Lors du refroidissement, le silicium fondu se solidifie en ne formant qu’un seul cristal de grande dimension. On découpe ensuite le cristal en fines tranches qui donneront les cellules. Ces cellules sont en général d’un bleu uniforme. Ce type de panneaux solaires photovoltaïques possède un très bon rendement. Son cout est relativement élevé.
● Avantage
Rendement de production élevé.
● Inconvénient
Fabrication plus délicate et donc plus coûteuse.
Page 7 b) Silicium poly cristallin
Pendant le refroidissement du silicium, il se forme plusieurs cristaux. Ce genre de cellule est également bleu, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux. Ce type de panneaux solaires photovoltaïques bénéficie d’un bon rendement. Le prix de ce type de panneaux solaires est moins élevé que le monocristallin, il représente donc à ce jours le meilleur rapport qualité/ prix.
● Avantage
Meilleur compromis production/investissement
c) Silicium amorphe (a-si)
Le silicium est déposé en couche mince sur une plaque de verre ou un autre support souple.
L’organisation irrégulière de ses atomes lui confère en partie une mauvaise semi conduction. Les cellules amorphes sont utilisées partout où une solution économique est recherchée ou lorsque très peu d’électricité est nécessaire, par exemple pour l’alimentation des montres, des calculatrices, ou des luminaires de secours.
Elles se caractérisent par un fort coefficient d’absorption, ce qui autorise de très faibles épaisseurs, de l’ordre du micron. Par contre son rendement de conversion est faible et les cellules ont tendance à se dégrader plus rapidement sous la lumière.
● Avantage
a) Intégration sur modules souples
b) Valorise mieux les éclairements faibles ou diffus c) Pas de perte de rendement sous haute température
● Inconvénients a) Rendement faible
b) Matières premières limitées et en concurrence avec d’autres usages c) Toxicité des matériaux
d) Recyclage plus complexe
Page 8 Tableau I.1: Les différentes filières des panneaux photovoltaïques [4]
CdTe : Tellure de Cadium / CIS : Cuivre-Indium-Sélénium / Ga-As : Arséniure de Gallium I.2.2.3.Principe de fonctionnement d’une cellule solaire photovoltaïque
L’effet photovoltaïque utilisé dans les cellules solaires permet de convertir directement l’énergie lumineuse des rayons solaires en électricité par le biais de la production et du transport dans un matériau semi-conducteur de charges électriques positives et négatives sous l’effet de la lumière. Ce matériau comporte deux parties, l’une présentant un excès d’électrons et l’autre un déficit en électrons, dites respectivement dopée de type n et dopée de type p. Lorsque la première est mise en contact avec la seconde, les électrons en excès dans le matériau n diffusent dans le matériau p. La zone initialement dopée n devient chargée positivement, et la zone initialement dopée p chargée négativement.
Il se crée donc entre elles un champ électrique qui tend à repousser les électrons dans la zone n et les trous vers la zone p. Une jonction (dite p-n) a été formée. En ajoutant des contacts métalliques sur les zones n et p, une diode est obtenue. Lorsque la jonction est éclairée, les photons d’énergie égale ou supérieure à la largeur de la bande interdite communiquent leur énergie aux atomes, chacun fait passer un électron de la bande de valence dans la bande de conduction. Si une charge est placée aux bornes de la cellule, les électrons de la zone n rejoignent les trous de la zone p via la connexion extérieure, donnant naissance à une différence de potentiel: le courant électrique circule [5](Voir figure I.4)
● Petites puissances pour objets portables
Page 9 I.2.2.4.Avantages et inconvénients de l’énergie photovoltaïque
Les avantages de l’énergie photovoltaïque les plus importants sont : Avantages
Energie indépendante, le combustible (le rayonnement solaire) est renouvelable et gratuit.
L'énergie photovoltaïque est une énergie propre et non-polluante qui ne dégage pas de gaz à effet de serre et ne génère pas de déchets.
Génère l’énergie requise.
Réduit la vulnérabilité aux pannes d’électricité.
L’extension des systèmes est facile, la taille d’une installation peut aussi être augmentée par la suite pour suivre les besoins de la charge.
La revente du surplus de production permet d'amortir les investissements voir de générer des revenus.
Entretien minimal.
Aucun bruit.
Figure I.4: Principe de la convention photovoltaïque [5]
Page 10 Inconvénients
La fabrication des panneaux photovoltaïques relèvent de la haute technologie demandant énormément de recherche et développement et donc des investissements coûteux.
