Etude expérimentale et analytique d'un panneau hybride photovoltaïque/thermique

Remerciement

Nous remerci,ons towi d9abord Dieu le towi iirissam de rwus

cwoi,r owriT les portes du scwoi,r, de nous cwotT cri,dé suriowi dans

les momems difficïles et nous ci,mener à comiiléter notre tTcwcri,l

dans l,es meillewTes condi,tions.

Nous adressons rùos sincères remerciemems pour notre

iiromotTice Mm «Ghellab Amel »g qui nous a fturri le sowrien et

l,es encouragemems et les conseïls nécessai,res pour l,a réc.li,sŒtiort de ce i)rojet.

Nous remeTcions l,es membres du jwTy d'cwoir accepté

d'évaluer l,a qualüé et la valeur de notTe tTowai,l.

Nous remercions tous les enseignams du déi)cmemem de

génie mécanique powT les ef:fbrts fturnis pour comri,bueT à notre

rmŒmon.

Nous adressons nos remeTciemems à Mr Abderrazak

Mahfoud cherchewT dans le cemre de développeme"i d9énergie

sol,aiTe UDES de Tii)cbzag c.ussi Mr Mellü et Mr S.Djimli des

enseignams d9uni,versùé de Jijel9 Mr S.Ilai,en eÊ Mr O. Sellcmi et

Mm Meki,dech Lynda(IngéniewT du laborŒioi,re dans l,e hall

technologique urriveTsùé de Jijel)Pour rLOTis æïde;T e;t nous

soutenir.

Sans oublier de remerci,er tous ceux qui nous om cridés à

Dédicace

Je dédie ce modeste travail cornme une preuve de

gratitude et de recomaissance à :

Mes chers parents qui m'ont domé tout le soutien,

l'encouragement et l'espoir tout au long de ma vie.

Mes fi.ères et ma sœur et ma grande fiamille.

Tous mes amis chacun avec son nom.

Mes collègues chacun avec son nom.

Mes enseignants chacun avec son nom.

Et tous ceux qui le conmissent de près ou de loin.

Dédicace

À ma mère et mon père et mes ftères et toute la f;amille

Afin d'encourager et de soutenir moi et la patience

À tous mes enseignants

Qui m'a appris tout ce que vous savez

Et tous mes amis sans exception

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SOMMAIRE

RESUME... NOMENCLATURE... INTRODUCTION GENERALE CHAPITRE I: GENERALITES ... 1.1 Introduction

1.2 Energie non renouvelable ...

1.2.1 Souces des énergies non renouvelables

1.3 Energie renouvelable. . .

1.3 .1 Souces des énergies renouvelables

1.4 L'énergie solaire ... 1.5 Système solaire ...

1.5.1 L'énergie themique (chaleu) 1.5.1.1 Capteurs solaires themiques

1.5.1.2 Composants ... 3 ... 3 ... 4 ... 4 ... 5 ... 5

I.5.2 L'énergie photovoltai.que (électricité) ... 6

1.5.2.1 Panneau solaire photovolta.i.que ... 1.5.2.2 Composants ... 6

1.5.3 Cellule photovolta.i.que ... 7

1.5.3.1 Semi-conducteu 1.5.3.2 Type de cellule photovoltaïque ... 8

1.5.4 Dopa8e P ... ... 9

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1.5.6 Jonction P-N 1.6 L'effet photovolta.i.que 1. 7 Installation photovolta.i.que

1. 8 Panneau hybride Photovolta.i.que/Themique

1.9 Recherches bibliographiques

CHAPITRE 11 : ETUDE EXPERIMENTALE ET ANALYTIQUE ... 23

11.1 Partiel 11.1.1 Etude analytique 11.1.1.1 Bilan énergétique 11.1.1.2 Calcul d'erreur 11.1.2 Partie électrique 11.2 Partie 2 11.2.1 Pailie expérimentale 11.2.1.1 Description du système

11.2.1.2 Paramètres électriques de la cellule solaire

1.1.2.2.1 Influence de la températue et de 1'intensité du rayonnement...37 11.2.2 Instrumentations

11.2.3 Calcul de l'intensité du rayonnement 11.2.4 Calcul de la tension en circuit ouvert

CHAPITRE 111 : RESULTATS ET DISCUSSIONS

111.1 La variation horaire de la température de la surface supérieure ... 44

111.2 La variation horaire de la température de la surface arrière du module

111.3 L'évolution des températures de la surface supérieure et arrière du

module ... " . , " ,... 46

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111.5 La variation des tempéi.atures des différents éléments du

système

111.6 Variation de la température de I 'air à la sortie du canal ... 49

111.7 Variation temporelle de l'irradiation du soleil et la température

ambiante

111.8 Variation du flux de chaleur qui passe a l'intérieure du canal ... 51

111.9 Variation temporelle de la vitesse du vent et la vitesse de 1'aira la

sortie du canal

111.10 Variation temporelle de la température

rayonnement et 1'humidité

ambiante

111.11 Variation horaire de la tension de courant ...

111.12 Variation du rendement électrique en fonction de temps . .

tensité de .... 52

54

... 55

111.13 Variation du rendement en fonction de la température de cellule..55

111.14 La Courbe I(V)

111.15 Variation de la puissance électrique du module photovolta.i.que. . . 57

111.16 Caractéristique de la cellule photovolta.i.que

CONCLUSION GENERALE REFERENCES

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Liste des figures

Figure 1.1 : Panneau solaire themique ... 5

Figure 1.2: Panneau solaire photovolta.i.que ... 6

Figure 1.3 : Cellule photovolta.i.que ... 7

Figure 1.4: Schéma rçprésentant l'effet photovolta.i.que ... 10

Figure 1.5: Schéma de Principe d'une installation d'un système photovoltà.i.que...11

Figure 1.6: Chduleu (Laboratoire université de Jijel) ... 11

Figure 1.7: Régulateur (laboratoire université de Jijel) ... 12

Figure l.8: Batterie (laboratoire université de Jijel) ... 13

Figure 1.9: Chargeur des batteries (1aboratoire) ... 13

Figure 1.10: Pameau solaire hybride ... 14

Figure 1.11 : Vue de face de système PV/T ... „ ... 14

Figure 1.12: Vue en coupe de différent module ... 16

Figure1.13:(a)Modulevene-tedler/®)Moduleverre-verre...16

Figure 1.14: Une longueu élémentaire « dx » montrant le profil d'écoulement de l'air ... 1 7 Figure 1.15: Vue latérale du module photovolta.i.que semi-transparent utilisé comme façade dans réchauffement de l'espace ... 18

Figure 1.16: Vue en coupe dès les deux modules utilisés ... 19

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Figure 1.18: Vue schématique en coupe transversale: (PV-I) Module

photovolta.i.que, (PVÆ-II) Module hybride PVÆ, (PVÆ-III) Module hybride Pvff vitré. (Pvff-IV) Module hybride Pvff double passage...21

Figure 11.1 : Vue en coupe transversale d'une longueu élémentaire 'dx'

montrant le flux de l'air en dessous du tedlar

Figure 11.2: Schéma analogique équivalent

.... 23

Figure 11.3: Schéma électrique équivalent de la cellule PV ... 31

Figure 11.4: Dispositif expérimental utilisé (Devant le Hall Technologique, université de Jijel) ... 35

Figure 11.5: Coube (I/V) ...

Figure 11.6: Evolution de la puissance foumie par une cellule PV lorsque sa température de fonctionnement augmente ...

Figure 11.7: Evolution de l'intensité de

Figue 11.8: Anémomètre

1'irradiation...

