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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE L'ARBI BEN MHIDI (OUM EL BOUAGHI) FACULTE DES SCIENCES EXACTES ET S.N.V DEPARTEMENT SCIENCES DE LA MATIERE N° d’ordre: M……./2014 MEMOIRE Pour l'obtention du diplôme Master en Physique Option: Sciences des Matériaux PROTECTION DES PANNEAUX SOLAIRES Présenté par : OUNIS Tarek Diab Sous la direction de : Pr NOUIRI Abd Elkader Soutenu le 04/06/2014 Devant le jury de soutenance suivant: AZIZI CHARIFA Pr UNIV OEB Présidente ABD ELKADER NOUIRI Pr UNIV OEB Rapporteur GUEMINI REBAI Pr UNIV OEB Examinateur Année Universitaire : 2013/2014

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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE L'ARBI BEN MHIDI (OUM EL BOUAGHI)

FACULTE DES SCIENCES EXACTES ET S.N.V

DEPARTEMENT SCIENCES DE LA MATIERE

N° d’ordre: M……./2014

MEMOIRE

Pour l'obtention du diplôme Master en Physique

Option: Sciences des Matériaux

PROTECTION DES PANNEAUX

SOLAIRES

Présenté par : OUNIS Tarek Diab

Sous la direction de : Pr NOUIRI Abd Elkader

Soutenu le 04/06/2014

Devant le jury de soutenance suivant:

AZIZI CHARIFA Pr UNIV OEB Présidente

ABD ELKADER NOUIRI Pr UNIV OEB Rapporteur

GUEMINI REBAI Pr UNIV OEB Examinateur

Année Universitaire : 2013/2014

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dédicaces

je dédie ce modeste travail à:

mes très chers parents, pour leur sacrifices, et qui n'ont

jamais cessé de m'encourager que dieu. me les garde.

mes très chères sœurs

mes très chers frères.

tous mes amis(es).

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remerciements

Tous d’abord, merci pour le grand DIEU qui m’a donné le courage et la

volonté pour achever ce travail.

J’exprime mes remerciements les plus chaleureux à monsieur A. NOUIRI,

Professeur à l’université d’Ome EL-Bouaghi, pour ses encouragements, et d’avoir

mis à ma disposition les outils nécessaires pour l’étude.

Je tiens à exprimer ma respectueuse gratitude à:

Mr A. MAHDOUB, professeur à l’université d’Ome EL-Bouaghi , qui m’a fait

le privilège de présider ce jury.

Mes vifs remerciement vont aussi à :Mr.R.GUEMINI , professeur à l’université

d’Ome EL-Bouaghi . Pour avoir accepté de me faire l’honneur de juger de travail

et de participer à mon jury de mémoire.

je tiens à remercier tous ceux qui m'a enseigné et étudié avec moi

je tiens également à remercier tous ceux qui ont participé de prés ou de loin à la

réalisation de ce travail.

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SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE...................................................................................................01

CHAPITRE I: ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE

I Introduction.................................................................................................................................03

I.2 Ensoleillement et lumière.............................................................................................. ...........03

I.2.1 Qu’est-ce que la lumière ?.....................................................................................................03

a- Un peu de physique....................................................................................................................03

b- Couleur et longueur d’onde.......................................................................................................03

I.2.2 Le rayonnement solaire.........................................................................................................04

I.2.3 Rayonnement solaire et atmosphère......................................................................................05

I.3 Techniques pour utiliser l'énergie solaire.................................................................................07

I.3.1 Solaire a concentration la thermodynamique........................................................................07

I.3.2 Solaire thermique..................................................................................................................08

I.3.3 Solaire photovoltaïque..........................................................................................................09

I.4 Cellules et panneaux photovoltaïque.......................................................................................09

I.4.1 Historique.............................................................................................................................09

I.4.2 Principe du photovoltaïque...................................................................................................09

I.4.3 Définition des cellules solaires.............................................................................................11

I.4.4 Structure physique de la cellule photovoltaïque...................................................................11

I.5 Les couches formants la cellule solaire..................................................................................12

a- Couche semi-conductrice de type p (collecteur)......................................................................12

b- Couche semi-conductrice de type n (émetteur)........................................................................12

c- Doigts de contact et contact métallique de la face arrière........................................................12

d- Couche anti-réflexion (CAR)...................................................................................................13

I.6 Caractéristiques électriques et paramètres de la cellule photovoltaïque................................13

I.6.1 Zones de fonctionnement d’un module photovoltaïque.......................................................14

I.6.2 Les paramètre de la cellule photovoltaïque........................................................................14

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a- Courant de court-circuit (Icc)....................................................................................................15

b- Tension de circuit ouvert (Vco)..................................................................................................15

C-Facteur de forme (FF)................................................................................................................16

D-Rendement de conversion d’énergie η.......................................................................................16

I.6.3 Fonctionnement a puissance maximale.................................................................................17

I.6.4 Influence de l’éclairement et la température.........................................................................18

I.6.5 Constitution d’un module photovoltaïque.............................................................................19

I.7 La fabrication des cellules photovoltaïques.............................................................................21

I.7.1 La silice : matière première d'une cellule photovoltaïque.....................................................21

I.7.2 Extraction et purification du silicium....................................................................................22

a- Extraction du silicium à partir de la silice.................................................................................22

b- Purification du silicium.............................................................................................................23

I.7.3 Obtention des lingots de silicium..........................................................................................23

a- Le silicium polycristallin...........................................................................................................24

b- Le silicium monocristallin.........................................................................................................24

I.7.4 Obtention des wafers photovoltaïques...................................................................................25

I.7.5 Dopage du silicium................................................................................................................26

a- Qu'est-ce que le dopage ?..........................................................................................................26

b- Dopage de type N......................................................................................................................26

d- Dopage de type P.......................................................................................................................27

C- Les 3 méthodes de dopages.......................................................................................................28

I.8 Types de cellules et panneaux photovoltaiques.......................................................................29

I.8.1 Panneaux en silicium cristallin.............................................................................................29

a-Silicium monocristallin..............................................................................................................29

b-Panneaux en silicium polycristallin...........................................................................................30

I.8.2 Panneaux a couche mince.....................................................................................................30

a- silicium amorphe.......................................................................................................................31

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b- CdTeS (Tellure de cadmium-Sulfure de cadmium)..................................................................31

c- GaAs (Arséniure de gallium).....................................................................................................32

d-CIS, CIGS et CIGSS (Alliages de cuivre iridium diséléniure)..................................................32

I.9 Conclusion............................................................................................................................. ...33

CHAPITRE II: NETTOYAGE DE PANNEAU PHOTOVOLTAÏQUE

II.1 Introduction.............................................................................................................................34

II-2 Maintenance de panneau photovoltaïque...............................................................................34

II.2.1 L’inspection visuelle des modules (annuelle)..........................................................................34

II.3 Pollution des panneaux solaire................................................................................................35

II.3.1 Dans les environnements très secs et arides,(sud Algérienne).............................................35

II.3.2 Dans les environnements plus frais et humides,(nord Algérienne)......................................35

II.4 Nettoyage de Panneaux Photovoltaïque..................................................................................36

II.4.1 Le processus de nettoyage....................................................................................................37

II.4.2 La pluie suffit nettoyer les panneaux..................................................................................37

II.4.3 Nettoyage par saison............................................................................................................38

II.4.4 Déneigement des modules....................................................................................................38

II.4.5 Une vérification et un dépoussiérage annuels des onduleurs...............................................39

II.4.6 Quelques conseils supplémentaires......................................................................................39

II.5 Couches de protection pour panneaux solaires et photovoltaïques........................................40

II.5.1 Compatibilité chimique avec tous les types d‘étanchéité.....................................................40

II.5.1.1 Regupol resist solar...................................................................................................................40

II.5.1.2 Regupol walkway AK...............................................................................................................41

II.5.1.3 Tapis anti-repousse Regupol...................................................................................................41

II.5.2 Film protection UV pour panneaux photovoltaïques de micel-films...................................42

II.5.2.1 A l'avant du panneau photovoltaïque........................................................................................42

II.5.2.2 A l'arrière du panneau photovoltaïque...................................................................................42

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II.6 Conclusion...............................................................................................................................43

CHAPITRE III: PARTIE EXPERIMENTAL

III.1 Introduction............................................................................................................................44

III.2 Dispositif expérimental..........................................................................................................44

III.3 Panneau avec couverture en plastique...................................................................................45

III.3.1 Conditions de l'expérience.................................................................................................45

III.3.2 Interprétation des résultats..................................................................................................49

III.4 Panneau avec couverture en grains de verre..........................................................................49

III.4.1 Diamètres du grains de verre déposés d'un façon..............................................................50

III.4.2 Conditions de l'expérience ................................................................................................50

III.4.3 Interprétation des résultats..................................................................................................52

III.5 Panneau avec couverture en grains de verre aléatoire..........................................................53

III.5.1 Diamètres du grains de verre déposés d'un façon ordonnée..............................................53

III.5.2 Conditions de l'expérience.................................................................................................53

III.5.3 Interprétation des résultats..................................................................................................56

III.6 Conclusion.............................................................................................................................56

CONCLUSION GENERAL..........................................................................................................57

Résumé...........................................................................................................................................58

Référence bibliographique.............................................................................................................59

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LISTE DES FIGURES

N° Figure Désignation Page

1 Evolution de la production mondiale de cellules photovoltaïques (en MWc)

1

I.1 Spectre solaire

4

I.2 Soleil (document SOHO-EIT/ ESA-NASA)

5

I.3 Définition de l’Air Mass : m = 1/sin(h)

6

I.4 Influence des nuages sur le rayonnement solaire.

7

I.5 Module de concentration thermodynamique

8

I.6 Capteur solaire thermique

8

I.7 Structure d’un atome et extraction d’un électron par un photon.

10

I.8 Fonctionnement d'une cellule photovoltaïque 12

I.9 Les différentes couches d’une cellule solaire

13

I.10 Caractéristique I(V) et Les différentes zones de fonctionnement d'un

module photovoltaïque

14

I.11

Caractéristique courant-tension et paramètres physique d'une cellule

photovoltaïque

15

I.12

Evolution du PPM d'un module photovoltaïque d'une puissance crêt de

80W en fonction de l'éclairement (A) et de la température (B)

17

I.13 Influence de l’éclairement sur la caractéristique I(V) et P(V) à T=25°C

(1) :1000W/m2 ; (2) : 800W/m2 ; (3) : 600W/m2 ; (4) :400W/m2 ; (5)

:200W/m2

18

I.14 Influence simultanée de l’éclairement et la température sur la caractéristique

I(V)

(1) :1000W/m2, 55°C ; (2) :800W/m2, 44°C; (3) :600W/m2, 40°C ; (4)

:400W/m2, 32°C ; (5) :200W/m2, 25°C

19

I.15 Groupement des cellules PV en série

20

I.16 Groupement des cellules en série-

20

I.17 Schématisation d’un GPV élémentaire avec diode by-pass et diode anti-

retour

21

I.18 sable(SiO2)

22

I.19 Réacteur de réduction

23

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I.20 Lingots de silicium purifiés à 99.99 %

23

I.21 Méthode de Czochralski

24

I.22 Equeutage

26

I.23 La coup du lingot par une scie à fil

26

I.24 Silicium dopé N

27

I.25 Silicium dopé P

27

I.26 Les étapes de fabrication d’une cellule solaire

28

I.27 Panneau en silicium monocristallin

29

I.28 Panneau en silicium polycristallin

30

I.29 Module a couche mince

31

II.1 Fientes d'oiseaux

36

II.2 Sable sur les bords du cadre

36

II.3 Nettoyage(panneau solaire) 37

III.1 Dispositif expérimental

44

III.2 Panneau avec couverture en plastique

45

III.3 Influence des différents couverture sur les caractéristiques I-V

46

III.4 Influence des différents couverture sur les caractéristiques P-V

47

III.5 Panneau avec couverture en grains de verre

49

III.6 Influence de grains de verre ordonné sur les caractéristique I-V

51

III.7 Influence des grains de verre ordonnée sur les caractéristique P-V

52

III.8 Panneau avec couverture en grains de verre aléatoire

53

III.9 Influence des grains de verre aléatoires sur les caractéristique I-V

54

III.10 Influence de grains en verre aléatoires sur les caractéristique I-P

55

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Introduction générale

1

Introduction générale

En raison du développement de l'industrie, du transport et des moyens de communication,

une croissance de la consommation mondiale d’électricité a été observée pendant les dernières

décennies. Cependant, la plupart de l’énergie électrique est produite par combustion de

ressources non renouvelables (carbone, pétrole, gaz, nucléaire) dont le délai d’épuisement est

estimé à quelques décennies. De plus, ce type de production d’énergie est très polluant. Le

développement des sources d’énergies renouvelables et non polluantes est donc d’actualité.

