Le solaire photovoltaïque raccordé au réseau

1. Le solaire photovoltaïque raccordé au réseau Le solaire photovoltaïqueraccordé au réseau Auteurs : Irène ROUDIL - Patrick ABATI - Lycée Antonin Artaud - Marseille

2. 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

3. L’énergie solaire peut être récupérée par deux procédés : photovoltaïque pour la production d’électricité avec ou sans stockage thermique pour la production de chaleur L’énergie solaire

4. Production journalière d’énergie La production annuelle à Lyon est3,5 x 365 ≈ 1300 kWh/m²

5. Exemple L’énergie reçue annuellement dans la région de Lyon est1300 kWh/m² La consommation moyenne d’électricité d’un ménage (hors chauffage) est3500 kWh/an Une surface de capteurs photovoltaïques de30 m² avec un rendement de 10%suffirait largement à couvrir ces besoins

6. contact sur zone N absorption des photons zone dopée N I collecte des porteurs zone dopée P génération des porteurs contact sur zone P Fonctionnementd’une cellule photovoltaïque semi-conducteur

7. Schéma équivalent d’une cellule La tension de sortie d’une celluleest de l’ordre de 0,5 V Association série - parallèle

8. Couplage des cellules Pour constituer un module, les cellules sont couplées en série en parallèle Pouraugmenterla tension Pouraugmenterle courant Les modules sont couplés en série et parallèleLa tension est supérieure à une centaine de voltsLa section des câbles vers l’onduleur est réduite

9. Influences sur les performances Éclairement T 260°C Température Éclairement 11000 W/m² Éclairement 2500 W/m² T 125°C La puissance photovoltaïque produite diminue - si l’éclairement diminue - si la température de la cellule augmente R : résistance de charge Pm : puissance maximale T : température de la cellule Une adaptation de la charge améliore les performances de la cellule MPPTPoursuite du point de puissance maximale

10. Le Watt crête (Wc) Exemple module de 120 Wcsurface 1 m² rayonnement solaire1000 W/m² puissance 120 W rendement 12% • 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%

11. Production mondiale de cellules Europe25,8% Fabrication

12. Puissance installée dans l’U.E. Puissance par habitant (Wc/hab)dans l’UE en 2004

13. Production de l’électricité Il est aujourd’hui possible de produire de l’électricité de façon décentralisée, modulable et non polluante pour la revendre au réseau onduleur utilisation modulesphotovoltaïques comptage de l’énergie produite sur place réseau fournie par EDF

14. Schéma de principe de l’onduleur Sécurité HACHEUR ONDULEUR • 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)

15. Poursuite du point de puissance maximale MPPT = Maximum Power Point Tracking Flash éclairement 1 éclairement 2 éclairement 1 éclairement 2 Algorithme

16. Raccordement au réseau public Le producteur d’énergie photovoltaïque peut choisir de vendre uniquementses excédents la totalitéde sa production Cette deuxième option nécessitela mise en place d’une ligne supplémentaire choix technico - économique

17. Tarif de rachat Si la demande de rachat a été effectuée • en 2002 : 15,25 c€ (30,50 c€ Corse et DOM) • après 2002 : tarif2002 x 0,95n x K avecn : nombre d’années après 2002K : coefficient 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 Indexation annuelle au 1er novembre, par application du coefficient L

18. Tarifs de rachat en 2004 en c€ / kWh < 30 kWc 30 kWc à 100 kWc > 100 kWc Toits 57,4 54,6 54 Façades 62,4 59,6 59 Autres 45,7 45,7 45,7 • Allemagne • Italie : 68 c€ / kWh (façades) 48 c€ / kWh (autres) • Luxembourg : 45 c€ / kWh • Espagne : 41 c€ / kWh • France : 14,56 c€ / kWh (29,11 c€ DOM et Corse) • Pays-bas : 9,7 c€ / kWh

19. Production annuelle par kWc installé 900 kWh/kWc 1000 kWh/kWc 1100 kWh/kWc 1200 kWh/kWc 1300 kWh/kWc

20. Approche économique (en 2004) 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 € 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’installation14000 – 7000 = 7 000 € Installation de 2 kWcsur une maison individuelleà MarseilleCoût total TTC (7 € / Wc)7 x 2000 = 14 000 € Temps de retour4760 / 336 = 14 ans Si le prix de rachat du kWhétait 4 fois plus élevé(cf. Allemagne)le temps de retourserait inférieur à 4 ans Production annuelle(1200 kWh / kWc)1200 x 2 = 2 400 kWhGain annuel (14 c€ / kWh)0,14 x 2400 = 336 € 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

21. Réalisation au lycée de l’Estaque

22. Les modules photovoltaïques 16 panneaux photovoltaïques de 110 Wc

23. L’onduleur Solarmax 2000E Puissance nominale 1800 W 90 V < Tension d’entrée < 600 V

24. L’intérieur du boîtier du Solarmax Modules PV PC Réseau

25. Livre blanc de l’U.E. Comparaison de la tendance actuelle avecles objectifs du livre blanc de l’U.E. (en MWc)

26. Production électrique en 2003

27. Production électriqued’origine renouvelable en 2003

28. 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%

29. Fin

30. It = I - i Mesure U et I Temporisation Calcul P = U x I Mesure Ut et It It = I + i Calcul Pt = Ut x It Temporisation Mesure Ut et It Début non Calcul Pt = Ut x It I = It Temporisation non Pt > P ? Pt > P ? Mesure U et I I = It Calcul P = U x I Temporisation Algorithme MMPT Suite 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

31. Fabrication des modules Le silicium est placé dans un creuset Le lingot est découpé en briques Il est fondu en lingot L’énergie nécessaire à la fabrication d’un module représente10% de l’énergie que ce module produira pendant sa vie Les cellules sont assemblées pour constituer un module Les plaques sont transformées en cellules Les briques sont découpées en plaques Suite