Figure 11.9 : (a) Themocouple, (b) Themomètre .... Figure 11.10: Multimètre ... Figure 11.1 1 : Voltmètre ...

... 38

... 39

Figure 11.12: Montage électrique ... 41

Figure 11.13 : Cellule de référence

Figure H.14: Montage électrique ...

Figure 111.1 : Variations horaires de la température du verre, pour lajoumée

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Figure 111.2: Variations horaires de la températue de la surface arrière du

module, pour la joumée de 27 Mai

Figure 111.3: L'évolution de la température de la surface supérieure et arrière du module en fonction du temps, pour lajoumée de 27 Mai ... 46 Figure 111.4: Variation horaire de la température de la plaque, pou la joumée de 27 Mai . .

Figue 111.5: Variation des températures des différents composants du

système(a) expérimentale(b) théorique, pour lajoumée de 27 Mai ... 48 Figure 111.6: Variation de la température de l'air à la sortie du canal, pour la joumée de 27 Mai . . .

Figure 111.7: Variation temporelle de l'irradiation du soleil et la température

ambiante, pour la joumée de 27 Mai ... 50

Figure 111.8: Variation temporelle du flux de chaleur, pou lajoumée de 27

Figue 111.9: Variation horaire de vitesse d'air a la sortie du canal et la

vitesse du vent, pour lajoumée de 27 Mai ... 51

Figue 111.10: Variation temporelle de (a) La température ambiante; Œ)

L'intensité du rayonnement; (c) L'humidité, pour la joumée de 27

... 53

Figure 111.1 1 : Variation horaire de la tension de courant du panneau, pour

lajoumée de 27 Mai ... ... 54

Figue 111.12 : Variation du rendement électrique en fonction de temps, pou la joumée de 27 Mai

Figue 111.13: Variation du rendement électrique en fonction de la

I 1 1 I I [ 1 I 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1

I

Figure 111.14 : Variation temporelle du rendement themique, pour la

joumée de 27 Mai ... 56

Figure 111.15 : Variation temporelle du rendement global, pou la joumée

de 27 Mai ... 56

Figure lll.16 : La courbe l(V) ... 57

Figure 111.17 : Variation de la puissance électrique du module

photovolta.i.que...58 Figue 111.18 : Caractéristiques majeures de la cellule PV ... 58

Liste des tableaux

Tableau 1 : Caractéristique électrique ... 36

Tableau 2 : Caractéristique mécanique ... 36

Tableau 3 : Les donnée utilisée pou l'étude analytique du système

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Résume

L'Algérie adoptez dans la rencontre de ses besoins d'énergie au gaz

et le pétrole, ces sources sont pami des sources d'énergie non-renouvelables, qui seront épuisées, tôt ou tard, et qui nous met en danger du fait de manquer ces sources.

L'objectif de notre étude est d'évaluer les performances du panneau hybride themique (Pvff) intégré avec conduit d'air pou le

climat de la ville de Jijel, les expressions amalytiques (themique et électiique) ont été obtenues en utilisamt le bilan énergétique de chaque composant. La validation expérimentale du module thermique du système (PV/T) a également été réalisée. On a observé qu'il existe un accord entre les observations expérimentales et théoriques.

Abstract

Algeria adopt in the meeting of its energy requirements to gas and oil, these sources are among not-renewable energy sources, which will be

exhausted, early or late, and which endangers to us because of missing these sources.

The objective of our study is to evaluate the perfomance of the themal

hybrid panel (PV / T) integrated with air duct for climate of the city of Jijel, the analytical expressions (themal and electrical) was obtained using the balance sheet of each component. The experimental validation of the themal module of the system (PV / T) was also carried out. It has been observed that there is agreement between the experimental and theoretical observations.

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Symboles

Nomenclature

Ub Coefficient global de transfeft de chàleudespertesdechaleuversl'arrière.

w/m2K]

UL Coefficient global des pertes themiques

w/m2K]

entre 1'absorbeu et 1'air ambiamt.

Ut Coefficient des pertes themiques a

w/m2K]

l'avant de la cellule.

Utr Coefficient global de transfert de chaleu

w/m2K]

entre le verre et le tedlar en passant par

la cellule solaire.

U7' Coefficient global de transfert de chaleu

w/m2K]

par conduction entre la cellule solaire et l'air, passant par le tedlar.

h7' Coefficient d'échange par convection

w/m2K]

entre l'arrière de tedlar et le fluide dans le

canal.

hplhp2 Facteu de pénalité

-T

Températue

[K]

J Intensité solaire incidente

[w/m2]

b

Largeu

[m]

L Lamgueu [m] 77la Taux d'écoulement de la masse d'air

rg/s]

Ca Chaleu spécifique.

[K//Æg.K]

4t, Le taux d'énergie themique utile [W]

K Conductivité thermique

[W/mK]

/

Couant

[A]

V Tension

M

Rs La résistance en série

•i-

[Q]

Rp

LarésîstmceshT#,3,=+SÏ.

[Q]

X

Distance \{ir|ïP\T/,

V[m]

A

Surface `ùw¥,z

[m2]

e L'écart de pourcentage cané moyen

-r

Coefficient de conélation linéaire

-Symbo]es grecs

-~.`, Ï1.,.,~,,' "..r`__,:--j:

ar Coefficient d'absorption de l'absorbeu

P

Facteu d'emballage, coefficient de température

7 Coefficient de transmission du verre

Tl Rendement

y

Facteu d'idéalité

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Indices aSa AmbianteSurfacearrière 7n Module

ref

Condition de référence

c]ir L,air

cti;rtm L'air à l'entrée

airout

L'air à la sortie

T Tedlar C Cellule

t

Temps el Electrique th Thermique CC Court-circuit OC Ouvert circuit

max

Valeu maximale

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INTRODUCTTON GENERALE

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Introduction générale.

INTRODUCTION GENERALE

L'énergie est fortement nécessaire dans notre vie quotidienne. Elle est devenue profondément impliquée grâce à plusieus techniques comme la conversion de l'énergie du mouvement en énergie électrique. L'énergie est utilisée dans toutes les bases de la vie, comme elle est également utilisée dans les industries, dans les maisons et dans le domaine de l'agriculture et même dans le secteu de transport etc.

L'Algérie est un pays méditenanéen qui possède une large région riche en sources diverses de pétrole, gaz naturel et différents métaux. Aussi notre pays possède un des champs solaires globaux les plus significatifs et inclut plusieus pistes éoliemes et plusieus sources géotiiemriques. Malheueusement, l'Algérie souffte ces dernières années aux plus importantes conséquences de dépendance au pétrole et au gaz car ces sources non-renouvelables décroisent avec la demande croissante de sources d'énergie, donc il a fallu penser à d'autres souces plus durables, suite à la dépendance au péùole et au gaz, ces gaz fossiles affectent aussi notre atmosphère par les émissions de la fimée de ces ressources.

Dans notre travail nous allons faire une étude expérimentale et analytique su un panneau hybride PVÆ dans les conditions climatiques de la ville de Jijel. Ce mémoire sera schématisé ainsi :

Dans le premier chapitre on donne quelques définitions su l'énergie et ces différents types, puis on représente les composants des panneau photovolta.i.ques, ensuite on donne quelques recherches issues de la bibliographie.

Dans le deuxième chapitre inclus deux partie : Dans la première, on a établi m bilan thermique du système solaire en régime përmanent puis

Intro duction générale

on a déduit la résolution du système d'équation en utilisant une méthode analytique. Par contre dams la deuxième partie ; on a schématisé les différents instrments de mesure et le banc d'essai d'un capteu hybride photovolta.i.que/thermique.