Parmi les sources d’énergies renouvelables, on compte le vent, les flux marins et océaniques,

la géothermie, le solaire (cellules photovoltaïques), etc.… Ce dernier est une source d’énergie

très puissante. En effet, la puissance du rayonnement solaire au niveau du sol est d’environ 950

Watt/m2 [1]. La quantité totale d’énergie solaire reçue au niveau du sol pendant une semaine

dépasse l’énergie produite par les réserves mondiales de pétrole, de carbone, de gaz et

d’uranium. Mais dans la plupart des cas, une conversion (transformation) de l’énergie du

rayonnement solaire en électricité est nécessaire.

L’électricité photovoltaïque est obtenue par la transformation directe de la lumière du soleil

en électricité, au moyen de cellules photovoltaïques. La production d’électricité photovoltaïque

connaît une croissance importante depuis les années 1990-95, pour dépasser les 25,900

Mégawatts [1] en 2013 figure 1.

Figure 1 : Evolution de la production mondiale de cellules photovoltaïques (en MWc) [1].

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Introduction générale

2

Le matériau le plus commercialisé dans l’industrie photovoltaïque est le silicium cristallin

(abondant, facile à processeur, non toxique). Cependant, dans le coût du module, le prix du

matériau intervient pour environ 50% et de nombreuses études visent donc à réduire les coûts

relatifs à la préparation des substrats [2].Mais le problème de la maintenance et la protection

reste a poses malgré que plusieurs techniques de nettoyage sont proposées.

Le travail présenté dans ce mémoire a porté sur la la protection et la maintenance des

panneaux solaires sans réduire le rendement.

Ce manuscrit se présente de la façon suivante :

- dans le premier chapitre, nous décrivons la structure et le fonctionnement des cellules

photovoltaïques industrielles et les différents (caractéristiques ,matériaux, et type des panneaux)

qui limitent le rendement des cellules photovoltaïques.

- le second chapitre concerne de l' accumulation de saleté et le poussière qui se déposent sur

les panneaux PV et leur influence sur le rendement de panneau PV et le nettoyage direct et

périodique des panneaux solaires

- Dans le troisième chapitre, nous allons présenté une étude expérimentale sur un panneau

solaire, le projet consiste a réaliser (fabriquer) des couvertures transparentes en (plastique ou

autre matériaux transparentes comme le verre ) pour protéger le panneau solaire contre les

poussières.

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Chapitre I

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

3

I-1 Introduction

Ce chapitre présente les bases indispensables à la compréhension du sujet. Nous aborderons ainsi

en premier lieu quelques notions sur la source d’énergie que représentent le soleil, et son

application dans le domaine photovoltaïque. Nous décrirons ensuite le fonctionnement des

cellules photovoltaïques, leurs caractéristiques principales, les différents méthodes de

fabrication des cellules PV, et différents types des panneaux solaire PV qui limitent le rendement

des cellules photovoltaïques

I.2 ensoleillement et lumière

I.2.1 Qu’est-ce que la lumière ?

a. Un peu de physique

Un faisceau lumineux est un déplacement de petits corps porteurs d’énergie, ou photons, comme

l’a décrit Einstein en 1905,pour expliquer l’effet photoélectrique.

Depuis l’équivalence onde-corpuscule mise en évidence par Louis de Broglie en 1924, la lumière

est décrite également comme une onde électromagnétique, comme les rayons X ou les ondes

radiofréquences. Tout est une question de longueur d’onde, ou de fréquence, pour ces

oscillations qui traversent l’espace et parfois la matière. Chaque photon porte une quantité

d’énergie directement liée à sa longueur d’onde.

b-Couleur et longueur d’onde

La longueur d’onde d’un faisceau lumineux caractérise sa couleur, telle que la perçoit notre œil.

Bien sûr, tous les rayonnements ne sont pas perceptibles par l’œil, mais ils ont aussi leur

longueur d’onde, qui dépend de leur fréquence : fréquences radio, microondes.....

Puisque la photopile a pour vocation de fournir de l’électricité dans le monde où nous vivons,

elle est conçue pour convertir les longueurs d’onde disponibles dans notre environnement, et

propres au développement de la vie.

Regardons de quoi se compose le rayonnement du soleil parvenant à la surface de la terre :

l’infrarouge procure de la chaleur, le visible est nécessaire à la croissance des plantes et des

animaux (dont nous faisons partie, s’il est besoin de le préciser), et l’ultraviolet brunit la peau et

tue les bactéries. Le spectre du soleil s’étend de 200 nm à 3 μm (= 3 000 nm) (. figure I.2).

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

4

Quoi de plus naturel pour les physiciens du siècle dernier que de nommer « ultraviolette » la

lumière plus bleue que le bleu-violet

perceptible par l’œil, et « infrarouge » la lumière moins rouge que celle que notre œil détecte ?

En effet, la perception oculaire moyenne de l’homme s’étend du bleu (longueur d’onde 380 nm)

au rouge (longueur d’onde 780 nm), en passant par les couleurs que l’arc-en-ciel nous dévoile

lorsque les gouttes de pluie décomposent la lumière blanche[3].

Figure I.1 Spectre solaire[4]

I.2.2 Le rayonnement solaire

Énergie naturelle par excellence, le Soleil, cet astre incandescent dont la température de surface

est voisine de 5 500 °C, nous dispense chaleur et lumière. Centre de notre système planétaire, sa

place est si grande dans l’activité terrestre sous toutes ses formes qu’il fut bien souvent objet

d’adoration.

Source indirecte des énergies usuelles de notre temps (sous forme chimique et biochimique en

particulier), ce n’est qu’au XVIIe siècle que l’on songea à utiliser directement le Soleil à des

fins techniques : Lavoisier a, l’un des premiers, employé une lentille convergente de 1,30 m de

diamètre pour obtenir la fusion d’un morceau de fer placé à son foyer.

Ce n’est qu’en 1954 que les premières piles solaires produisant de l’électricité firent leur

apparition, grâce aux travaux de Bell Laboratories (États-Unis).[3]

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

5

Figure I.2 Soleil (document SOHO-EIT/ ESA-NASA).

I.2.3 Rayonnement solaire et atmosphère

La distance de la Terre au Soleil est d’environ 150 millions de kilomètres et la vitesse de la

lumière est d’un peu plus de 300 000 km/s ; les rayons du soleil mettent donc environ 8 min à

nous parvenir.

La constante solaire est la densité d’énergie solaire qui atteint la frontière externe de

l’atmosphère faisant face au Soleil. Sa valeur est communément prise égale à 1 360 W/m2 (bien

qu’elle varie de quelques % dans l’année à cause des légères variations de la distance Terre-

Soleil).

Lors de la traversée de l’atmosphère, ce rayonnement de 1 360 W/m2 subit des déperditions, du

fait de son absorption partielle par les gaz atmosphériques et la vapeur d’eau. Ainsi, le flux reçu

sur la Terre est inférieur au flux « initial » et dépend de l’angle d’incidence, et donc de

distance parcourue par le soleil à travers l’atmosphère et donc les

En effet, si l’on fait face au Soleil, on le voit à une certaine hauteur, qu’on appelle hauteur

apparente. C’est l’angle h entre le plan horizontal situé sous nos pieds et une droite pointée vers

le Soleil.[5.6.7]

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

6

On voit bien sur la figure I.3 que cet angle h détermine la distance parcourue par le soleil à

travers l’atmosphère et donc les pertes engendrées.

Figure I.3 Définition de l’Air Mass : m = 1/sin(h)

On appelle m (masse atmosphérique), ou Air Mass, cette distance calculée en multiples de la

distance parcourue si le soleil était à la verticale du lieu.

Sur notre figure, m = 1 si le Soleil entre dans l’atmosphère au point A, et m = 2 s’il y entre en M,

donc :

m = 1/sin(h)..........................(I-1)

Quant aux conditions normalisées de test des panneaux solaires, elles sont caractérisées par un

rayonnement instantané de 1 000 W/m2, un spectre solaire AM 1,5 et 25 °C de température

ambiante. Ces conditions sont appelées STC (Standard Test Conditions). La figure I.1 montre ce

spectre AM 1,5 normalisé : les « trous » que l’on observe correspondent aux absorptions par les

gaz de l’atmosphère.

La figure I.4 nous montre l’influence de cette couverture nuageuse sur le rayonnement reçu sur

la Terre. Notons au passage la différence entre le rayonnement direct, les rayons du soleil qui

nous parviennent en ligne droite, et le rayonnement diffus, les rayons qui subissent de multiples

réflexions et nous parviennent

alors de toutes les directions à travers les nuages. Le rayonnement solaire est entièrement diffus

lorsqu’on ne peut plus voir où se trouve le soleil. Quant au rayonnement global, c’est la somme

du rayonnement direct et du rayonnement diffus.[5]

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

7

Figure I.4 Influence des nuages sur le rayonnement solaire.

Pour résumer, le soleil dispense typiquement à un instant t sur la terre (en rayonnement global) :

• 1 000 W/m2 avec un soleil au zénith et un ciel parfaitement dégagé ;

• 100-500 W/m2 sous un ciel nuageux ;

• moins de 50 W/m2 sous un ciel vraiment couvert.

I.3 Techniques pour utiliser l'énergie solaire

Il existe principalement trois façons d'utiliser directement l'énergie solaire : la

thermodynamique, la thermique, et le photovoltaïque.

I.3.1 solaire a concentration la thermodynamique

le solaire a concentration la thermodynamique est une technologie qui utiliser des miroir qui

concentrent l'énergie solaire vers un tube contenant un fluide caloporteur qui chauffe jusqu'a une

température pouvant atteindre 500°C. La chaleur obtenue est transférée a un circuit d'eau, la

vapeur alors produit actionne une turbine couplée a une alternateur qui produit l'électricité . L'un

des grands avantage de cette technologie provient du fait que la chaleur peut être stockée,

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

8

permettant ainsi aux centrale solaire de produit de l'électricité pendant la nuit. la centrale

ANDASOL1,a grenade, a ainsi une autonomie de 7heures, mais des projet en cours ont comme

objectif une autonomie de 20heures [8].

les miroirs qui collectent l'énergie solaire (places a 3ou 4 mètre du sol) forment une zone

d'ombre sur le sol, cependant il arrive suffisamment de lumière pour cultiver des fruit ou des

légumes. une partie de l'eau douce formée sur place par condensation en sortie de turbine, peut

être utilisée pour l'arrosage[8-9].

Figure I.5 Module de concentration thermodynamique

I.3.2 solaire thermique

le principe de l'énergie thermique consiste à transformer le rayonnement solaire en énergie

thermique grâce à une fluide qui circule dans des panneaux exposés au soleil, Figure I.6 cette

forme de conversion d'énergie peut être directe si on vent uniquement chauffer de l'eau sanitaire .