Nécessite un système d’appoint (batteries) pour les installations domestiques.
Le coût d'investissement sur une installation photovoltaïque est cher. [5]
I .2.3.Géothermie
Le terme géothermie regroupe l’ensemble des techniques ayant recours à la chaleur de la terre pour produire de l’énergie (chaleur ou électricité).
Cette chaleur peut être issue de la radioactivité naturelle des roches profondes, remontant à la surface pour réchauffer des nappes phréatiques souterraines. La chaleur de l’eau est ensuite prélevée par pompage dans ces nappes, ou tout simplement sur des sources chaudes en surface.
Cette chaleur peut aussi provenir du soleil, par le biais des calories emmagasinées en surface, dans les premiers mètres du sol, ou indirectement par le biais de nappes phréatiques alimentées par les eaux de pluie.
En fonction de la température de la source utilisée, on distingue plusieurs types de géothermie, présentés dans le tableau suivant :
Tableau I.2: La correspondance de source utilisée avec types de géothermie en fonction de la température [6]
Page 11 I.2.4.Eolien
La ressource éolienne en Algérie varie beaucoup d’un endroit à un autre. Ceci est principalement dû à une topographie et un climat très diversifié. En effet, notre vaste pays, se subdivise en deux grandes zones géographiques distinctes. Le Nord méditerranéen est caractérisé par un littoral de 1200 Km et un relief montagneux, représenté par les deux chaines de l’Atlas tellien et l’Atlas saharien. Entre elles, s’intercalent des plaines et les hauts plateaux de climat continental. Le Sud, quant à lui, se caractérise par un climat saharien.
La carte représentée ci-dessous montre que le Sud est caractérisé par des vitesses plus élevées que le Nord, plus particulièrement dans le Sud-Est, avec des vitesses supérieures à 7m/s et qui dépassent la valeur de 8 m/s dans la région de Tamanrasset (In Amguel).
Concernant le Nord, on remarque globalement que la vitesse moyenne est peu élevée. On note cependant, l’existence de microclimats sur les sites côtiers d’Oran, Bejaïa et Annaba, sur les hauts plateaux de Tébessa, Biskra, M’sila et El-Bayad (6 à 7 m/s), et le Grand Sud (>8m/s). (CDER)
Figure I.5: Atlas des ressources géothermiques de l’Algérie(CDER)
Page 12 I.2.4.1.Les différents types d’éoliennes
Les éoliennes se divisent en deux grandes familles : celles à axe vertical et celles à axe horizontal a) Les éoliennes à axe horizontal
Ce sont les machines les plus répandues actuellement du fait de :
● Leur rendement qui est supérieur à celui de toutes les autres machines. Elles sont appelées éoliennes à axe horizontal car l’axe de rotation du rotor est horizontal, parallèle à la direction de vent.
Elles comportent généralement des hélices à deux ou trois pâles, ou des hélices multiples pour le pompage de l’eau.
● Elles ont un rendement élevé.
● Les éoliennes à axe horizontal (ou à hélice) sont de conception simple.
Figure I.6: Atlas des vents de l’Algérie
Page 13 b) Les éoliennes à axe vertical
Pour ces capteurs, l’axe de rotation est vertical et perpendiculaire à la direction du vent, et sont les premières structures développées pour produire de l’électricité.
Elles possèdent l’avantage d’avoir les organes de commande et le générateur au niveau du sol, donc elles sont facilement accessibles.
Elles sont adaptées à tous les vents et ne nécessitent pas de dispositif d'orientation.
Deux d'entre elles sont particulièrement remarquables : Savonius et Darrieus.
Figure I.7: Les éoliennes à axe horizontal [7]
Figure I.8: Les éoliennes à axe vertical [7]
Page 14
● L'éolienne Savonius comporte principalement deux demi-cylindres dont les axes sont décalés l'un par rapport à l'autre. Comme les machines à aubes, elle utilise essentiellement la traînée pour tourner. Cette machine présente deux avantages :
● Elle est simple à fabriquer
● Elle démarre avec des vitesses de vent de l'ordre de 2 m/s
● L'éolienne inventée par le Français Darrieus est un rotor dont la forme la plus courante rappelle vaguement un fouet à battre les œufs. Cette machine est bien adaptée à la fourniture d'électricité.
● Malheureusement, elle ne peut pas démarrer seule. Ce type de machine, qui peut offrir les puissances les plus fortes n'a pas connu le développement technologique qu'il méritait à cause de la fragilité du mécanisme encore mal maîtrisée. [8]