Dans le troisième chapitre on représente et on discute les résultats obtenus. Puis on termine par une conclusion générale.

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Généralités

___DZitrel__ __ ,____ q˱Ï!±!Ê:

CHAPITRE I : GENERALITES

1.1 Introduction

L'énergie est l'une des images de la présence de la vie, elle peut prendre une variété de fome, comme l'énergie themique, chinrique, électrique, nucléaire, mécanique ....

Ces types d'énergie sont obtenus à partir de la source d'origine par ue variété de techniques, l'énergie électrique par exemple est obtenue à partir de l'uanium par les réacteurs nucléaires et par des panneaux lumineux convertissant les photons de la lumière en énergie électrique ; par contre la conversion de la cinétique du vent et du ruissellement produit l'éneræe mécanique qui sera par la suite convertit en énergie électique. Généralement l'énergie est divisée en fonction de leus sources en deux catégories principales : Énergie non renouvelable et Énergie renouvelab le.

1.2 Énergie non renouvelable

C'est l'énergie qui est épuisée lorsqu'elle est et ne peut pas être facilement renouvelée dans une courte période de temps.

1.2.1 Sources des énergies non renouvelables

Les combustibles fossiles comme : charbon, gaz et pétrole et plus d'autres sources :

L'énergie nucléaire, qui est utilisé dans la production d'énergie électique à partir de la fiision nucléaire dans les réacteus nucléaires.

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Chapitre l Généralités

13 Énergie renouvelable

Les énergies renouvelables existent dans la nature en abondance et réapprovisionné périodiquement, en raison de sa disponibilité, de sa gratuité et sa propreté. Ce qui a poussé à les exploiter afin de limiter les aspects négatifs de l'extraction et l'exploitation des énergies non renouvelàbles (combustibles fossiles).

1.3.1 Sources des énergies renouvelables

Ce type d'énergie est disponible sm une variété de sources différentes tels que : Le soleil, Le vent, L'eau, L'énergie géothermique, Le mouvement des vagues, Les cultures agricoles et des arbres produisant des huiles.

1.4 L'énergie solaire

11 n'existe pas d'énergie themique directement dans la nature car l'énergie solaire est à l'origine de toutes les énergies su terre à l'exception de l`énergie nucléaire. 11 est à noter aussi, que le soleil est un facteu important pou le cycle de l'eau, du vent et même la photosynthèse des

plantes.

1.5 Système solaire

L'énergie solaire est l'une des sources d'énergie les plus importantes dans notre vie quotidienne. Elle est utilisée pou produire de l'énergie électrique, le chauffage de l'eau et des piscines, le dessalement de l'eau de mer ou saumâtre, le séchage, le fonctiomement des feux de circulation

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Chapitre l Généralités

1.5.1 L'énergie thermique (chaleur)

La lumière du soleil est convertit en chaleu grâce à des composants et des matériaux solaires thermiques. Car lors de l'exposition d'un corps sombre au rayonnement solaire, il l'absobe et le convertit en énergie themique qui sera à son tou extraite par un fluide caloporteu. Ainsi la chaleu produite sera utilisée dans les radiateus de chauffage, dans les systèmes de production d'eau chaude sanitaire et même dans les

systèmes de fi.oid.

1.5.1.1 Capteurs solaires thermiques

Le capteu solaire themique est un dispositif récupérant l'énergie de la lumière solaire pou la transformer en chaleu, transmise à un fluide caloporteu par exemple de l'eau ou de l'air.

1.5.1.2 Composants

Le capteu solaire themique se compose des éléments suivants : Vitre de sécurité, absorbeu, échmgeu, isolation et boitier.

Eau chaude

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Chapitre l Généralités

1.5.2 L'énergie photovolta.i.que (électricité)

L'énergie solaire est convertie en électricité par des cellules solaires, ces cellules fonctionnent immédiatement après récçption de la lumière du soleil, sans carbuant et avec une combinaison spécifique. Elle peut être installée sur le toit ou sur même là façade des bâtiments pou la production d'électricité, allamt à une efficacité d'environ 20% et le reste peut fourir de la chaleu pou le chauffage de l'air et de l'eau. Les cellules solaires sont également utilisées dans le fonctionnement des différents systèmes de communication et l'éclairage des routes et les

satellites.

1.5.2.1 Panneau solaire photovolta.i.que

Les panneaux solaires photovoltai.ques sont appelés modules photovolta.i.ques ou simplement panneaux solaires, qui convertissent la lumière en électricité. Le solaire photovoltai.que est communément appelé PV.

1.5.2.2 Composants

Le panneau solaire photovolta.i.que se compose des éléments suivants : Cellules photovolta.i.ques, EVA transparent, verre et l 'isolant.

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Chapitre l Généralités

Figure 1.2: Pameau solaire photovoltaique [2]

1.5.3 Cellule photovolta.i.que

La cellule photovolta.i.que c'est l'élément de base dans un panneau photovolta.i.que, sa fome est ronde ou canée, son rôle est de captée le rayonnement solaire reçu et le transfomé à un courant électrique, il est fabriqué d'un semi-conductcur en général on utilise le silicium parce qu'il est moins cher et là plus abondant.

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Chapitre l Généralité s

1.5.3.1 Semi-conducteur

Les semi-conducteus sont des matériaux avec des résistivités intemédiaires entre les conducteus et l'isolant, il y a dans la nature plusieurs types de semi-conducteu comme le diamant le germanium et le

silicium, qui est le plus utilisé.

1.5.3.2 Type de cellule photovolta.].que

11 y a plusieus types de cellule photovolta.i.que selon leu fabrication et là plus répondu sont :

1.5.3.2.1 Silicium monocristalLin

Les cellules de ce type ont été fabriqué d'un seul cristal, utilisé en extérieu dans la gamme d'éclairement de (100 à 1000 W/7rL2) et pou une puissance de (5 à 300Wc) avec un rendement de (15 à 20%). [4]

1.5.3.2.2 Silicium poly cristallin

11 est constitué de cristaux de 1 mm à environ 2 cm assemblés, appelés grains, il donne une puissance de (5 à 300 Wc) dams la gamme d'éclairement de (200 à 1000 W/m2) avec un rendement de (12 à 17%)

dans les conditions STC. [4]

1.5.3.2.3 Silicium amorphe

Ce type utilisé à l'extérieu et à l'intérieu, il donne une puissance de 1 Wc à l'intérieu et de (0.5 à 90 Wc) à l'extérieu avec un rendement de (7 à 9%). Ce type de cellule est dons un bon rendement dans l'éclairement

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Chpitre l Généralités

1.5.3.2.4 Arséniure de gallium (GaAs)

Ce type de cellule photovolta.i.que utilisée dans les satellites, il donne un très bon rendement (2540%) dans les conditions STC, mais leu prix est très élevé. [4]

1.5.4 Dopage P

/

Lorsqu'on dope le silicium par le bore, on ajoute quelques éléments de bore, qui contient trois électrons dans la couche de valence, au silicium qui contient quatre électrons dans sa couche de valence. Cette opération crée trois liaisons entre les atomes de bore et de silicium, il reste donc un trou qui se déplace dans le cristal et qui ne trouve pas un électron pou faire une liaison car le nombre de trous est supérieur au nombre des électrons. On appelle cette couche la couche de type P.