Par contre si on veut générer de l'électricité , il faudra utiliser des générateurs qui convertissent

thermique générer en électricité (par exemple. moteur a air chaud).[10]

figure I.6 Capteur solaire thermique

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

9

I.3.3 Solaire photovoltaïque

contrairement à l'énergie solaire thermique qui utiliser le soleil comme source de chaleur,

l'énergie solaire photovoltaïque utiliser le soleil comme source de lumière en transformant en

électricité l'énergie des photons arrivant a la surface de la terre. La lumière solaire (photons)

transmet son énergie aux électrons continue dans un semi-conducteur (qui constitue une cellule

photovoltaïque). Cette transformation (effet photovoltaïque) est sans action mécanique, sans

bruit, sans pollution et sans combustible. L'effet photovoltaïque a été découverte par le

physicienne français A.becquerel en 1839. le mot( photovoltaïque) vient du mot( photo) (( du

grec(phos) qui signifie(lumière))) et du mot (volt)((patronyme du physicienne Alessandron Volta

qui a contribué de manière très importante à la recherche en électricité))[8-9].

I.4 cellules et panneaux photovoltaïque

I.4.1 Historique

Quelques dates importantes dans l’histoire du photovoltaïque :

1839 : Le physicien français Edmond Beckerel découvre l’effet photovoltaïque.

1875 : Werner Von Siemens expose devant l’académie des sciences de Berlin un article sur

l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs.

1954 : Trois chercheurs américains Chapin, Peason et Prince fabriquent une cellule

Photovoltaïque.

1958 : Une cellule avec un rendement de 9 ℅ ; les premiers satellites alimentés par des cellules

solaires sont envoyés dans l’espace.

1973 : La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à

l’université de Delaware.

1983 : La première voiture alimentée en énergie photovoltaïque parcourt une distance de 4000

Km en Australie.

I.4.2 Principe du photovoltaïque

La conversion photovoltaïque se produit dans des matériaux semi-conducteurs. Qu’est-ce que la

photoconductivité d’un semi-conducteur ?

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

10

Figure I.7 Structure d’un atome et extraction d’un électron par un photon.

Rappelons tout d’abord les deux points suivants :

• Toute matière est faite d’atomes comportant des électrons (charges négatives élémentaires) qui

gravitent autour d’un noyau

• Un courant électrique est une circulation d’électrons.

Dans un isolant électrique, les électrons de la matière sont liés aux atomes et ne peuvent pas se

déplacer.

Dans un conducteur électrique (un fil de cuivre par exemple), les électrons sont totalement

libres de circuler et permettent le passage d’un courant.

Dans un semi-conducteur, la situation est intermédiaire : les électrons contenus dans la

matière ne peuvent circuler que si on leur apporte une énergie pour les libérer de leurs atomes.

Quand la lumière pénètre dans un semi-conducteur, ses photons apportent une énergie permettant

aux électrons de se libérer et de se déplacer dans la matière, il y a donc courant électrique sous

exposition à la lumière.

Le semi-conducteur le plus utilisé est disponible en quantité incalculable à la surface de la

Terre, puisque présent dans le sable sous forme de silice et de silicates : il s’agit du silicium (Si).

C’est ce silicium qui compose les circuits intégrés, utilisés massivement dans l’électronique.

Pour simplifier, un photogénérateur est donc physiquement une tranche de silicium que l’on

prend en sandwich entre deux électrodes métalliques (+) et (–) pour collecter le courant produit.

Mais pour « attirer » ces électrons vers les électrodes, il faut une force interne.

On comprend cette nécessité en repensant à la chute d’eau : la gravitation terrestre entraîne l’eau

vers le sol, créant ainsi un débit et donc de l’énergie. Ce n’est pas l’eau elle-même qui est source

d’énergie mais son déplacement.

Dans un photogénérateur, c’est en créant une différence de potentiel entre ses bornes que l’on

permet la circulation du courant. Et c’est le « dopage » des parties avant et arrière de la « tranche

» de silicium qui va permettre l’apparition de cette différence de potentiel :

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11

• dopage de type p sur une face, par adjonction d’atomes de bore (B), contenant moins

d’électrons périphériques par atome que le silicium ;

• dopage de type n sur l’autre face, par adjonction d’atomes de phosphore (P), contenant plus

d’électrons périphériques par atome que le silicium.

On obtient ainsi une « jonction » possédant un champ électrique interne pour entraîner vers le

circuit extérieur les charges électriques libérées sous illumination.

D’un point de vue électronique, un photogénérateur est donc une

jonction p-n ou p-i-n (parfois, on ajoute une couche intrinsèque, c’est-à-dire non dopée entre la

couche p et la couche n) réalisée dans un semi-conducteur absorbant dans le spectre visible.[3]

I.4.3 Définition des cellules solaires

Les cellules solaires sont des dispositifs qui convertissent l'énergie solaire directement en

électricité, soit directement par l'effet photovoltaïque, ou indirectement par converti la première

énergie solaire en énergie thermique ou chimique[11].

La forme la plus commune des cellules solaires sont basés sur le photovoltaïque en

vigueur en ce qui la lumière tombant sur un dispositif à deux couches semi-conducteur produit

une différence photo-voltage ou potentiel entre les couches. Cette tension est capable de

conduire un courant à travers un circuit externe et ainsi produire une œuvre utile [12].

I.4.4 Structure physique de la cellule photovoltaïque

La cellule photovoltaïque est réalisée à partir d’une jonction PN d’un matériau semi-

conducteur(silicium) dopé en volume avec un élément tel que le bore qui le rend positif (zone p)

et contre dopé dans une zone superficielle avec du phosphore qui le rend négatif (zone n). Le

champ électrique qui règne à la jonction de ces deux zones dopées différemment sépare les

charges électriques photo-générées par la lumière solaire (paires électron-trou) et assure leur

évacuation du cristal (les électrons par la cathode et les trous par l'anode) sous une tension de

l'ordre de 0,5 Volts et un courant continu de l'ordre de 30 mA pour chaque cm2 de capteur sous

un ensoleillement maximum de 1 kW/m2 [13].

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12

Figure 1.8 Fonctionnement d'une cellule photovoltaïque

I.5 les couches formants la cellule solaire

a-Couche semi-conductrice de type p (collecteur)

Le matériau semi-conducteur contient des atomes externes qui possèdent une quantité

inférieure d'électrons libres. On obtient ainsi un excédent positif de porteurs de charge (trous

d'électrons) dans le matériau semi-conducteur. Ces couches sont appelées des couches semi-

conductrices à conduction de type p (base),sont pour rôle de motiver le piégeages de porteurs

minoritaire.

b-couche semi-conductrice de type n (émetteur)

le semi-conducteur contient des atomes externes qui possèdent une quantité supérieure

d'électrons libres. On obtient ainsi un excédent négatif déporteurs de charge (électrons) dans le

matériau semi-conducteur. Ces couches sont appelées des couches semi-conductrices à

conduction de type n (émetteur) sont plus mince que la base et fortement dopé.

C-Doigts de contact et contact métallique de la face arrière

Avec le contact métallique arrière, les doigts de contact constituent les connexions

permettant de brancher par exemple un consommateur.

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13

D-Couche anti-réflexion (CAR)

La couche anti-réflexion a pour but de protéger la cellule PV et de réduire les pertes de

réflexion à la surface de la cellule, Différentes CAR sont utilisées en photovoltaïque : TiO2,

SiO2, ZnS, MgF2, SiNx, etc [14].

Figure I.9 Les différentes couches d’une cellule solaire .

I.6 Caractéristiques électriques et paramètres de la cellule photovoltaïque

La courbe de la caractéristique courant-tension d'une cellule PV est montrée dans la Figure

I.11 Dans des conditions de court-circuit, le courant généré est à son maximum (Isc), tandis que

lorsque le circuit est ouvert, la tension (Voc=tension du circuit ouvert) est a son maximum. Dans

les deux conditions susmentionnées, l'énergie électrique produite dans la cellule est nulle, alors

que dans toutes les autres conditions, lorsque la tension augmente, l'énergie produite augmente

également : elle atteint tout d'abord le Maximum Power Point (Pm) puis elle chute soudainement

jusqu'a approcher la valeur de tension a vide.

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14

Figure I.10 Caractéristique I(V) et Les différentes zones de fonctionnement d'un module

photovoltaïque

I.6.1 zones de fonctionnement d’un module photovoltaïque

les différentes zones de fonctionnement sont les suivantes :

- Zone 1 – 2 : fonctionnement en générateur de tension.

- Zone 2 – 3 : zone préféré pour le fonctionnement du module, le point de fonctionnement

optimal défini par le courant Imp et la tension Vmp est celui où le module délivre sa

puissance maximale.

- zone 3- 4 : fonctionnement en générateur de courant constant proportionnel à

l’éclairement.

Pour confronter un peu plus notre modèle à la réalité, il est nécessaire d’étudier comment

certains paramètres, tels que le rayonnement reçu, ou la température de jonction vont influencer

la caractéristique courant-tension[4]

I.6.2 les paramètres de la cellule photovoltaïque

il existe de nombreux paramètres qui permettent de caractériser une cellule solaire.Ces

paramètres sont appelée paramètres photovoltaïques et sont déduits de la caractéristique I(V) .

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15

La figure I.12 représente une caractéristique courant-tension I(V) dans le noir et sous

illumination typique d'un cellule photovoltaïque à jonction PN .Le tracé de cette courbe permet

d'accéder a bon nombre de paramètre physiques caractéristiques du composant. Les première

paramètres qui apparaissent sur la caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque

sont le courant de court-circuit(Icc), la tension a circuit ouvert(Voc) et le facteur de forme (FF) du

composant.

Figure I.11 Caractéristique courant-tension et paramètres physique d'une cellule photovoltaïque

A-Courant de court-circuit (Icc)

Il s'agit du courant lorsque le potentiel appliqué à la cellule est nul. C'est le plus grand courant

que la cellule peut fournir. Celui-ci est fonction de la température , de la longueur d'onde du

rayonnement , de la surface active de la cellule, de la mobilité des porteurs .Ce courant est

linéairement dépendant de l'intensité lumineuse reçue.

B-Tension de circuit ouvert (Vco)

Comme son nom l'indique, c'est la tension aux bornes de la cellule lorsqu'elle n'est pas

connectée a une charge ou lorsqu'elle est connectée à une charge de résistance infinie. Elle

dépend essentiellement du type de cellule solaire (jonction PN, jonction shottky), des matériaux

de la couche active et de la nature des contactes de la couche active-électrode. Elle dépend de

plus de l'éclairement de la cellule[15].

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16

𝑽𝒐𝒄 =𝑲𝑻𝒄

𝒒𝒍𝒐𝒈

𝑰𝑝ℎ

𝑰𝒔+ 𝟏 ...........................(I-2)

𝑘𝑇

𝑞:représente le potentiel thermodynamique

q : charge de l’électron (1.9*10-19

Coulombs).

k : la constante de Boltzmann.1.38*10-23

J/K

Iph le courant photonique

Is : courant de saturation..

Tc : température absolue (en kelvin).

C-facteur de forme (FF)

un paramètre important est souvent utiliser a partir de la caractéristique I(V) pour qualifier la

qualité d'une cellule ou d'un générateur PV: c'est le facteur de remplissage ou fill factor (FF). Ce

coefficient représente le rapport entre la puissance maximale que peut délivré la cellule notée

Pmax et la puissance formée par le rectangle( Icc*Voc) plus la valeur de ce facteur sera grande, plus

la puissance exploitable le sera également. Les meilleures cellules auront donc fait l'objet de

compromis technologiques pour atteindre le plus possible les caractéristiques idéales[16], il est

défini la relation suivante:

𝐅𝐅 =𝑽𝒎𝑰𝒎

𝑽𝒄𝒐𝑰𝒄𝒄 ....................................(I-3)

D-Rendement de conversion d’énergie η

le rendement, des cellules PV désigne le rendement de conversion en puissance. Il est défini

comme étant le rapport entre la puissance maximale délivrée par la cellule et la puissance

lumineuse incidente, Pin [17] .

=𝑽𝒎𝑰𝒎

𝑷𝟎= 𝐅𝐅

𝑽𝒄𝒐𝑰𝒄𝒄

𝑷𝟎.....................(I-4)

Ce rendement peut être amélioré en augmentent le facteur de forme, le courant de court-circuit et

la tension a circuit ouvert. Le rendement de conversion est un paramètre essentiel .En effet, la

seul connaissance de sa valeur permet d' évaluer les performances de la cellule.

