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J1-2 - Photovoltaïque sur réseau Technique générale
Bureau d’études indépendant en énergie solaire
2020
1
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b/ Les modules photovoltaïques
Cellule cristalline
Film isolant électrique Tedlar(backsheet)
Verre
Cadre (aluminium , résine)
Boite de raccordement
Encapsulant EVA
Encapsulant EVA
Joint d’étanchéité
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Principales technologies
Demande globale 2019 : environ 115 GW
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Silice et siliciumLa silice est la forme naturelle du dioxyde de silicium (SiO2) La silice représente 60% de la masse de la croûte terrestre continentale. Après l’oxygène, le silicium est l’élément le plus abondant dans la lithosphère,
Le silicium est extrait de l’oxyde par des procédés métallurgiques (n’existe pas à l’état naturel ). Pureté selon application industrielle du silicium : – silicium métallurgique et chimique(pureté à 99%) - acier (ferro-alliages) et aluminium, chimie : silicones– silicium solaire (pureté à 99,999 9%)
– silicium électronique (pureté à 99,999
999 99%) : semi-conducteurs
Silicium : pays producteurs
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Fabrication
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Fabrication
Lingot poly-C (Elkem)
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Les fours
poly-C
mono-C
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Principe de fonctionnement de la cellule photovoltaïque
8
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosolaire/vid/animpv_logs.mp4ou
https://www.youtube.com/watch?v=23i-_v_tWTA
Couche supérieureBusbar
Rayonnementsolaire
Réfléchi
Transmis
Epaisseur d’une cellule PV~170µm (0.17mm)
Couche anti-reflexionSiO2
I
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Évolution des rendements
9 (NREL - nov 2019)
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Les modules photovoltaïques
Principe de mise en série de 36 cellules photovoltaïques.
Un module standard actuel est composé de
60 ou 72 cellules
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Les modules photovoltaïques
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Cellule cristalline
Film Tedlar
Verre
Cadre aluminium
Joint d’étanchéité
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Les modules photovoltaïques
Un module nouvelle génération
contient 120 ½ cellules avec 2 ou 3 boites de jonction au centre du module
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1
2
3
4
5
Puissances spécifiques
1. Poly-cristallin (170 W/m²)2. Mono-cristallin (190 W/m²) 3. Mono-cristallin HP (210 W/m²)4. Silicium amorphe (75 W/m²)5. Si. amorphe semi-transparent (45 W/m²)
+ hétéro-jonction+ tandem
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Rappels d’électricité
• U : tension (Volt - V)
• I : courant (Ampère - A)
• P : puissance (Watt - W)
• Pc : puissance d’une cellule, d’un module, d’un système mesuré dans les Conditions Standard de Test (Watt-crête - Wc)
• Les Conditions Standard de Test – STC :
– Éclairement énergétique = 1 000 W/m²
– Tcellule = 25 °C
– A.M = 1,5
• En courant continu : basse tension entre 120 et 1 500 V
– Puissance : P = U x I (en W ; Watt)
– Energie : E = U x I x t (en Wh ; Wattheure)
• En courant alternatif (monophasé) basse tension entre 50 et 1 000 V
– Puissance active : P = U x I x cos phi (W ; Watt)
– Puissance apparente : S = U x I (en VA)
– Energie : E = U x I x cos phi x t (en Wh ; Wattheure)
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une courbe courant-tension I = f(V)
Les modules photovoltaïques : caractéristiques I-V et P-V pour une cellule seule (3’’, env. 8 x 8 cm)
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Les modules photovoltaïques
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Protection des modules
Diodes de by-pass contre les ombrages partiels (dans boîte de
jonction)
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Fonctionnement des diodes
Module à 3 diodes
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Spécification des modules photovoltaïques
• Pm Puissance nominale (dans les conditions STC, en Wc)
• Icc Courant de court circuit (en A)
• Voc Tension de circuit ouvert (en V)
• Vmpp Tension à puissance maximale (en V)
• Impp Intensité à puissance maximale (en A)
• ki Coefficient de température pour l’intensité (en %/°C)
• kv Coefficient de température pour la tension (en %/°C)
• kp Coefficient de température pour la puissance (en %/°C)
• TUC (NOCT en anglais) Température d’Utilisation des Cellules (en °C)
• I=f(V) Diagramme des caractéristiques
• Surface active des cellules (en m²)
• Rendement du module (en %)
• Certification (NF EN 61215 ou 61646)19
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Dysfonctionnements électriques modules ?