1.5.5 Dopage N

On ajoute quelques éléments de phosphore, qui contiennent cinq électrons dans la couche de valence, au silicium pou créer quatre liaisons et pou laisser un électron libre qui va exciter vers la bonde de conduction ftès facilement par l'agitation themique. A cause de cette opération on douve que le nombre d'électron est supérieu au nombre de trous. Ch appelle cette couche la couche de type N.

1.5.6 Jonction P-N

La jonction P-N est la mise en contact de deux couches de silicium de type différent : type P et type N, ce qui produit un déplacement des électrons libres dans la couche dopée N et les trous dans la couche dopée P à la surface de contact, donc on crée un champ électrique qui empêche

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Chapitre l Généralités

les autres charges libres de traverser de sa couche vers la deuxième couche pou qu'elle se recombine.

1.6 L'effet photovolta.i.que

Lorsqu'on expose une cellule photovolta.i.que à la lumière du soleil, les photons qui composent cette lumière vont attaquer les liaisons et les électrons de la couche de valence pou anacher les atomes. Une paftie de ces électrons ne revient pas à son état initial mais se déplace à la deuxième couche, et à cause de la jonction P-N qui empêche cette migration. Le couramt électrique est produit à partir du passage d'un circuit extérieu.

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FigLire 1.4: Schéma representant l'effet photovoltaique[5]

1.7 Installation photovo]tàïque

À partir du pameau photovoltai.que on utilise les appareils suivants pou la connexion entre les différents appareils et l'alimentation du

réseau :

Chapitre l Généralités

Figuic 1.5 : Schéma de principe d'une instauation d'un système photovoltài.que.

•:. Ondu]eur

Un onduleu est un dispositif pemettant de transformer en altematif une énergie électrique de type continue.

Figure 1.6 : Onduleu (Laboratoire uriversité de Jijel)

I

1

1

I

I

1 1 1

I

1 1

I

I

I

I

I

I

I

I

1 1

Chapitre l Généralités

L'onduleu est utilisé pou :

- Foumir des tensions ou courants altematifs de fféquence et amplitudes

variables.

-Fourir une ou des tensions altematives de fféquence et d'amplitude

fixes.

«:. Régulateur

Les régulateus sont mis en place dans les soucis d'assuer une longévité du système de stockage, donc minimiser le cout d'installation.

Figure 1.7 : Régulateur (laboratoire université de Jijel)

En effet, un régulateu assure :

- La protection des batteries contre les décharges excessives et les sucharges.

- l'optimisation du système du point de vue énergétique.

«:. Batteries

Les batteries sont des dispositifs chargées lors de l'ensoleillement pou pouvoir assurer l 'alimentation en électricité en heue creuse.

I

I

[

[

I

1

[

[

1 1 I [ I I [ [ I [ [ I I

Chapitre l Généralités

Figurel.8 : Bafterie (laboratoire université de Jijel)

Figue 1.9 : Chargeu des batteries (laboratoire université de Jijel)

1.8 Panneau hybridephotovolta.i.queÆhermique

C'est un panneau solaire qui combine les deux technologies précédentes, ce système produit simultanémentde l'électricité et de la

chaleu, pou but d'améliorer le rendement électrique du module

photovoltai.que, qui diminue avec l'augmentation de la température des

I

1 1 1 1

[

[

[

1 1 I I I I 1 1 I 1 [ 1 I

Chapitre l Généralités

Figue 1.10: Panneau solair hybride[6]

1.9 Recherches bibliographiques

Depuis les années 70, beaucoup de recherches scientifiques ont été

élaborés su les capteurs hybrides photovoltai.ques themiques pami

lesquelles on peut citer :

Tiwari et Sodha2006[7], dans leu article, ont présenté une étude expérimentale d'un panneau hybride (PVÆ) intégré avec un conduit d'air pou le climat de l'Inde.

14

Chapitre 1

Généralités

Ils ont développé un model analytique puis ils ont fait Lme comparaison avec les résultats expérimentaux en utilisant trois modes de circulations de l'air à l'intérieu du canal: Convection naturel, convection forcé avec un seul ventilateu et une convection forcé avec deux ventilateus.

Ces autems ont montré que la température supérieue du module de la convection forcée avec seul ventilateu est inférieue à celle issue du mode de convection naturel, et cette température est infiérieure à celle pou la convection forcée à deux vemtilateurs, cet abaissement est dû au retrait de la chaleu de la surface arrière du module.

Tiwari et Arvind 2007 [8],ont f}rits une étude su quatre déférentes configuations de module hybride PVÆ avec verre et sans verre, avec tedlar et sans tedlar. Deux modules sont reliés en série. Chaque module a une aire de O.61mz. Les modules ont été montés sur une structure en bois avec un conduit d'air au derrière le module. Le système a été placé au-dessus d'une aimature en acier incliné.

Les quatre configumtions sont :

> (a) module hybride Pvff non vitré avec tedlar. > ®) module hybride PVÆ non vitré sans tedlar.

> (c) module hybride PVÆ vitré avec tedlar. > (d) module hybride PVÆ vitré sms tedlar.

Chapitre l Généralité s

Œ')

V/ / /// //// /////

/-.-T. T. 1',

~_v/ / „ //// /////7rT=

= Jutll (c) 1(0 __ T. =q /Sa-cdndEVA 'd'

n--h=w , /„ „ //„77_

- AJ,ou,

Figure 1.12: Vue en coupe de diférent module.[8]

Ils ont écrit un bilan énergétique pou chaque composant des quatre configurations, ils ont conclu que la température de l'air à la sortie (systèmes c et d), est sensiblement plus haute que celle des systèmes non vitrés parce que il y a une diminution de perte supérieue.

A.S.Joshi 2009 [9], a développé une étude expérimentale et analytique de deux systèmes:un module photovolta.i.que avec vene-tedlar et un module photovoltal.que avec verre-verre. Puis la conparaison a été faite entre les performances diemiques de deux systèmes hybrides (PVÆ) pou climat composite de l'Inde.

Figue 1. 13 : (a) Module verre-tedler, Œ) Module verre-ve(re [9]

Chapitre l Généralités

Leus résultats ont montré qu'il existe un accord su les valeus théoriques et expérimentales des températures des surfaces arrière et des cellules solaires, qui sont plus proche pou une vitesse de l'air du conduit plus élevée (3,2 m / s) (cas A).

Nayak et Tiwari 2011 [10] ,ont fait me étude analytique pou évaluer les perfomances thermique d'une façade double photovolta.i.que hybride ŒVÆ semi-transparent) pou le chauffage des locaux pou climat composite de New Delhi(Inde).Le modèle themique a été développé en utilisamt les bilans énergétiques de la façade hybride photovoltai.que/thermique proposé à double passage.

Dlr®ctlon ®f flow oT alr

17

Figue 1.14: Une longueu élémentaire «dx» montrant le profil d'écoulement de

Généralités

Chapitre 1

Figue 1.15: Vue latérale du module photovoltaïque semi-transpaJient utilisé comme façade dansréchauffement de l'espace[ 10]

Les résultats ont montré que la température de la cellule solaire (Tc) de la façade double PV hybride est toujouis supérieue à la température du verre (Tg) et l'isolamt du fond (Tb). En outre, la température du conduit intérieu de la façade double PVT hybride est d'environ 1-2°C plus élevées que le conduit extérieur. En raison de l'énerSe thermique supplémentaire disponible par l'intemédiaire de la zone de facteu d'emballage.