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17

I.6.3 fonctionnement a puissance maximale

la caractéristique électrique P(V) de ce type de GPV s'avère proche de celle d'une cellule PV

aux rapports de proportionnalités près. Ces rapports dépendent du nombre des cellules

connectées en série et de nombre de branche des cellules associées en parallèle. Cette

caractéristique est également non linéaire et présente un point de puissance maximal (PPM)

caractérisé par un courant et une tension nommés respectivement, comme pour la cellule, Imax et

Vmax sur la figure I.13 nous pouvons observer l'évolution du PPM d'un module commercial

typique de 80W crêtes constitué de 36 cellules monocristallines en série, en fonction de la

température et de l'éclairement.

(A) (B)

Figure I.12 Evolution du PPM d'un module photovoltaïque d'une puissance crêt de 80W en

fonction de l'éclairement (A) et de la température (B)

Dans un système électrique comprenant une source et une charge, la recherche du point de

fonctionnement optimal par des techniques d'optimisation représente ce qui est le plus important

.Dans le cas du photovoltaïque, cette démarche est plus complexe du fait que la caractéristique

des cellules dépend fortement de l'ensoleillement et de la température ambiante, entre autres. Il

faut trouver un dispositif permettant de fonctionner a tout moment suivant le point de

fonctionnement optimal. Différentes méthodes de maximisation de puissance classées en deux

catégories: les méthodes indirectes, utilisent des bases de données regroupant les caractéristiques

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

18

des panneaux photovoltaïque(PV) dans différentes conditions climatique (température,

ensoleillement...) mais aussi des équations mathématiques empiriques permettant de déterminer

le point de puissance maximum et les méthodes directes, sont des méthodes qui utilisent les

mesures de tension et de courant des panneaux et dont l'algorithme est base sur la variation de

ces mesures .L'avantage de ces algorithmes est qu'ils ne nécessitent pas une connaissance

préalable des caractéristiques des panneaux PV. Parmi ces méthodes, on retrouve la méthode de

différenciation, la méthode Perturb & Observ(PetO), l'incrément de conductance.

I.6.4 Influence de l’éclairement et la température :

la caractéristique d'une cellule PV (ou d'un générateur PV)est directement dépendante de

l'éclairement et de la température.

les variations du courant et de la puissance en fonction de la tension pour différents niveaux

d'éclairements a température maintenue constante 25°C ,figure I.13 montrent clairement

l'existence de maxima sur les courbes de correspondant aux point de puissance maximale Pmax

lorsque l'irradiation varie pour une température donnée, le courant de court-circuit Icc varie

proportionnellement a l'irradiation, dans un même temps, la tension de circuit ouvert Vco (a

vide) varie très peu.

Figure I.13 Influence de l’éclairement sur la caractéristique I(V) et P(V) à T=25°C

(1) :1000W/m2 ; (2) : 800W/m2 ; (3) : 600W/m2 ; (4) :400W/m2 ; (5) :200W/m2 .

la température est un paramètre très important dans le comportement des cellule solaire. la

température a également une influence sur la caractéristique d'un générateur PV, la figure I.14

présente la variation des caractéristiques d'un cellule PV en fonction de la température a un

éclairement donnée, l'éclairement est ici fixé a 1000w/m².

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19

Figure I.14 Influence simultanée de l’éclairement et la température sur la caractéristique I(V)

(1) :1000W/m2, 55°C ; (2) :800W/m2, 44°C; (3) :600W/m2, 40°C ; (4) :400W/m2, 32°C ; (5)

:200W/m2, 25°C .

par contre , si la température croit a irradiation constante , la tension a vide Vco décroit avec

la température .Plus la température est élevée plus Vco est faible et le courant de court-circuit Icc

augmente avec la température .Cette hausse est nettement moins important que la baisse de

tension .L'influence de la température sur Icc peut être négligée dans la majorité des cas.

la température et l'éclairement sont donc les deux principaux qui vont modifier la

caractéristique d'un générateur PV. Ces paramètre devont donc être étudies avec soin lors de la

mise en place d'une installation PV.

I.6.5 constitution d’un module photovoltaïque :

Une cellule photovoltaïque seule est souvent peu utilisable ; son faible épaisseur la rend

très fragile et elle produit une très faible puissance électrique de l’ordre de 1 à 3 W, avec une

tension de moins de 1V. Ainsi pour accroître la puissance, on assemble ces cellules soit en série,

soit en parallèle.

Les cellules sont assemblées pour former un GPV élémentaire (module photovoltaïque).

Les connexions en série de plusieurs cellules augmentent la tension pour un même courant[17]

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20

Figure I.15 Groupement des cellules PV en série

Tandis que les connexions en parallèle de plusieurs cellules augmentent le courant pour la

même tension Figure I.16.

Figure 1.16 Groupement des cellules en série-

La plupart des panneaux PV commercialisés sont constitués par des sous réseaux de cellules

connectées en série. Chacun de ses sous réseaux est lui même constitué d’un groupe de cellules

PV connectées en série. Le nombre de cellules par sous réseaux est un compromis économiques

entre protection et pertes d’une partie importantes du GPV en cas de défaut partiel. La figure I.17

montre le schématique classique adopté pour un GPV élémentaire , le fonctionnement

traditionnel comprend la connexion d’une diode by-pass et une diode anti-retour.

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Figure I.17 Schématisation d’un GPV élémentaire avec diode by-pass et diode anti-retour

La diode anti-retour est utilisée pour éviter les courants inverses et la diode By-pass

n’intervient qu’en cas de déséquilibre d’un ensemble de cellules pour limiter la tension inverse

aux bornes des cette ensemble.

L’ensemble des cellules doit être encapsulé sous verre ou sous composé plastique.

L’ensemble est appelé module photovoltaïque. Un module est souvent constitué de 36 ou 72

cellules, et l’ensemble des modules photovoltaïques est appelé champ photovoltaïque[18].

I.7 La fabrication des cellules photovoltaïques

Le constituant essentiel d'une cellule photovoltaïque responsable de l'effet photovoltaïque est

un semi-conducteur. Le semi-conducteur le plus utilisé aujourd'hui est le silicium. Nous évoquerons

donc uniquement le silicium dans cette présentation, mais d'autres semi-conducteurs existent tel que

le sélénium, le tellure de cadmium, etc.[19.20].

I.7.1 La silice : matière première d'une cellule photovoltaïque

La silice est un composé chimique nommé aussi dioxyde de silicium, de formule chimique

SiO2. La silice est l’élément le plus répandu dans la croûte terrestre après l’oxygène. Il représente

25 % de la masse de la croûte terrestre.

La silice se présente sous la forme d'un minéral dur. Dans la nature, on la trouve en grande

quantité dans :

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22

Figure I.18 sable(SiO2) Les roches sédimentaires détritiques (sables, grès),

* Les roches métamorphiques, (schistes, gneiss, quartzites) (Les roches métamorphiques sont

formées par la recristallisation (et généralement la déformation) de roches sédimentaires ou de

roches magmatiques sous l'action de la température et de la pression qui croissent avec la

profondeur dans la croûte terrestre ou au contact d'autres roches.

* Les roches magmatiques.

* L'extraction de la silice s'effectue dans des carrières de silice.

Deux technologies de cellules photovoltaïques sont présentes aujourd'hui :

*Les cellules dites cristallines

* Les cellules dites couches minces

I.7.2 Extraction et purification du silicium

A- Extraction du silicium à partir de la silice

Le silicium est un élément chimique de symbole Si. Il n'existe pas à l'état pur dans la nature.

Le silicium (Si) est donc extrait de la silice (SiO2) grâce à la réaction chimique simplifiée

suivante : SiO2 + 2 C → Si + CO

Cette réaction se réalise dans un four à arc car elle nécessite de faire fondre la silice. La

température du four peut atteindre 3 000 °C. La puissance du four peut aller jusqu’à 30 MW, afin

d’enclencher les réactions chimiques.

En réalité, la réaction de réduction de la silice en silicium résulte d'un grand nombre de

réactions chimiques intermédiaires. La puissance du four peut aller jusqu’à 30 MW, afin

d’enclencher les réactions chimiques.

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23

Après cette opération, le silicium est obtenu sous forme liquide. Sa pureté est de 98 %. Il faut

le purifier encore de plusieurs ordres de grandeur afin d'obtenir un matériau adéquate pour les

applications photovoltaïques.

Figure I.19 Réacteur de réduction

B-Purification du silicium

Il s'agit, en partant du silicium métallurgique, de faire une purification chimique. De

nombreux procédés ont été développés par les différents producteurs mondiaux de silicium. Au

final, le procédé de purification aboutit à l'obtention de lingots de silicium purifiés à 99.99 % :

Figure I.20 Lingots de silicium purifiés à 99.99 %

I.7.3 Obtention des lingots de silicium

Une fois l'étape de purification terminée, vient l'étape de cristallisation du silicium liquide. Le

produit issue de cette étape est un lingot de silicium à l'état solide. Il existe deux grandes

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24

méthodes de cristallisation. La première permet d'obtenir du silicium polycristallin (composé de

plusieurs cristaux). La deuxième permet d'obtenir du silicium monocristallin (composé d'un seul

cristal).

a- Le silicium polycristallin

Le silicium liquide est mis dans un creuset en graphite. La technique est simple et peu

énergivore.

Le silicium polycristallin est obtenu par coulage en lingotière dans laquelle s'opère un

refroidissement lent, de l'ordre de quelques dizaines d'heures.

On obtient au final des lingots cubique. Cette forme est recherchée afin d'optimiser l'espace

lorsque les plaquettes (obtenues par découpage en lamelles des lingots de silicium) seront

placées en série sur un module photovoltaïque.

Le silicium polycristallin présente une couleur grise. Il est constitué d'une mosaïque de

cristaux monocristallins de silicium, d'orientation et de tailles différentes.

b- Le silicium monocristallin

Une des méthodes pour fabriquer du silicium

monocristallin est la méthode dite de Czochralski. Le

silicium est placé dans un creuset de quartz et

maintenu liquide à l'aide d'éléments chauffants.

Lorsque la surface est à la température limite de

solidification, on y plonge un germe monocristallin.

Le silicium se solidifie sur ce germe selon la même

orientation cristallographique. On tire lentement le

germe vers le haut, avec un mouvement de rotation,

tout en contrôlant minutieusement la température et

la vitesse. Figure I.21 Méthode de Czochralski

Le silicium monocristallin ainsi obtenu, sous forme de lingots circulaires, est constitué d'un

seul type de cristal et présente une couleur uniforme grise.

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25

Le silicium monocristallin, plus élaboré que le silicium polycristallin, présente un rendement

(conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique) supérieure. Sa production demande

cependant une plus grande dépense énergétique.

L'équeutage consiste à éliminer les extrémités du lingot

soit mal cristallisées soit riches en impuretés. Les

extrémités sont ensuite refondues pour le départ d'un

nouveau cycle de production.

Lors du tirage, le diamètre du lingot varie légèrement

ce qui constitue des ondulations à sa surface. Pour

obtenir des plaquettes de même diamètre un polissage

cylindrique est nécessaire.

Figure I.22 Equeutage

I.7.4 Obtention des wafers photovoltaïques

Les lingots cylindriques (silicium monocristallin) ou parallélépipédiques (silicium

polycristallin) de silicium obtenus à l'issue de l'étape de solidification sont ensuite sciés en fines

plaques de 200 micromètres d'épaisseur qui sont appelées « wafers » (en anglais, "wafer" signifie

"galette"). La coupe des lingots est effectuée par une scie à fil.

Compte-tenu de la faible épaisseur des tranches à découpées (300 μm), le principal problème

du sciage est la perte de découpe. Afin de minimiser ces pertes, la solution technique retenue est

la scie à fil. En effet, la perte de découpe (kerf) typique des scies à fil est de 200 μm à 240 μm, ce

qui représente 55% de perte en moins par rapport aux scies à diamètre intérieur (perte de

découpe de 310 μm à 350 μm).

Avec une scie à fil, il faut donc 570 μm de silicium pour produire une tranche de 350 μm.

