • Maisons photovoltaïques (2 à 3 kWc par toit) en Europe • Bâtiments commerciaux

15. APPLICATIONS • e) Habitations isolées • Electricité dans les pays en voie de développement grâce au photovoltaïque ? • Unités photovoltaïques pour: • le pompage de l'eau • la réfrigération pour la production de glace et la conservation de vaccins, de sang, de produits agricoles, etc. • l'éclairage

16. APPLICATIONS

17. APPLICATIONS • f) Les transports • les bateaux Le "Kayak" solaire du Japonais Kenichi Horie construit avec des canettes de bières et recouvert de cellules photovoltaïques

18. APPLICATIONS • les avions: • Le PATHFINDER, prototype expérimental de la NASA

19. APPLICATIONS • les voitures photovoltaïques: • On réalise bien sur la photo de gauche, l'envergure importante des panneaux photovoltaïques Photo de droite, la SCV 4 (Solar Commuter Vehicule) de KYOCERA

20. APPLICATIONS • g) Biens de consommation • le petit appareillage fonctionnant grâce à des cellules amorphes: • calculatrices • montres • pèse-personne • lampes de poches • le pays le plus évolué: le Japon

21. IV-LE PHOTOVOLTAIQUE, SOLUTION AU PROBLEME ENERGETIQUE ? • Besoins énergétiques toujours en hausse • Raréfaction des ressources fossiles + risques d'effet de serre • Conférence de l'ONU de 1992 • prise de conscience politique • énergie nucléaire: très importante + ne pas oublier Tchernobyl • énergie thermique: déverse trop de gaz à effet de serre • énergie éolienne: pas de vent partout + installations complexes • L'énergie photovoltaïque est-elle la meilleure des solutions énergétiques ?

22. V-LES AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS DU PHOTOVOLTAIQUE • 1) Les avantages • côté écologique: non polluant, pas de gaz à effet de serre. Après installation, ne nuit pas à l'environnement • énergie renouvelable: soleil est une source inépuisable • caractère modulable des panneaux photovoltaïques: pour petites et grandes puissances. Solution intéressante pour l'apport en électricité des régions isolées • extrême fiabilité • coûts de fonctionnement très faibles

23. LES AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS DU PHOTOVOLTAIQUE • 2) Les inconvénients • fabrication très chère et complexe • rendements des photopiles encore trop faibles • manque de compétitivité pour grosses productions d'énergie électrique • problème de stockage • réticence de certains pays • inégale répartition de l'ensoleillement sur Terre • Hiver et nuit

24. VI-CONCLUSION • certains défauts seront corrigés dans le futur • rendement des photopiles • prix de fabrication • compétitivité en hausse • certainement la technologie principale pour les régions isolées et le développement de pays en difficulté • Mais ensoleillement inégal qui freinera l'énergie photovoltaïque dans le futur