Swapnil et dubuy 2012 [11], ont fait une étude su deux panneaux hybride PVÆ dans les conditions climatiques de Singapou, cet essai basé su la comparaison entre deux différents pameaux dans un canal où passe le fluide caloporteu. Les vues en coupe des canaux d'écoulement pou les deu types de PVÆ sont montrées dans la figure suivante. Le canal conçu pou le passage du fluide de premier type nommé A est fait en cuivre, tandis que celui du type 8 est fait en aluminium. Le type de module photovolta.i.que A est encapsulé avec les cellules solaires monocristallines (Si), tandis que, le type 8 est encapsulé avec les cellules solaires

I

1 1 1 I I 1 1

I

I I

I

1 1

I

I

I

I

I

I

I

Chapitre l Généralités

cristallines de (Si). Dans les deux types, le panneau photovolta.i.que est simplement mécaniquement maintenu au collecteu themique sans n'importe quel adhésif de liaison. Une couche d'isolation d'épaisseu de 0.035 m est fournie dans les deux types pou réduire des peftes de chaleur par le dos des modules.

Figure 1.16: Vue en coupe dès les deux modules utilisés [ 11]

Dans cette étude, ils ont trouvé que les températures de l'eau maximum à la sortie du collecteu en utilisant les débits de 0.03 kg/s et 0.06 kg/s sont le 55.3°C et 52.1°C, respectivement pou le type A, et le 56.0°C le et 53.4°C respectivement pou le type B.

Tiwari et Rajput 2016 [12], Dans ce travail Tiwari et Rajput ont développé un module mathématique pou mesurer la température de la cellule solaire et la température de point chaud et l'efficacité d'un panneau monocristallin opaque et semi-transparent.

D'un autre coté une étude expérimentale a été faite par une installation placées à extérieu de l'institut national de l'énergie solaire, Gurgaon (latitude 28,370N, longitude 77,04°E), L'expérience a été exécutée le 12 février et le 14 février 2016 su quatre modules

I

I

1 1

I

I

1 1 1 1

I

I

1 1

I

I

1 1

I

1 1

Chapitre l Généralités

photovoltaïques (deux modules opaques et deux modules semi-transparents).

Ils ont conclu que la température de cellule solaire et la température des points chauds sont de 2 ou 3 °C plus haut pou le module opaque par rapport au module semi-transparent. La température de point chaud a été trouvée marginalement plus haute dans un point chaud par rapport à la température du point deux chauds pou les deux modules photovolta.i.ques. L'image mesuée expérimentalement d'IR des deux modules photovolta.i.ques pou un et deux points chauds a été montrée dans la figure suivante. Ces images sont saisies le 12 février 2016.

module PV opaque

- 1' ë i

module PV semi-trensparent

Figure 1.17: Image d'IR de point chaud [12]

I 1 1 I I 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 I I 1 1 1

Chapitre 1

Généralités

Slimani et amirat 2017 [13], ont fait me étude comparative entre quatre configuations d'appareils solaires : module photovolta.i.que, module hybride ŒV/T) conventiomel, module hybride vitré (Pvff), module hybride à double passage vidé.

Un modèle numérique est été développé et validé par des résultats expérimentau, les performances énergétiques ont été évaluées avec un échantillon de données météorologiques du site d'Alger, les systèmes de module hybrides présentés dans cette étude sont basés su l'utilisation d'un module photovolta.i.que cristallin UDTS50.

(P\..T-n) Ei=r` C` Io€d Lfu* ---- T _ -_..,"_._. ==._ Oïn-,n' (n'„-I,-)

Figue 1.18 : Vue schématique en coupe transversale:ŒV-D Module photovoltai.que,

ŒVÆ-II) Module hybride PVÆ, ŒVÆ-IH) Module hybride PVÆ vitré et ŒVÆ-IV)

Module hybride double passage vitré [ 13]

I

I

1

1

I

1 1

I

I

I

I

1 1 1 1 1 1 I [ I [

Chapitre 1

Généralités

Leurs résultats ont montré que : Les températures des composants du module PV sont les plus élevées dans les quatre configurations et beaucoup plus élevé dans le troisième système (PV/T-III), l'addition d'un couvercle en verre au-dessus du module PV provoque une augmentation de la température de tous ces composants. Toutes les températures des composants du collecteur sont supérieures à la température ambiante.

I I I I

I

I

I

I

I

I

I

CAPITRE 11 : ETUDE

EXPERIMENTALE ET ANALYTIQUE

1 I [ I 1 1 1 1 1 1 1

I

I

I

1 1

I

I

I

1

i

Chapitre ll Etude expérimentale et analytique

cHAPITRE 11 : ETUDE EXPERlnŒNTALE ET

ANALYTIQUE

11.1 Partiel

11.1.1 Etude analytique

Avant d'écrire l'équation du bilan énergétique pou chaque composant, les hypothèses suivantes ont été faites :

- Régime pemanent.

-La transmission de lEVA est d'environ l00%.

- Les variations des températures su l'épaisseu ainsi que la largeur sont négligeab les.

- Le flux d'air entre le tedlar et la stnicture du bois est uniforme pou le mode de fonctionnement forcé.

11.1.1.1 Bilan énergétique

Figuiie 11.1 : Vue en coupe transversale dbne longueu élémentaire 'dx' montrant le flux de l'air en dessous du tedlar.

I

1 1 1 1 1 1 1 1,. 1 1 I I I

I

1 1 1 1 1

I

J_Ezl

Chapitre 11

Etude expérimentale et

analytique-(<,`

1-

•-rhf rayonnement corivection conduction

Figure 11.2: Schéma analogique équivalent

Les équations du bilan énergétique du système hybride PVÆ sont

les suivantes :

• Poulemodule pv:

IVEacl(t)Pc + (1 Pc)aTI(t)lbdx Ut(Tc Ta) + UT(Tc

-Tsa)bdx + ncl (t) Pcbdx

• Pou la surface arrière du tedlam :

UT(Tc -Tsa)bdx = hT(Tsa - Tatr)bdx • Pou l'air qui passe sous le tedlar :

(1)

(2)

I

1

1 1 1 1 1

[

[

1 I I I I I [ 1 1 [ [ I

Chapitre ll L\ o/ Etude expérimentale et analytique

hT(Tsa-Ttiùbdx--hacadF:gdx+U;(Tatr-Ta)bdx9`

De l'équation (1), on peut déduire la relation de la température de la

cellule ainsi :

UtTcbdx + UTTcbdx --r:TGacl(t)Pc + (1 -Pc)aTI (t)Pc]bdx + UtTabdx + UTTsabdx D°nc|;`:,7:,gnR€jrE:q;rrede,|îÆçeLL¥l?Peï,t¢Ê;::;£:lcïéàcommesuit: -_- ), -`

:Ï-;c,(t;;`::({:=p:)ï,(t,``ffft

•ù,`J,+é n.J[+ " Tsa-rlcl(t)Pc Ut+UT '\, " (4)* (5) !FL.D`. \d'„'`î=

Par l'utilisation des équations (6), (7), (8) on a pu déduirè la températue de la surface arrière du module :

U7'

Ut + UT

(al)eff = Iv{acpc + OIT(1 -Pc) -r|cPc}

ut7=[±+;]-1=

On remplace l'équation (5) dans l'équation (2), on obtient :

U7'

Tvacl(t)Pc + (1 -Pc)aTI(t) + UtTa + UTTsa -r|cl(t)Pc

Ut + UT

= hT(Tsa - Tc[±r)

En simplifiant l'équation (9) on aura :

hpi(al)eff l(t) + UtTTa + hTTatr = Tbs(UtT + hT) hp.(aI)ef f l (t) + UtTTa + hTTctir

UtT + hT (6) (7) (8) -UTTsa (9) (9a)