L'étape du sciage représente un élément déterminant dans le coût de la production des cellules

photovoltaïques.

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

26

Figure I.23 La coup du lingot par une scie à fil

I.7.5 Dopage du silicium

Les wafers de silicium obtenus à l'issue de l'étape de sciage sont alors introduits dans un réacteur

de croissance dans lequel va se dérouler l'étape de dopage.

a-Qu'est-ce que le dopage ?

Le dopage est une méthode permettant de réaliser la jonction P-N. Cela consiste à introduire

des impuretés dans un cristal intrinsèque pour modifier ces propriétés électriques. Le semi-

conducteur dopé est alors appelé "semi-conducteur extrinsèque".

Il existe deux types de dopage : le type N (Négatif) et le type P (Positif).

b-Dopage de type N

Le dopage de type N consiste à ajouter un atome de phosphore au sein de la structure

cristalline du silicium. Le phosphore disposant de 5 électrons sur sa couche électronique externe

va s'associer avec 4 atomes de silicium, laissant ainsi libre un électron : Cet ajout a pour effet de

donner à la structure cristalline une charge globale négative.

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

27

Figure I.24 Silicium dopé N

b-Dopage de type P

Le dopage de type P consiste à ajouter un atome de bore au sein de la structure cristalline du

silicium. Le bore disposant de 3 électrons sur sa couche électronique externe va s'associer avec 4

atomes de silicium, laissant ainsi libre un trou :

Cet ajout a pour effet de donner à la structure cristalline une charge globale positive.

Figure I.25 Silicium dopé P

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

28

c- Les 3 méthodes de dopages :

• LA DIFFUSION - On utilise un four, dans lequel on injecte des gaz avec une solution dopante

pour le silicium. Avec la chaleur, le dopant a une énergie suffisante pour entrer dans la plaquette

de silicium. Cette méthode est assez ancienne, et nécessite d'avoir une température uniforme

dans le four.

• LE CROISSANCE EPITAXIALE - Cette méthode utilise toujours un four, mais cette fois-ci

les atomes du dopant sont déposés sur le silicium qui se présente sous la forme d'une plaquette.

On a ainsi un dépôt en surface, et non pas une insertion comme pour la méthode de dopage par

diffusion. La température du four doit avoisiner les 1 200 °C.

• LE BOMBARDEMENT IONIQUE - Une source (appelé faisceau ionique énergétique)

produit des ions, qui sont ensuite accélérés, et par le biais d'un contrôle très précis, ceux-ci vont

alors se positionner sur la plaquette. L'avantage de ce principe est que l'opération se déroule à

température ambiante. Le défaut de cette technique est qu'elle peut provoquer des dommages au

silicium induisant un réarrangement indésirable de sa structure cristalline, exigeant ainsi une

recristallisation subséquente

Figure I.26 Les étapes de fabrication d’une cellule solaire [13].

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

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I.8 Types de cellules et panneaux photovoltaïques

La cellule est l’unité de conversion la plus adaptée a l’effet photovoltaïque. Comme l’affirme

le document [21] et le site [22], les matériaux et la méthodologie utilisée pour la conception de

ces cellules influent sur l’énergie récupérée. Il en résulte que de nombreuses solutions ont été

développées et nous allons brièvement les présenter.

I.8.1 Panneaux en silicium cristallin

A l'heure actuelle, les panneaux en silicium cristallin sont les plus utilises et sont divises en

deux catégories :[23]

a-Silicium monocristallin

Figure 1.28 les panneaux monocristallins sont composes de cristaux de silicium de grande

pureté. Le lingot de silicium monocristallin a une forme cylindrique, un diamètre de 13-20 cm et

une longueur de 200 cm, et est obtenu par la croissance d'un cristal filiforme en lente rotation. Ce

cylindre est ensuite coupe en plaquettes de 200-500 μm d'épaisseur et la surface est traitée pour

obtenir des ≪ microrainures ≫ visant a minimiser les pertes par réflexion. Le principal avantage

de ces cellules est leur efficacité (14 a 17%), leur longue durée de vie et la conservation des

caractéristiques avec le temps3.

Le coût de ces modules est d'environ 3.2 à 3.5 €/W et les panneaux élabores avec cette

technologie sont généralement caractérises par une couleur bleu fonce4.

Figure 1.27 Panneau en silicium monocristallin

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

30

b-panneaux en silicium polycristallin

Figure 1.28 ou les cristaux constituant les cellules s'agrègent en prenant différentes formes

et sens. En fait, les irisations typiques des cellules en silicium polycristallin sont causées par les

différents sens des cristaux et donc par le comportement différent par rapport a la lumière. Le

lingot de silicium polycristallin est obtenu en faisant fondre et en coulant le silicium dans un

moule en forme de parallélépipède.

Les plaquettes ainsi obtenues ont une forme carrée et des stries caractéristiques de 180-300

μm d'épaisseur. L'efficacité est inferieure a celle du silicium monocristallin (12 à 14%), toutefois

le coût est plus avantageux, de 2.8 a 3.3 €/W. La durée de vie est élevée (comparable

a celle du silicium monocristallin) de même que la conservation des performances avec le temps

(85% de l'efficacite initiale apres 20 ans). Les cellules élaborées a partir de cette technologie

peuvent etre reconnues a leur surface présentant des grains de cristaux assez visibles.

Figure 1.28 Panneau en silicium polycristallin

I.8.2 Panneaux a couche mince

Les cellules a couche mince sont composées de matériau semi-conducteur déposé,

généralement sous forme de mélanges gazeux, sur des supports tels que le verre, les polymères,

l'aluminium, qui donnent une cohérence physique au mélange. La couche mince de semi-

conducteur a quelques μm d'épaisseur par rapport aux cellules en silicium cristallin qui en

comptent des centaines. Par conséquent, l'économie de matériau est remarquable et la possibilité

d'avoir un support flexible augmente le champ d'application des cellules a couche mince (Figure

1.30).[23]

Les matériaux utilises sont les suivants :

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

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• silicium amorphe ;

• CdTeS (Tellure de cadmium-Sulfure de cadmium) ;

• GaAs (Arséniure de gallium) ;

•CIS, CIGS et CIGSS (Alliages de cuivre iridium diséléniure).

Figure 1.29 Module a couche mince a-silicium amorphe

Le silicium amorphe (symbole a-Si) dépose sous forme de couche mince sur un support (par

ex. aluminium) permet d'avoir une technologie PV à un coût réduit par rapport au silicium

cristallin, toutefois l'efficacité de ces cellules a tendance a diminuer au fil du temps. Le silicium

amorphe peut également être ≪ vaporise ≫ sur une couche mince de plastique ou de matériau

flexible. Il est surtout utilise lorsqu'il est nécessaire de réduire au maximum le poids du panneau

et de l'adapter a des surfaces courbes. L'efficacité de l'a-Si (5% a 6%) est très faible en raison des

nombreuses résistances rencontrées par les électrons qui circulent. Les performances des cellules

ont également tendance a diminuer dans le temps. Une application intéressante de cette

technologie est le ≪ tandem ≫, combinant une couche de silicium amorphe a une ou plusieurs

couches de silicium cristallin multi-jonctions ; grâce a la séparation du spectre solaire, chaque

jonction montée en série donne son meilleur rendement et garantit des niveaux supérieurs en

termes d'efficacité et d'endurance.

b-CdTeS (Tellure de cadmium-Sulfure de cadmium)

Les cellules solaires CdTeS sont composées d'une couche P (CdTe) et d'une couche N (CdS)

qui forment une jonction P-N.

Les cellules en CdTeS ont une plus grande efficacité que les cellules en silicium amorphe : 10%

a 11% pour les produits industriels (15.8% dans les laboratoires d'essais). La production a grande

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

32

échelle de la technologie CdTeS pose un problème environnemental en raison du CdTe contenu

dans la cellule : étant donne qu'il n'est pas soluble dans l'eau et qu'il est plus stable que d'autres

composes contenant du cadmium, il peut s'avérer problématique s'il n'est pas correctement

recycle ou utilise . Le coût unitaire de ces modules varie de 1.5 a 2.2 €/W.

c-GaAs (Arséniure de gallium)

Actuellement, la technologie GaAs est la plus intéressante du point de vue de l'efficacité, qui

est supérieure a 25 a 30%. Cependant, la production de ces cellules est limitée par le coût élevé

et la rareté du matériau, principalement utilise dans les ≪ semi-conducteurs a grande vitesse ≫ et

l'industrie optoélectronique. En fait, la technologie GaAs est essentiellement employée dans les

applications spatiales ou la réduction du poids et des dimensions joue un rôle clé.

d-CIS, CIGS et CIGSS (Alliages de cuivre iridium diséléniure)

Les modules CIS/CIGS/CIGSS correspondent a une technologie qui est encore a l'étude et en

cours de développement. Le silicium est remplace par des alliages spéciaux tels que :

• cuivre, indium et sélénite (CIS) ;

• cuivre, indium, gallium et sélénite (CIGS) ;

• cuivre, indium, gallium, selenite et soufre (CIGSS).

L'efficacité est actuellement de 10 a 11% et les performances restent constantes au fil du temps ;

concernant le silicium monocristallin et polycristallin, une réduction du coût de production est

prévue, étant aujourd'hui d'environ 2.2-2.5 €/W.

La part de marche des technologies a couche mince est encore très limitée (≈7%), toutefois

des solutions offrant des capacités supérieures a moyen et long terme sont envisagées afin de

réduire considérablement les prix. En déposant directement la couche mince a grande échelle,

autrement dit sur plus de 5 m2, les chutes inhérentes a l'opération de découpage de plaquettes en

silicium cristallin a partir du lingot initial sont évitées. Les techniques de dépôt sont des

processus a faible consommation d'énergie, par conséquent le délai d'amortissement est court,

correspondant uniquement a la période durant laquelle une installation PV doit fonctionner avant

que l'énergie utilisée pour la construire ait été générée (environ 1 an pour les couches minces de

silicium amorphe contre 2 ans pour le silicium cristallin). Compares aux modules en silicium

cristallin, les modules a couche mince montrent une dépendance moindre entre l'efficacité et la

température d'utilisation et une bonne réponse même lorsque le composant diffus est plus marque

et que les niveaux de rayonnement sont bas, notamment les jours nuageux.

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Chapitre I Energie solaires photovoltaïque

33

I.9 conclusion

dans ce chapitre, nous avons présenté les enjeux et les développement actuels du

photovoltaïque , nous avons ensuite présenté le fonctionnement d'une cellule en expliquant

brièvement le phénomène photovoltaïque (l'effet photovoltaïque).Nous avons vu que la cellule

PV présente une caractéristique I(V) non linéaire ,présente un point de puissance maximal(PPM)

caractérisé par un courant (Imax) et un tension (Vmax).Nous avons présente l'influence des

différents paramètres extérieures sur cette caractéristique .Le courant de court-circuit évolue

principalement avec l'éclairement et la tension a vide avec la température .L'interconnexion de

cellule PV en série ou en parallèle pose plusieurs problème de déséquilibre qui sont très

pénalisants si les cellules n'ont pas le même point de fonctionnement .Nous avons présenté les

différente technologies de cellule actuellement sur le marché et ou cours de développement , et

malgré la fin du silicium annoncée depuis de nombreuses années, ce dernière garde une grand

longueur d'avance les autre technologie .Pour garantir une durée de vie importante d'une

installation photovoltaïque destinée a produire de l'énergie électrique sur des année.