Ombrage partielCela entraîne un effet de mismatch (decalage), disparitédes paramètres électriques des modulesConséquence: Le point de fonctionnement du champ PV estdetermine par le module de plus faible efficacitéSolution: changer les chaînes de modules ou utiliser desmicro-onduleurs
Encrassement des panneauxParticules de fumée, déjections animals, végétaux, sableConséquence: Baisse de performance, points chaudslocalisésSolution: nettoyage des modules
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Dysfonctionnements électriques modules
OxydationDue à une infiltration d’air dans l’encapsulant,Phénomène commun dans les bâtiments d’élevage, en bordde mer, en climat tropicalConséquence: Effet de mismatch, disparité des paramètresélectriques des modulesSolution: Contacter le fabricant PV pour remplacement
Brunissement (marque brune)Dû à une reaction chimique incontrôlée entre lesmatériaux, causant généralement lejaunissement/brunissement du plastique blancConséquence: dégradation –décoloration de l’encapsulant,perte accélérée de rendementSolution: Contacter le fabricant PV pour remplacement
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Dysfonctionnements électriques modules
Traces d’escargot (snail tracks)Une décoloration grise/noire sur la couche de métallisationdu panneau (sur les électrodes en argent). Les effetsressemblent à une trace d’escargot, démarrant souvent aubord de cellule et suivant des fissures (parfois invisibles)Conséquence: Perte de performance non-systématiqueSolution: Vérifier par monitoring les défauts liés auxmodules
Sectionnement des interconnexionsDû à une cellule défectueuse ou liaison bus-bar et suivantune déconnectionConséquence: Déconnexion électrique de la cellule PV oude la série de cellules, perte de performanceSolution: Contacter le fabricant PV pour remplacement
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Dysfonctionnements électriques modules
DélaminationPerte d’adhesion entre verre, encapsulant et cellule PVConséquence: Introduction d’air/humidité, risqué decorrosion, augmentation de l’acide acétique à la surface descellules(produit par la dégradation de l’EVA)Solution: Contacter le fabricant PV pour remplacement
Hot spotImportant courant de court-circuit à travers une cellulenon-protégée par une diode by-pass,Consequence: Importante dissipation d’énergie qui a lieulocalement, entraînant un échauffement anormal localisé.Peut conduire à des effets destructifs (craquage du verre,dégradation de la celluleSolution: Contacter le fabricant PV pour remplacement
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Dysfonctionnements électriques modules
Potential Induced Degradation(PID)Circulation d’un courantélectrique induit dans le module
Décollement de face arrièreLes dommages sur le bord peuvent créer un chemin directoù l'eau liquide pénètre dans un module pendant unetempête de pluie ou en présence de rosée.Conséquence: cela peut créer un chemin électrique direct àla terre, induisant un problème de sécurité très sérieuxSolution: Contacter le fabricant PV pour remplacement
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Source : IEA PVSP T13
https://youtu.be/8k63eAr80kA
Dysfonctionnements électriques modules
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Critères de choix des modules
Puissance unitaire (W/m²) + productivité (Wh/Wc.an)
1. Certifications:
NF EN 61215 / 61646
NF EN 61730
(UL 1703)
2. Tolérance sur Pc(+/- 3% à +/- 10%) tol. positives!
3. Constante de température (-% de Pc/°C)
4. Tests complémentaires:
NF EN 61701(Brouillard salin) / IEC 62716 (Ammoniaque)
… Etc suivant conditions spécifiques.
5. Garanties fabricant (à vérifier) + assurances
6. Prix au Wh/Wc.an26
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Couts marché des modules
Prix constatés en Allemagne (sept. 2019)
(Photon Int.)
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28
Couts marché des modules
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2929
Contenu énergétique / énergie grise
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3030
Temps de retour énergétique
AIE / EPIA
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Recyclage en fin de vie
( > 90%)
Association Européenne :
www.pvcycle.org
Recyclage
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3232
Recyclage : centres de collecte
Filière collective de gestion de la Responsabilité Élargie du Producteur (REP) : Fabricant, importateur, revendeur/distributeur, vendeur à distance,
Trouvez le point d’apport
volontaire le plus proche
sur www.pvcycle.fr.
Après le démontage,
déposez ou faites
déposer vos panneaux
photovoltaïques au
point d’apport
volontaire.
… puis sont
transportés vers
un centre de
recyclage
Les panneaux sont
placés dans les
conteneurs situés
dans les points
d’apport
volontaire... Les matières premières
secondaires peuvent être
utilisées dans de nouveaux
produitsContactez PV CYCLE pour
organiser la collecte sur site
Un camion sera envoyé pour
transporter vos équipements
usagés vers un centre de
recyclage.
PETITS VOLUMES
GROS VOLUMES
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3333
Recyclage : centres de collecte
Association Européenne de fabricants (plus de 200 points de collecte) : www.pvcycle.org
Filière collective de gestion de la Responsabilité Élargie du Producteur (REP) : Fabricant, importateur, revendeur/distributeur, vendeur à distance,
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34
Usine VEOLIA Rousset (Bouches-du-Rhône).
Recyclage
https://www.youtube.com/watch?v=gw_meqs6OCw
70% Verre
85%Réutilisation de la
matière
96% Valorisation (Réutilisation matière +
valorisation énergétique)
12% Aluminium
1% Cuivre
4% Silicium
9% PlastiqueValorisation énergétique
(incinération)
4% Rebus
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35
Merci,
et à bientôt !