(%)

25

I I I I I I I I I I [ I I I I I I I I I

I

..çL±IeH_ _ _ _ E4ideexpérimcntq|_ee_t_?±?i!±g±±=

En utitisant les fomules suivantes, on peut tirer la fbmule de la teinpérature de l'air :

hr

UtT + hT

Utatr--E±ft+±T\-L~-Et; UL = UtatT + Ub

En remplaçant l'équation (9b) dans l'équation (3) on aura :

`_\ ..

hT hpi(œT)eff l (t) + UtTTa + hTTaiT_

UtT + h.T bdx - hTTœirbdx

--hacadF¥dx+Ub(Tatr-Ta)bdx

•-\cvL-- ``,.,. `

hpihp2(aT)effl(t)bdx+(

UtT + hT hTutT UtT + hT -UtatT - hT + UtatT

)

Tabdx TtiTbdx

=riacad#dx+UL(Ttir-Ta)bdx

Par simplification de l'équation (13a) on trouve :

b[hpihp2(ŒT)e#Œ)]=riaca#+buL(rair-Ta)

(10) (11) (12) (13) `/ (13a) (14) *+ De l'équation (14) :

¥+#ra!r =#bib2(«)em] +#Ta (14Œ)

I I 1 1 I I I I I I 1 1 I I

I

I

1 1

I

I

I

Chapitre n Etude expérimentale et ytique

L'équation (14a) est une équation différentielle de la fome :

d#+ATaiT=B

A et 8 sont deux constantes.

La solution de l'équation différentielle (14a) sera :

hpih2(Cri)eff]ç_t2

+ra+CeT#X

C : représente une constante.

On applique les conditions au limite suivants : àx = 0

Tair = Tœirtn

Donc la constante C sera défini comme suit :

C - TtiT - Ta -

hpihp2(On)eff](t)

UL

Et la température de l'air sera définie ainsi :

hpihpz(aT)eff](t)

UL

+TaiTtne#ax

(15) (16) (17) (18)

On utilise les conditions aux limites suivantes : x = L

Taimœ = Tair |r=L, donc la température de l'air à la sortie peut se calculer en introduisant les conditions suscitées :

1 I

I

I I I I I I I I I I 1 1 1 1 1

I

I

I

Chapitre ll Etude expérimentale et analytique

TtiTowt--

hpihp2(œ.eff[(t)

UL

±L

+ Tair!ne maca

•,a](1-e#L)

(19) La température moyenne de l'air su la langueu du conduit d'air, sera identifiée par ce qui suit :

1

tr_--L

Tatrdx

hpihp2(aF)eff](t)

1 - e-CbuLITi.aca)L + Ta!ré„

buLhhaca

L'énergie themique utile obtenue par l'air, sera :

4q = 7hacœ(Ta!"œ -Tai7.£7i) 1 - e-(buL/Thaca)L bui./ri`aca (20) (21)

¢u=#[blb2(ŒT)efm-b|hp2(ŒT)emeT#L+U£ra

-ULraei#L+ULraireT#L-ULTairin]

₍₂₂₎

4"=Ï;F[bib2(")e#ü)-UiŒaïri"-7L)](1-ei#L)(23)

L'efficacité du system PVÆ :

Le rendement électrique est défini par 1'expression suivante :

7}ei = nre/[1 -Pp(Tc -Tcm/)]

Ttref : Rendement de réfiérence.

Pp : Le coefficient de température de l'énergie électrique.

(24)

[ I I I [ I I I [ 1 I 1 1 I [

I

1 1 1 1

I

Chapitre H Etude expérimentale et anal±±+g±±Ê

rc„/ : Températue de la celhile de référence.

Tc : La température de la cellule.

Le rendement thermiqie est définit comme suit :

„th ZfÉ84u

Ek-f8,(t)bL (25)

Tel que

4u : Le flux de chaleu.

J(t) : L'intensité du rayonnement solaire.

b : Largeu du système hybride. L : Longueu du système hybride.

Le rendement global est la somme des deux rendements présidents :

no--neL+r1th Avec

no : Le rendement global.

77e! : Le rendement électrique. 77th : Le rendement thermique.

(26)

11.1.1.2 Calcul d'erreur

L'écart entre les valeurs des résultats expérimentales et théorique est calculé corme suit :

I L'écart de pourcentage carré moyen (e)

Avec

(27)

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

1 1 1

I

I

I

1 1

I

I

I

Chapitre ll Etude expérimentale et analytique

e : L'écart de pourcentage carré moyen.

n : Nombre de données expérimentales / théoriques.

x100

e£ : L'écart de poucentage de chaque valeu.

JYth : Domées théoriques.

Xep : Données expérimentales.

I Le coefficient de corrélation linéaire (r)

N(XexpJ{çhȱŒ_ Jreïp).ŒJfth)

Avec

r : Coefficient de comélation linéaire.

JYt,t : Domées théoriques.

Xep : Données expérimentales.

N : Nombre de données expérimentales / théoriques.

(28)

(29)

H.1.2 Partie électrique

Le schéma équivalent de la cellule photovolta.i.que comprend un générateu de courant qui modélise l.éclairement et une diode en parallèle qui à son tou modélise la jonction PN, une résistance en série Jts représentant les diverses résistances de courants et de connexions et une

résistance en pamallèle Rp.

I [ I I I I I I 1 1 I I I [ I 1 1 1

I

I

I

Chapitre 11

Etude expérimentale et analytique

Figure 11.3: Schéma électrique équivalent de la cellule PV [14]

• Le couratLt court-circuit

11 s'agit du courant qui traverse la cellule photovoltài.que lorsque celle-ci est court-circuit, c'est-à-dire lorsque le pôle positif (+) est relié au pôle négatif (-), (la tension à ces bomes alors est nulle). Dans ce cas la puissance foumie par la cellule P = U X / est nulle [15].

I -Icc AV -0

Jcc-#

(30)

Jph : Photon de couant crée par la cellule ®roportionnel au rayomement

incident).

• La tension ouvert-circuit

Lorsque le courant de la cellule est égal à zéro, la cellule est décrite comme ouverte en circuit, dans ce cas la puissance foumie par la cellule

P = U X J est nulle. [15]

V = Voc A J - 0

Chapitre 11

Etude expérimentale et analytique

v"-a.log[¥]

On défmit le facteu d'idéalité modifié,

a_-

NyKTc

(31)

(32)

q

N : Le nombre de cellules connectées par série dans le module PV.

y : Le facteu d'idéalité (environ 1,2 pou le silicium monocristallin).

K : La constante de Boltzmann (| ,38. |0-23]/K).

q : La charge d'électron (1,6.10-]9 C).

rc : La température de la cellule.

/ Le courant de saturation inverse des diodes /o comme suit

'ph

exp(¥)-1

(33)

/o : Le courant lumineux ou le courant généré par le photon.

• Facteur de rempnssage

C'est un paramètre important, qui est souvent utilisé à partir de la caractéristique I(V) pou qualifier la qualité d'une cellule ou d'un générateu PV, ce facteu est défini coinme suit :

FF--

m"xvmal

JscXVoc

• Puissance maximale Elle est définie comme suit :

Pmax = J77"f X Vmax

• Efficacité de ]a ceuule solaire Elle est définie comme suit :

(34)

(35)

I [ 1 [ I [ [ I I 1 1 1 1 1 1

I

1 1 1

I

I

Chapitre 11

Etude expérimentale et analytique

/77|a*xvmœ

Acx/(t)

Avec

Pmai = /mŒ X Vmœj[ : Puissance maximale [W]. Ac : La surface de la cellule [m2].