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Chapitre II

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Chapitrer II Nettoyage de panneau photovoltaïque

34

Chapitre II: Maintenance de panneau photovoltaïque

II.1 Introduction

une couche de poussières de 4 mm (d'épaisseur) par mètre carré diminue la conversion

d'énergie solaire de différent études démontrent que les panneaux solaires perdent entre 5et 16%

de leur efficacité en raison de l' accumulation des saletés et les poussières qui se déposent sur les

panneaux ainsi que sur les bords des cadres[24]

selon l' explications d'autre chercheurs, les panneaux solaires perdent 40 de leur efficacité

dans les six mois qui suivent leur installation, du fait de la poussières et de l'encrassement.

la technologie mondiale est concentrée sur le nettoyage direct et périodique des panneaux

solaires, mais cette méthode peut endommage si la procédure et les produit utilisé ne sont pas

respectés, par contre la méthode proposée protège le panneau et augmente le rendement et on la

change si on vent sans risque et sans faire le nettoyage.[25]

II.2 Maintenance de panneau photovoltaïque

Si la technologie photovoltaïque est réputée fiable et sans entretien lourd, des opérations de

maintenance légères sont tout de même à conduire pour prévenir d’éventuelles anomalies et

s’assurer que les organes de sécurité sont en état de fonctionnement. Ces opérations valent

surtout pour des installations qui ne sont pas basées sur des kits : elles ne concernent donc pas

spécifiquement les particuliers (installations de faible puissance).

II.2.1 L’inspection visuelle des modules (annuelle)

La fréquence des interventions listées dépend en partie de la qualité du site (pollutions,

poussières…). Dans la plupart des cas, une visite annuelle avec les opérations listées ci-après est

suffisante en guise de contrôle de routine .Elle est importante pour déceler :

des modules brisés ou souillés,

des dé-luminations éventuelles (altération de l’état de surface des cellules pouvant

entraïner de la condensation à l’intérieur des modules),

la présence de feuilles mortes ou autres déchets,

l’état de fixation des modules par rapport à la structure

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Chapitrer II Nettoyage de panneau photovoltaïque

35

et pour vérifier aussi la croissance de la végétation (arbres alentours ou mousse sur les

modules cadrés…)

II.3 Pollution des panneaux solaires

- La souillure de la surface des panneaux solaires est un phénomène complexe qui varie d’après

le climat et l’environnement.

- Une surface située dans un environnement sec et aride sera soumis à un matériel électrostatique

chargé et non-organique.

- Une surface située dans un environnement côtier sera caractérisée par des retombées de sels et

des poussières transportées par le vent.

- Une surface dans un environnement frais et industriel sera couverte de salissures organiques

transportées par le vent, les traces de pluies évaporées et de pollution atmosphérique suite à la

combustion fossile.

- En général, les salissures d’une surface exposée à ciel ouvert (comme un panneau solaire) sont

constituées d’un mélange de matières organiques et non-organiques. Certains de ces matériaux

seront suspendus dans le vent, tandis que d’autres seront déposés après évaporation (pluie, eau,

dégel, brouillard).

II.3.1 Dans les environnements très secs et arides,(sud Algérienne)

la plupart des souillures consistera en particules non-organiques suspendues dans le vent sec

(particules de poussières et autres impuretés) qui s’accrocheront par l’attraction électrostatique

sur la surface vitrée des panneaux solaires. De plus, ces poussières peuvent être des minéraux

non-organiques abrasifs (p.e. Silice) qui peuvent abîmer et griffer la surface vitrée des modules.

II.3.2 Dans les environnements plus frais et humides,(nord Algérienne)

la plupart des salissures sera composée de dépôts de poussières suspendues dans le vent, des

fientes d’oiseaux et des déjections d’autres animaux, pollution urbaine (particules de braise, suies

de combustion fossile), et de matériel organique végétal de feuilles, pollen, etc. Devenus

mouillés, ces matériaux dispersés sur la surface des panneaux peuvent s’y accrocher pour donner

lieu à une corrosion et lixiviation. Dans les régions côtières, les précipitations peuvent être

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Chapitrer II Nettoyage de panneau photovoltaïque

36

chargées de sels et de souillures suspendues dans le vent qui se déposent ensuite sur les

panneaux.

Figure II.1 Fientes d'oiseaux Figure II.2 Sable sur les bords du cadre.

II.4 Nettoyage de Panneaux Photovoltaïque

Le nettoyage des modules dépend beaucoup de l’environnement et l’inclinaison du système:

On peut dire qu’un champ incliné à plus de 15° pourra être nettoyé par les

intempéries s’il se situe dans un environnement n’étant pas particulièrement poussiéreux

ou agressif. Dans ce cas le nettoyage n’a pas besoin d’être planifié et pourra avoir lieu

uniquement si l’on constate un état de surface sale.

Pour des surfaces moins inclinées, un nettoyage peut être prévu selon des périodicités de

2 à 4 ans pour des environnements peu pollués.

Dans le cas de façades en brise-soleil, sur plusieurs niveaux, le nettoyage devra être

plus fréquent (2 à 3 ans), puisque les rangées du bas subissent très peu les intempéries

du fait de celles du haut les protégeant.

Des conditions plus spécifiques nécessitent des nettoyages réguliers comme la présence

d’oiseaux en nombre important, la proximité de réseaux ferrés denses, d’industries

émettrices de substances volatiles (peintures, boulangerie industrielle…) ou

d’exploitations agricoles[25].

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37

D’une manière générale, avant de déterminer une périodicité fixe, il est préférable

d’observer le niveau de salissure des installations les deux premières années pour

évaluer la fréquence et la nécessité des opérations de nettoyage.

Figure II.3 Nettoyage(panneau solaire)

II.4.1 Le processus de nettoyage

on utilise les méthodes les plus avancées dans le nettoyage professionnel des panneaux

photovoltaïques. Les panneaux sont nettoyés avec une machine industrielle. : une brosse de 26

mètres de long et de l'eau pure obtenue par osmose inverse. L'appareil pulvérise des

microparticules d'eau évitant tout choc thermique. L'eau déminéralisée se transforme en un vrai

détergent capable de dissoudre toutes impuretés. Il est ainsi garanti que chaque pollution peut

être éliminée avec efficacité. L'eau pure confère un pouvoir déparlant, une excellente capacité

de mouillage et garantit l'absence de trace, même en cas d'exposition directe au soleil. Les

charges statiques sont réduites au minimum et par conséquent les nouvelles impuretés

adhérentes moins rapidement. Ce procédé ne nécessite aucun produit chimique et préserve

l'environnement. Un nettoyage annuel ou semestriel de vos panneaux solaires élimine toutes

pollutions et vous garantit 100 % de votre production[25].

II.4.2 La pluie suffit nettoyer les panneaux

Contrairement à ce que l'on pense, l'eau de pluie ne suffit pas pour nettoyer les panneaux des

saletés qui s'accumulent au fil du temps. Elle en débarrasse une partie mais en apporte de

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Chapitrer II Nettoyage de panneau photovoltaïque

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nouvelles. Pour certaines saletés, seule une action mécanique reste efficace. Pour les sceptiques,

faites un test très simple : laissez la pluie nettoyer le pare brise de votre voiture sans actionner les

essuie-glaces …. vous constaterez qu’ils demeurent très sales.

II.4.3 Nettoyage par saison Au fil du temps, les pollutions se déposent sur les panneaux solaires et perturbent la capacité du

panneau à absorber la lumière du soleil.

►Le nettoyage du printemps: permet d'éliminer les pollens et les pollutions atmosphériques

apportées par les premières pluies

►Le nettoyage d'été: c'est à ce moment là que les panneaux solaires produisent le plus. Il est

donc nécessaire que leur état soit irréprochable.

►Le nettoyage d'automne: durant la saison d'été, les panneaux sont montés en température et de

ce fait les différentes pollutions restent accrochées sur la surface des panneaux solaires.

►Le nettoyage d'hiver: l'intensité de la lumière diminue, les jours raccourcissent. Nettoyer les

panneaux solaires à cette période permet d'optimiser leur production et maintenir une installation

solaire sans pollutions jusqu'au printemps.

II.4.4 Déneigement des modules

Il faut alors prendre en compte les éléments importants suivants : les toitures enneigées étant

extrêmement glissantes, le risque de chutes est alors considérablement augmenté. Le

déneigement peut être source de rayures ou de bris des modules et entraîner leur

dysfonctionnement. Les pertes de production électrique dues à la neige sont moindres que celles

généralement estimées par les producteurs : en hiver, le soleil est moins haut. Attention à

l’accumulation de neige car son poids peut entraîner une déformation du système de montage où

les modules sont intégrés. A noter que les modules photovoltaïques sans cadres peuvent limiter

cette accumulation, tout comme une inclinaison supérieure à 30° aide au glissement spontané de

la neigecouche de protection

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39

II.4.5 Une vérification et un dépoussiérage annuels des onduleurs

Un onduleur fonctionne entre 8 à 12 ans avant de tomber en panne. Son entretien régulier permet

d’éviter une chute significative de rendement en fin de vie. Il faut procéder aux opérations

suivantes :

vérifier le fonctionnement des onduleurs (Led témoins, affichage sur les appareils…) .

si besoin, nettoyer les entrées d’air des onduleurs – ventilateurs - et/ou leurs dissipateurs

de afin de faciliter leur refroidissement .

enfin, vérifier la propreté des dispositifs de ventilation du local où sont installés les

onduleurs.

II.4.6 Quelques conseils supplémentaires

• Le nettoyage se fait de préférence quand le soleil ne brille pas directement sur vos panneaux.

• Pensez d’abord à sécuriser votre travail. Si les panneaux solaires se trouvent sur la toiture ou à

d’autres endroits élevés et difficilement accessibles, planifiez d’avance votre position de travail

afin de vous sécuriser.

• Ne marchez jamais sur des modules PV en les nettoyant.

• N’aspergez jamais vos modules PV d’eau froide quand leur température est très élevée, le choc

thermique pourrait les casser.

•Arrosez toujours à pression basse et utilisez une éponge ou une brosse douce pour nettoyer la

surface de vos panneaux des dépôts de pollution urbaine et autres salissures. N’utilisez pas

d’objets métalliques tranchants ni des méthodes abrasives pour nettoyer vos panneaux solaires,

afin d’éviter de griffer ou d’abîmer les surfaces vitrées.

• Mettez à profit toutes les séances de nettoyage pour vérifier l’état du châssis ou de la laque de

vos panneaux solaires sur d’éventuels défauts. Bien qu’on préconise une durée de vie de 20 ans

ou plus pour toutes les modules PV, les châssis ont généralement tendance à se dégrader plus

vite. Les châssis défectueux ou abîmés risquent de raccourcir la durée de vos panneaux. Vérifiez

aussi l’étanchéité de vos panneaux, toute infiltration d’eau doit être constatée au plus tôt.

Vérifiez finalement la fixation de tous les raccords.

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II.5 Couches de protection pour panneaux solaires et photovoltaïques

II.5.1 Compatibilité chimique avec tous les types d‘étanchéité

Les surfaces d'appui des panneaux solaires sur les toitures plates peuvent endommager les

étanchéités. C'est pourquoi il faut les séparer de l'étanchéité par des couches de protection.

Regupol resist solar de BSW est le programme de couches de protection spécialement élaboré

pour l‘installation de panneaux solaires sur les toitures plates. Le produit est fourni dans un grand

nombre de variantes permettant à l‘utilisateur de trouver la couche de protection la mieux

appropriée aux différents types de toitures plates et panneaux solaires.[26]

II.5.1.1 Regupol resist solar

Regupol resist solar de BSW est le nouveau programme de couches de protection spécialement

élaboré pour l'installation de panneaux solaires sur les toitures plates. Ces couches de protection

se distinguent par une durabilité hors du commun et une résistance élevée aux sollicitations

mécaniques. Le produit est fourni dans un grand nombre de variantes permettant à l'utilisateur de

trouver la couche de protection la mieux appropriée aux différents types de toitures plates et

panneaux solaires

Domaine d‘utilisation:

Sur les étanchéités de toitures sous les panneaux photovoltaïques et en tant que toiture rigide.

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41

II.5.1.2 Regupol walkway AK

Les dalles pour toitures et chemins piétonniers Regupol walkway AK servent de chemins/voies

d'inspection sur des toitures plates ou d'éléments de base protecteurs pour capteurs solaires,

antennes et installations de la technique du bâtiment. Leur équipement réducteur de flammes

rend les dalles pour toitures et chemins piétonniers Regupol walkway AK résistantes au feu

disséminateur et à la chaleur rayonnante. Ces dalles répondent aux exigences posées à une toiture

rigide.

-Domaines d'utilisation:

Chemins d'accès pour la maintenance sur des toitures plates avec ou sans surcharge, dalles de

base pour installations solaires, antennes, installations de technique du bâtiment,..

II.5.1.3 Tapis anti-repousse Regupol

Le tapis anti-repousse en Regupol est un produit éprouvé depuis des décennies pour la

prévention de la croissance indésirable de la végétation. Leur utilisation prohibe l‘emploi peu

populaire d‘herbicides, empêche durablement la croissance indésirable de la végétation et fait

que le travaux de tonte deviennent superflus. Les plantes recouvertes du tapis «anti-repousse» ne

sont plus exposées aux rayons ultraviolets moteurs de leur croissance. Le tapis anti-repousse est

perméable à l‘eau, préserve donc la vie microbienne du sol et pare à l‘érosion. Le poids du tapis

anti-repousse est un des garants d‘une pose sûre et solide; les matériaux entrant dans leur

composition le rendent imputrescible.

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Chapitrer II Nettoyage de panneau photovoltaïque

42

II.5.2 Film protection UV pour panneaux photovoltaïques de micel-films

Les cellules photovoltaïques sont les composants critiques des panneaux solaires qui,

exposées à la lumière, transforment les rayons du soleil en tension électriques. Une double

protection des cellules photovoltaïques permet d'allonger la durée de vie des panneaux

photovoltaïques et de minimiser l'effet des agressions extérieures[27].

II.5.2.1 A l'avant du panneau photovoltaïque

panneau une plaque de verre ou de plastique transparente offre une protection efficace contre l'humidité et

les intempéries. Quelque soit le matériau utilisé, il doit assurer une transparence optimale aux rayons

solaires et protéger les cellules des variations de température et du risque d'oxydation.

II.5.2.2 A l'arrière du panneau photovoltaïque

un film anti-UV offre une protection efficace aux rayons UV et à l'hydrolyse tout en assurant

l'isolation électrique des cellules.

Technifilm fabrique et distribue des films de protection UV pour panneaux photovoltaïques. Technifilm

offre une gamme complète de films techniques adaptables à vos process et à des domaines d'application

aussi variés que l'aéronautique, le solaire - photovoltaïque, le packaging technique, sérigraphie,

étanchéité).

Les films UV pour la protection des panneaux photovoltaïques de Technifilm sont un choix

techniquement fiable à un rapport qualité-prix avantageux permettant de minimiser le coût global

de production.

Micel Films est fabricant et distributeur d\'une gamme complète de films techniques (film

protection uv), adaptables à vos process : découpe, formage, métallisation, lamination,

enduction... Autant de procédés qui assurent la compatibilité de nos films techniques avec vos

applications (aéronautique, solaire - photovoltaïque, packaging technique, sérigraphie,

étanchéité). Les grands type de films technique Micel : film PEEK, film non tissé, film polyester,

film Teflon, film anti-UV...

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Chapitrer II Nettoyage de panneau photovoltaïque

43

II.6 conclusion

Un nettoyage annuel ou biannuel de vos PV élimine toutes pollutions et vous garanti 100 %

de votre production.

Le marché de l’énergie solaire concentre beaucoup de projets à l’heure actuelle, et pourtant la

phase d’entretien des panneaux photovoltaïques est largement sous-estimée. Contrairement à ce

que l’on pense, l’eau de pluie ne suffit pas pour nettoyer les panneaux des saletés et poussières

qui s’accumulent au fil du temps. Seul une action mécanique est efficace. Or, la perte

d’ensoleillement reçue par les panneaux due à l’encrassement s’étend de 3 à 6% en un an, et

jusqu’à 16% pour des capteurs à plat et les membranes solaires. Cette perte d’ensoleillement peut

atteindre 20% en 5 ans. Un nettoyage efficace et régulier des panneaux permet de retrouver

pratiquement la performance initiale, même 20 ans après.

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Chapitre III

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Chapitre III Partie expérimentale

44

III.1 Introduction

Dans cette partie de notre travail, nous allons présenté une étude expérimentale sur un

panneau solaire, le projet consiste a réaliser (fabriquer) des couvertures transparentes en

(plastique ou autre matériaux transparentes comme le verre ) pour protéger le panneau solaire

contre les poussières, et en même temps en garde le même rendement, c'est un projet avec un

petit calcul qui optimise quelque paramètres, tels que la nature, la couleur et d'épaisseur de la

couverture, la forme de texture (pyramide,....)la taille et le nombre des pyramides.

Les données recueillies durant cette étude ont été saisies sur des tableaux . Elles ont été

exportées sur Origin 6.0® pour analyse statistique

III.2 Dispositif expérimental

panneau solaire câbles électrique L’ampèremètre voltmètre

résistances grains de verre grains de verre aléatoire

Figure III.1 Dispositif expérimental

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Chapitre III Partie expérimentale

45

III.3 Panneau avec couverture en plastique

Figure III.2 Panneau avec couverture en plastique

III.3.1 conditions de l'expérience

la date:12/03/2014 -heur:10:15 -température:9°C -l'angle:45°-humidité:35% -position:20 est

l'expérience consiste a réaliser (fabriquer) des couvertures en plastique de différente couleur

(transparente ,blanche ,jaune et bleu),les résultat obtenue sont présenté dans le tableau suivant.

tableau II1.1 influence des différents couverture sur les caractéristiques I-V

sons couverture avec couverture transparente

avec couverture blanche

avec couverture jaune

avec couverture bleu

V1(v) I1(A) V2(v) I2(A) V3(v) I3(A) V4(v) I4(A) V5(v) I5(A)

0 0.88 0 0.84 0 0.87 0 0.86 0 0.84

4.3 0.88 4.2 0.84 4.2 0.87 4.1 0.84 4 0.82

8.7 0.88 8.6 0.83 8.5 0.86 8.3 0.83 8.1 0.82

13.2 0.86 12.6 0.82 12.6 0.84 12.4 0.82 12 0.8

16 0.78 15.5 0.75 15.4 0.76 15.1 0.75 14.9 0.73

17.3 0.68 16.9 0.66 16.5 0.64 16.5 0.64 16.2 0.64

18 0.59 17.5 0.56 17.1 0.55 17 0.55 16.9 0.55

18.4 0.51 17.9 0.5 17.5 0.48 17.5 0.48 17.4 0.48

18.7 0.45 18.1 0.44 17.7 0.43 17.7 0.42 17.7 0.43

18.9 0.41 18.3 0.4 17.9 0.38 17.9 0.38 17.9 0.39

19 0.36 18.5 0.36 18 0.34 18.1 0.34 18 0.35

20 0.04 19.5 0.04 19 0.035 19 0.04 19.1 0.04

20.1 0.01 19.5 0.01 19.1 0.01 19.1 0.01 19.2 0.01

20.1 0.01 19.5 0.01 19.1 0.01 19.1 0.01 19.2 0.01

20.3 0 20 0 19.5 0 19.2 0 19.2 0

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Chapitre III Partie expérimentale

46

A partir de ce tableau, on peut tracer les courbes de courant: I = F(V)

Figure III.3 Influence des différents couverture sur les caractéristiques I-V

Discussion:

-panneau avec couverture en plastique transparente:

Sur cette courbe, on remarque que le courant de court-circuit et la tension à vide de panneau

diminue

-panneau avec couverture en plastique blanche:

Sur ces courbes, on remarque que la tension à vide de panneau solaire diminue

-panneau avec couverture en plastique jaune

Sur ces courbes, on remarque que la tension à vide de panneau solaire diminue

-panneau avec couverture en plastique bleu

Sur cette courbe, on remarque que le courant de court-circuit et la tension à vide de panneau

solaire diminue

0 5 10 15 20

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Cou

rant

(A

)

Tension (V)

sans couverture

avec couverture tansparente

avec couverture blanche

avec couverture jaune

avec couverture bleu

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Chapitre III Partie expérimentale

47

A partir de ces courbes, on peut tracer les courbes de puissance P = F(V) :

sans couverture avec couverture

transparente avec couverture

blanche avec couverture

jaune avec couverture

bleu

V1(v) P1(W) V2(v) P2(W) V3(v) P3(W) V4(v) P4(W) V5(v) P5(W)

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

4.3 3.78 4.2 3.52 4.2 3.66 4.1 3.54 4 3.28

8.7 7.65 8.6 7.13 8.5 7.31 8.3 6.89 8.1 6.64

13.2 11.35 12.6 10.33 12.6 10.59 12.4 10.17 12 9.6

16 12.48 15.5 11.65 15.4 11.71 15.1 11.33 14.9 10.88

17.3 11.76 16.9 11.16 16.5 11.56 16.5 10.56 16.2 10.37

18 10.62 17.5 9.8 17.1 9.41 17 9.35 16.9 9.3

18.4 9.38 17.9 8.95 17.5 8.4 17.5 8.4 17.4 8.36

18.7 8.41 18.1 7.96 17.7 7.62 17.7 7.44 17.7 7.61

18.9 7.74 18.3 7.32 17.9 6.81 17.9 6.8 17.9 6.99

19 6.84 18.5 6.66 18 6.12 18.1 6.15 18 6.3

20 0.8 19.5 0.78 19 0.67 19 0.76 19.1 0.77

20.1 0.2 19.5 0.2 19.1 0.2 19.1 0.2 19.2 0.2

20.1 0.2 19.5 0.2 19.1 0.2 19.1 0.2 19.2 0.2

20.3 0 20 0 19.5 0 19.2 0 19.2 0

Tableau III.2 Influence des différent couvertures sur les caractéristique P-V

0 5 10 15 20

0

2

4

6

8

10

12

14

pu

isse

nce

(W)

Tension (V)

sans couverture

avec couverture tansparente

avec couverture blanche

avec couverture jaune

avec couverture bleu

Figure III.4 Influence des différents couverture sur les caractéristiques P-V

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Chapitre III Partie expérimentale

48

Discussion:

-panneau avec couverture en plastique transparente

Sur ces courbes, on remarque que la puissance maximum de panneau solaire diminue

-panneau avec couverture en plastique blanche

Sur ces courbes, on remarque que la puissance maximum de panneau solaire

-panneau avec couverture en plastique jaune

Sur ces courbes, on remarque que la puissance maximum de panneau solaire diminue

-panneau avec couverture en plastique bleu

Sur ces courbes, on remarque que la puissance maximum de panneau solaire diminue

A partir de ces courbes et tableaux précédent, on peut calcul la puissance maximum(Pm),le

facteur de forme(FF) et le rendement(η)de chaque panneau.