/(t) : Le flu( globale PV/m2].

(36)

/ STC 0es conditions de test standards)

À 1000 W / m2 et une température de 25 °C et l'humidité de 20%.

11.2 Partie 2

11.2.1 Partie expérimentale

Les expériences été réalisés pou étudier les performances électiques et thermiques d'un panneau photovoltai.que hybride PVÆ pou le climat de la ville de Jijel, ces essais ont été faites à la cou de l'université de Jijel pou une joumée du printemps de l'amée 2017.

11.2.1.1 Description du système

Dans notre expérience, on a un module photovolta.i.que de type

(condor SR-150) qui a me surface de 1.1352 m2, il contient 60 cellules

(6X10) de type (condor silicium monocristallin) chaque cellule a une surface de 0.015425 m2, il a été monté su me structure en bois de (135 X89x 30 cm). Avec un conduit d'air à l'arrière du module, conçu d'une feuille d'aluninium d'une épaisseu de 1 mm, déposé su un boitier en bois. Le polystyrène est utilisé comme isolant de 4cm d'épaisseu, son rôle est de diminuer les pertes vers l'arrière et parties latérales.

I

1 1

I

I

I

1 1

I

1 1

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I

I

1 1

I

I

I

Chapitre ll Etude xpérimentale et analytique

Le dispositif pemet de véhiculer de l'air à travers le conduit, le système a été placé su un cadre en bois avec une inclinaison 37° par rapport à l'horizontale.

Les capteurs de température ont été utilisés pou mesurer les différentes températures à savoir la surface avant du pameau, la surface arrière du module, l'air d'entrée et l'air de sortie, un capteur de température a également été foumi sur la partie supérieue du canal d'air.

Pou assurer le régime forcé pou l'écoulement de l'air qui passe à travers le conduit, on a utilisé un extracteu d'air de capacité (5 watt), qui étais actionné par une souce extérieue, comme il le montre la figure

(11.4).

Chapitre H Etude expérimentale et analytique

Figure 11.4: dispositif expérimental utilisé (Devant le Hàll Technologique, université de Jijel)

/ Le panneau photovo]taïque

Notre étude expérimentale est basée su le panneau photovoltai.que qui possède les caractéristiques suivantes :

I I 1 1 [ I I [ I [ [ [ 1 I [ 1 I I

[

[

1

±pitre ii Etude expérimentale et anal±±Îg±±Ê

Tableau 1 : Caractéristique électique

- - -- `-_,1:--,-:-.1 Conditions STC Conditions STC Isc 7.19 A Imax 8.33 A Voc 21.6 V Vmax 18V Surface 0.015425 m2 Surface 1.1352 m2

Efficacité 12% NOCT 45OC

Facteu de

0.83

Facteu

0.965

remplissage d'emballage

Tableau 2 : Caractéristique mécanique

Type de cellule Cellule mono cristallin avec anti-réflexion

Nombre de cellule par panneau 60 cellules (6X 10)

Dimension de la cellule (125X 124) rm

Dimension du pameau (132X86) cm

Poids du module 4.5k8

Cadre Alliage en aluminium anodisé

Type de verre Verre trempé, 3 ,2mm d'épaisseu Boite de jonction et comecteu IP 65,3 Diodes By-pass et câbles

compatibles avec un connecteur MC4

Températue d ' utilis ation 4o°C à 85°C

I

1 1 1

[

[

1

[

1 1

[

1 1 1 1

[

I

1 1

[

I

Chapitre ll Etude.expérimentale et analytique

11.2.1.2 Paramètres électriques de la cellule solaire

La caractéristique (courant/tension) d'une cellule ou d'un module photovolta.i.que est un critère très important pou l'extraction des différents paramètres électrique (facteu de remplissage, la puissance

maximale,Voc,Icc,Vmax,Imax). L'illustration suivante montre la courbe

I(V), ce diagramme peut évaluer les performances électriques au sein de la cellule photovoltaïque à partir de la jonction PN qui créé la tension électrique.

dm

Figue 11.5: Coube I(V) [16]

11.1.2.2.1 Influence de la température et de l'intensité du

rayonnement

• Influence de température

Toute l'énergie des photons n'arrivamt pas à se transfomer en électricité est absorbée par le matériau sous fome thermique.

I

I

1 1

I

1 1 1 1 1 1

I

I

I

1 1

I

I

1 1

I

Chapitre 11

Etude expérimentale et analytique

V(v)

Figue 11.6 : Evolution de la puissance foumie par une cellule PV lorsque sa température de fonctionnement augmente [ 17]

• Influence de l'irradiation

5 10 15'.-: 20 25

Pbût, Umpp

Tension du panneau U en V

Figue 11.7 : Evolution de l'intensité de l'irradiation [18]

11.2.2 Instrumentations

Les instnments utilisés pou la détection des résultats dans les expériences sont les suivants :

1 I 1 1 I 1 1 1 I 1 1 1

I

I

I

I

1 1

I

I

I

Chapitre ll Etudç..expérimentale et amalytique

Figue H.8: Anémomètre.

> Anémomètre

Pou mesurer le débit d'air à l'entrée et la sortie du canal (fig.11.8).

(a)

(b)

Figure 11.9 :( a) Themocouple, Œ) Themomèùe

1 1 1 1

I

1 1 1 1 1 1 1

I

I

1 1 1

I

1 1

I

Chapitre ll Etu4e expérimentale et analytique

> Thermocouple

C'est un dispositif utilisé pou mesurer la température dans des

différents emplacements dans le système (fig. 11.9 (a)).

> Thermomètre

Pou mesurer la température ambiante et l'humidité (fig.11.9 @)).

Figue 11.10: Multimètre

> Mu]timètre

Utiliser pour mesurer la tension aux bomes de la cellule de

référence (fig.11.10).

Figue 11. 1 1 : Voltmètre

Etude expérimentale et analytique

Chapitre 11

> Voltmètre

Ce dispositif utilisé pou mesurer la tension du panneau

photovolta.i.que (fig. 11.1 1 ).

11.2.3. Calcul de l'intensité du rayonnement

Pou calculer l'intensité du rayomement expérimentalement on utilise la cellule de référence et un multimètre connecté en série, son schéma de principe est présenté dans la figure suivante :

Figure 11.12: Montage électrique

I La cellule de réfërence

C'est un élément utilisé pou mesurer 1'intensité du rayomement et

la température ambiante (fig. 11.13).