-panneau sons couverture

-panneau avec couverture en plastique(transparente, blanche, jaune et bleu) on applique les

relation mathématiques suivante:

occc

mm

VI

VIFF ...............................(III.1)

)2....(.............................. IIIVIP Mmm

Talque mV et mI sont mesurés de la courbe I(v) (figure .III.3)

S

P

p

P m

o

m

.1000 ……………….(III.3)

S : surface de panneau , S=(0.39x0.25) m2

P0 : puissance incidente elle est calculée par la règle de trios :{0

2 10001

PS

Wm

10000 Sp

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Chapitre III Partie expérimentale

49

Puissance maximum

P m(W)

Facteur de

forme(FF)

Rendement η(%)

Panneau sans

couverture 12.48 0.69 12.5

Panneau avec couverture en plastique

transparente

11.65 0.69 11.6

Panneau avec

couverture en plastique blanche

11.71

0.69 11.7

Panneau avec

couverture en plastique jaune

11.33 0.68 11.33

Panneau avec

couverture en plastique

bleu

10.88 0.67 10.9

Tableau III.3 les paramètres spécifiques des panneaux sans et avec couverture en plastique

III.3.2 Interprétation des résultats

d'après les résultats précédents obtenus on conclue que:

lorsque on utilise des couvertures en plastique de différente couleur notre panneau perte un peut

son rendement de (0.2%), mais d'une autre couté on gagne la protection de notre panneau

l'accumulation de saletés et poussières qui se déposent sur les panneaux ainsi que sur les bords

du cadre, donc diminuent le coût de maintenance du système et augmenter la durée de vie au

lieu de nettoyer le panneau on change seulement la couverture et de préférence utiliser une

couverture en plastique blanche ou transparente

III.4 Panneau avec couverture en grains de verre

Figure III.5 Panneau avec couverture en grains de verre

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Chapitre III Partie expérimentale

50

III.4.1 diamètres du grains de verre déposés d'un façon ordonnée

longueur:39cm -largeur:3cm -hauteur:1.5cm

III.4.2 Conditions de l'expérience

la date:08/04/2014 -heur:12:30 -température:22°C -l'angle:45° -humidité:35% -position:23 est

l'expérience consiste a réaliser (fabriquer) de couverture en grains de verre disposés d'un

façon régule ,les résultats obtenue sont présente dans le tableau suivant.

sans couverture Avec couverture(grains de verre)

V1(v) I1(A) V2(v) I2(A)

0 0.98 0 0.77

4.9 0.98 3.9 0.77

9.7 0.97 7.7 0.77

14 0.92 11.6 0.76

16.1 0.79 14.7 0.72

17 0.67 16.3 0.63

17.6 0.57 16.9 0.55

17.9 0.5 17.3 0.48

18.1 0.44 17.6 0.42

18.3 0.39 17.8 0.38

18.5 0.36 18 0.34

19.4 0.04 19.1 0.04

19.5 0.01 19.2 0.01

19.5 0.01 19.2 0.01

19.5 0 19.3 0

Tableau III.4 influence de grains en verre ordonné sur les caractéristique I-V

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Chapitre III Partie expérimentale

51

0 5 10 15 20

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Co

ura

nt (A

)

Tension (V)

sans couverture

avec grains de verre

Figure III.6 Influence de grains de verre ordonné sur les caractéristique I-V

Discussion:

Sur cette courbe, on remarque que le courant de court-circuit de panneau solaire avec grains en

verre diminue alors que la tension à vide varie peu.

sans couverture Avec couverture(grains de verre)

V1 P1 V2 P2

0 0 0 0

4.9 4.81 3.9 3

9.7 9.41 7.7 5.93

14 12.88 11.6 8.81

16.1 12.72 14.7 10.58

17 11.39 16.3 10.26

17.6 10.04 16.9 9.3

17.9 8.95 17.3 8.31

18.1 7.97 17.6 7.039

18.3 7.14 17.8 6.77

18.5 6.66 18 6.12

19.4 0.78 19.1 0.77

19.5 0.2 19.2 0.19

19.5 0.2 19.2 0.19

19.5 0 19.3 0

Tableau III.5 influence de grains en verre ordonné sur les caractéristique P-V

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Chapitre III Partie expérimentale

52

0 5 10 15 20

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

pu

isse

nce

(W)

Tension (V)

sans couverture

avec grains de verre

Figure III.7 Influence des grains de verre ordonnée sur les caractéristique P-V

discussion:

Sur ces courbes, on remarque que la puissance maximum de panneau solaire couvré avec grains

de verre diminue

Puissance maximum

P m(W)

Facteur de forme(FF) Rendement η(%)

Panneau sans couverture

12.88 0.673 12.9

Panneau avec couverture

en grains de verre 10.58 0.711 10.6

Tableau III.6 les paramètres spécifiques des panneaux sans et avec couverture en grains de verre

ordonnée

III.4.3 Interprétation des résultats

lorsque on utilise des couvertures en verre sous forme de grains distribue d'une façon ordonnée,

notre panneau perte un peut de son rendement de( 0.2%) au midi de jour ainsi que peut être

augmente le rendement quand le soleil incliné a l'horizontale mais d'une autre coté on gagne la

protection de notre panneau contre l'accumulation de saletés et poussières qui se déposent sur les

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Chapitre III Partie expérimentale

53

panneaux ainsi que sur les bords du cadre, donc diminuent le coût de maintenance du système

et augmenter la durée de vie au lieu de changer le panneau ou nettoyer le panneau.

III.5 Panneau avec couverture en grains de verre aléatoire

Figure III.8 Panneau avec couverture en grains de verre aléatoire

III.5.1 diamètres du grains de verre déposés d'une façon règle

longueur:3.5cm -largeur:3cm -hauteur:1.5cm

III.5.2 Conditions de l'expérience

la date:15/5/2014 -heur:13:20 -température:25°C -l'angle:10° -humidité:35% -position:23 est

l'expérience consiste a réaliser (fabriquer) de couverture en grains de verre déposés d'un

façon aléatoire ,les résultats obtenue sont présenter sur le tableau suivant.

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Chapitre III Partie expérimentale

54

sans couverture Avec couverture(grains de verre)

V1(V) I1(A) V2(V) I2(A)

0 0.92 0 0.8

4.5 0.92 3.8 0.79

9 0.91 7.8 0.78

13.1 0.87 11.5 0.77

15.4 0.76 14.7 0.72

16.4 0.65 15.7 0.63

17 0.56 16.7 0.55

17.3 0.48 17.1 0.47

17.6 0.43 17.4 0.42

17.8 0.38 17.6 0.38

17.9 0.34 17.8 0.34

18.9 0.04 18.8 0.04

18.9 0.01 18.8 0.01

18.9 0.01 18.8 0.01

19 0 18.9 0

Tableau III.6 influence de couverture en grains de verre aléatoires sur les caractéristique I-V

0 5 10 15 20

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Co

ura

nt (A

)

Tension (V)

sans couverture

avec grains de verre aléatoire

Figure III.9 Influence des grains de verre aléatoires sur les caractéristique I-V

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Chapitre III Partie expérimentale

55

discussion

Sur cette courbe, on remarque que le courant de court-circuit de panneau solaire couvre

avec grains de verre diminue alors que la tension à vide varie peu.

sans couverture Grains de verre aléatoire

V1(v) P1(W) V2(v) P2(W)

0 0 0 0

4.5 4.14 3.8 3

9 8.19 7.8 6

13.1 11.39 11.5 8.8

15.4 11.7 14.7 10.58

16.4 10.66 15.7 9.89

17 9.52 16.7 9.18

17.3 8.3 17.1 8.03

17.6 7.56 17.4 7.3

17.8 6.76 17.6 6.68

17.9 6.08 17.8 6.05

18.9 0.75 18.8 0.75

18.9 0.18 18.8 0.18

18.9 0.18 18.8 0.18

19 0 18.9 0

Tableau III.7 influence de couverture en verre texture aléatoires sur les caractéristique P-V

0 5 10 15 20

0

2

4

6

8

10

12

pu

isse

nce

(W)

Tension (V)

sans couverture

avec grains de verre aléatoire

Figure III.10 Influence de grains en verre aléatoires sur les caractéristique I-P

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Chapitre III Partie expérimentale

56

DISCUSSION:

Sur cette courbe, on remarque que la puissance maximum de panneau solaire avec grains de

verre aléatoire diminuent.

Puissance maximum

P m(W)

Facteur de forme(FF) Rendement η(%)

Panneau sans

couverture

11.70 0.66 11.7

Panneau avec

couverture en grains

de verre aléatoire

10.58 0.69 10.6

Tableau III.8 les paramètres spécifiques des panneaux sans et avec couverture en grains de verre

aléatoires

III.5.3 Interprétation des résultats

lorsque on utilise des couvertures en grains de verre distribue d'une façon aléatoire notre

panneau perte un peut de son rendement de (0.1%), au midi de jour ainsi que peut augmente le

rendement quand le soleil incliné a l'horizontale mais d'une autre coté on gagne la protection de

notre panneau contre l'accumulation de saletés et poussières qui se déposent sur les panneaux

ainsi que sur les bords du cadre, donc diminuent le coût de maintenance du système et

augmenter la durée de vie au lieu de changer le panneau ou nettoyer le panneau

III.6 Conclusion

d'après les résultats précédents obtenus on conclue que:

lorsque on utilise des couvertures en plastique de différentes couleurs notre panneau perte un

peut de son rendement de ( 0.2%), et pour des couvertures en grains de verre distribue d'une

façon ordonnée et aléatoire, notre panneau perte un peut son rendement de ( 0.1% ) à midi ainsi

que peut être augmenter le rendement quand le soleil incliné a l'horizontale, mais d'une autre coté

on gagne la protection de notre panneau contre l'accumulation des saletés et poussières qui se

déposent sur les panneaux ainsi que sur les bords du cadre, donc diminuent le coût de

maintenance du système et augmenter la durée de vie au lieu de nettoyer le panneau on change

seulement la couverture de plastique.

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Chapitre III Partie expérimentale

57

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Conclusion générale

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Conclusion générale

L’objectif de ce travail de recherche, est de voir l’influence des différentes couvertures de la

surface des cellules solaires sur leur rendement, et de définir les meilleurs couvertures

transparentes en ( plastiques ou autre matériaux transparents comme verre déposés d'une façon

ordonnées et aléatoires).

Dons ce manuscrit. Nous avons présenté une étude expérimentale sur un panneau solaire. Le

projet consiste a réaliser (fabriquer) des couvertures transparentes des matériaux transparentes

pour protéger le panneau solaire contre les poussières.

D'après les résultats obtenus on conclue que: lorsque on utilise des couvertures en

plastique de différentes couleurs, notre panneau perte un peut de son rendement de ( 0.2%), et

pour des couvertures en grains de verre distribue d'une façon ordonnée et aléatoire notre panneau

perte un peut son rendement de ( 0.1% ) à midi ainsi que peut être augmenter le rendement

quand le soleil incliné a l'horizontale, mais d'une autre coté on gagne la protection de notre

panneau contre l'accumulation des saletés et poussières qui se déposent sur les panneaux ainsi

que sur les bords du cadre, donc diminuent le coût de maintenance du système et augmenter la

durée de vie au lieu de nettoyer le panneau on change seulement la couverture de plastique.

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Résumé

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Résumé

لاى . إى أهن هشكلة جىاجه البادثيي في هجالات اسحخذام الطاقة الشوسية هي وجىد الغباس وهذاولة جٌظيف الألىاح الشوسية

.جشاكوه يؤدي إلي اًخفاض هشدود الألىاح الشوسية

وأيضا هشكل الحكاليف العالية لصياًة وجٌظيف الألىاح الشوسية الذائن و خاصة في الوٌاطق الصذشاوية الوعضولة .

لزا الهذف هي هزا البذث هى دواية سطىح الألىاح الشوسية باسحخذام أغلفة هي البلاسحيك رات ألىاى هخحلفة ودبيبات هي

الضجاج هىصعة علي سطخ اللىح الشوسي بطشيقة هٌظوة وغيش هٌظوة لذواية الألىاح الشوسية هي الغباس وفي ًفس الىقث

الذفاظ علي ًفس الوشدود

الوشدود, دبيبات هي الضجاج,غلاف بلاسحيكي, لألىاح الشوسيةا الكلمات الأساسية:

Le problème le plus important auquel font face les chercheurs dans les domaines de l'utilisation

de l'énergie solaire est la présence de poussières et d'essayer de nettoyer les panneaux solaires.

Parce que son accumulation entraîne une réduction des rendements des panneaux solaires.

Et aussi le problème des coûts élevés d'entretien et de nettoyage des panneaux solaires, en

particulier dans les régions désertiques isolées.

Donc, le but de cette étude est de protéger la surface des panneaux solaires à réalisations des

couvertures en plastiques de différentes couleurs et grains de verre déposés sur la surface du

panneau solaire d'une façon ordonnée et aléatoires pour protéger les panneaux solaires de

poussière en même temps, en conservant le même rendement

Mots clés :panneaux solaires, couverture en plastique, grains de verre, le rendement

The most important problem facing researchers in the fields of use of solar energy is the presence

of dust and try to clean the solar panels. Because its accumulation leads to reduced yields solar

panels. And also the problem of high maintenance and cleaning solar panels cost, especially in

remote desert regions.

So the purpose of this study is to protect the surface of the solar panels achievements blankets

plastic of different colors and glass beads deposited on the surface of the solar panel in an

orderly and random way to protect solar panels dust same time, maintaining the same

performance

Key words : solar panels, blankets plastic, glass beads, performance

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