I I I I I I I I I I I 1 1

I

I

I

1 1

I

1 1

Chapitre 11

Etude expérimentale et analytique

Figure 11. 13 : Cellule de réfiérence

II.2.4Calcul de la tension en circuit ouvert

On utilise un voltmètre connecté en série avec le pameau

photovolta.i.que (voir figure H.14):

Figure 11.14: Montage électrique

+ Quelques données utilisées pour ]'étude analytique du système

PV„

±±ÎFe ]] _ J±±4Ê£ZEËÉÉ=ʱ±9±ÊLe_± anal±Tg±±Ê

Les domées utilisées pou le système thermique photovolta.i.que hybride Pvff sont présentées dans le tableau suivant :

Tableau 3 : Les domées utilisées pou l'étude analytique du.système

PV„

1.1352 m2 Ïff£L*Îi , -A7rL Ac 0.015425 m2 b 0.86 m L 1.32 m hpl,r 0.99 J-hp2 0.33 U7' 66 W/m2K Ut``

2.Swl"2;K

UfT _{2\u 8.11W/.m2K} Ub 2.11W/m2K UL 4.43W/m2K h7' 3.4MW/"2.K Ca 1008 Tt, 0.95 a'c 0.9 a'7' 0.5 Pc 0.83 (ŒI)eff 0.69578 < „c 0.12 Tt, 0.93 43

[ [ I [ I [ I I 1 1

I

1 1 1 1 1

I

1 1

1

I

CIIAPITRE 111 : RÆSULTATS ET

DISCUSSIONS

[

1

1

1

1

1

I

I

1

1

1

1

1

I

1

1

1

1

1

1

Chapitre lll Résultats et discussion

CIIAPITRE 111 : RESULTATS ET DISCUSSI0NS

Dans ce chapitre, on va présenter les résultats expérimentaux qui étaient extraites lors de notre banc d'essais, le système hybride a été placé au niveau de la cou de l'université de Jijel proche du hall technologique, le capteur était orienté plein sud avec une inclinaison égale à 37° par rapport à l'horizontale. L'étude théorique, était basée su le bilan d'énergie établi entre les nœuds du système solaire. Les équations ont été traduise en programme utilisant le logiciel Matlab2012. Une comparaison Î~éÉL®ite entre les différentes températues, l 'évolution d' irradiation puis la vitesse du vent, et la variation de la tension du courant et le rendement.

111.1 La variation horaire de la température de ]a surface

supérieure

9 10 11 12 temps (h ) 13 14 15 16 40 3Û 20 10

Figue 111.1 : Variations horaires de la températue du cellule, pou lajoumée de 27 Mai.

La figme (111.1) : rçprésente la variation de la température de la surface supérieue du module pou les deux études théorique et expérimentale, on remarque qu'il y a une petite différence entre ces valeurs, elles sont presque identiques, ces valeurs atteignent 53.26,

44

Chapitre m

Résultats et discussion

56.4°C repectivement, à un moment où l'intensité du soleil est maximale (entre 12h et 14h). 11 est aussi à remarquer que les deux coubes présentent une fome de variations croissante dçpuis sh jusqu'à 13h (la valeu maximale) et à partir du 13h nous remarquons une dinrinution de températue jusqu'à 16h.Il existe un accord équitable entre les résultats expérimentaux et théoriques avec un coefficient de corrélation linéaire (r) de 0,9768 et ui écart de poucentage carré moyen (e) de 2.5920%.

111.2 La variation horaire de la température de la surface

arrière du module

60

5Û

+0

30

Figue IH.2: Variations horaires de la température de la surface arrière du module, pou la joumée de 27 Mai.

On remarque dans la figure ¢11.2) que :

La variation de la température arrière du module varie d'une façon croissante jusqu'à une valeu maximale de 52.6°C (expérimentale) 49.41°C .(théorique) à 13h et à partir de ce moment, on remarque un abaissement de ces valeus jusqu'à 38.3°C (expérimentale) 37.01°C (théorique) à 16h. Pou l'écart entre la variation expérimentale et analytique, on remarque que : les deux coubes sont rapprochées (un écart

I

I

I

I

I

I

1 1

I

1 1 1

I

I

I

I

1 1

I

1 1

Chapitre lll Résultats et discussion

de 1°C), ceci est montré par les valeus des coefficients de comélation (r) et l'écart de poucentage carré moyen (e) 0.9755 et 3.8018% respectivement.

111.3 L'évo]ution des températures de la surface supérieure

et arrière du module

' ' \1 `ÈÈ 1 ' ' TcthTOexpTasthTasexp ' 8 91 011121 31 41516 temps (h)

Figue 111.3 : L'évolution de la température de la surfice supérieue et arrière du

module en fonction du temps, pou lajoumée de 27 Mai.

On remarque également dans la figure (111.3) que :

La température de la surface arrière et la surface supérieue varient d'une valeu minimale de 31.9 et 36.5°C à s h à un maximum de 52.6 et 56.4°C respectivement à 13 heures. Les valeus théoriques pou la surface arrière et la température de la surface supérieue sont légèrement inférieues aux valeus expérimentales et comprises entre une valeu minimale de .32.78 et 34.42°C à s h et une valeu maximale de 49.4 et 53.26°C à 13 heues pou les deux études. L'écart entre les valeus des deux températures compris entre(2 à 5°C) à cause de 1'effet de lavantillation forcé a l'interieue du canal .

111.4 Variation temporelle de la température de la plaque

I I [ I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

I

1

1

I

I

Chapitre 111

Résultats et discussion

1

-Tp

I 1 1 1111-1 ' 1 8 91 011121 31 4 15 16 temps (h)

Figue 11.4: Variation horaire de la température de la plaque, pou la joumée de 27

Mi.

Nous notons que la température de la plaque varie de 26.1°C à 35.6°C, can la chaleu reçue par cette demière, la variation est proportiomelle à la température de la surface supérieue et de la surface arrière du module, la plaque est considérée comme un absorbeu c'est lui qui va stocker l'énergie themique.

111.5 La variation des températures des diff érents élements

du systéme

D D

-D 0 lllr Y 0

-T-T-T-T

CexpSaexpaimutexpP 0 08 9 ,o 1 1121 31 41516 temps (h) (a) 47

[

[

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Chapitre lll Résultats et discussion

11

lllL,-lllllllr

-^ _-VJ- _V _Y TcthTsathTairout th 9 10 11 12 13 14 15 16 temps (h) (b)

Figue 111.5 : Variation des températures des différents composants du système; (a)

Expérimentale; Œ) Théorique, pou la joumée de 27 Mai.

La figure (111.5) montre la variation des températures des différents éléments du système on remarque que :

Les températures des composants du module PV sont les plus élevées dans le système et atteignent leus valeurs maximales duant la période 12h-14h, les cellules photovoltai.ques sont les composamts les plus chauds comptes tenus de leu nature semi transparente qui leu dome un grand coefficient d'absorption et leu valeu peuvent atteindre 53.26°C à 13h. La couche du verre au-dessus du module PV provoque une augmentation de la température des composants du PV, pou diminuer ces températures élevées, la circulation d'air est nécessaire en dessous du module.

La température de l'air de sortie a une valeu minimale de 27.5°C à 16h en atteint une valeu maximale de 32.1°C à 13h, et en raison de la circulation de l'air la température de la surface arrière du module qui est inférieue de la température de la surface supérieue, elle atteint une valeu maximale de 52.6°C, un écart de (2 à 5°C) sépare la température

1 I I I I I I [ I I I 1 1 I 1 1 I 1 1

I

I

Chapitre m

Résultats et discussion

supérieue et arrière du module. Ia chaleu du panneau est cédée vers l'espace intérieue du système et cette demière sera donc reçue par la plaque d'aluminium donc elle est couverte par l'isolant qui diminue les pertes vers l'extérieu, 1eu température atteint une valeu maximale de

35.6 °C à 13h.

111.6 Variation de la température de l'air à la sortie du canal

-Taimut th -Taimut exp e=3.91.45 r=O.8426

--E--i-+--E =,-+i E =---=

'', ____+~,---.r---.+-.---,---,---.< 9 '0 11 12 temps m) 13 14 15 16

Figue 111.6: Variation de la température de l'air à la sortie du canal, pou la joumée de 27 Mai.

La figure (111.6) montre la variation temporelle de la température de l'air à la sortie du canal, l'air absorbe une partie de la chaleu du module et aussi de la plaque métallique durant leu passage au sein du système.

On remarque que les valeurs de la température de l'air à la sortie sont très proches pendant toutes les périodes d'expérience (24 à 32°C). On remarque aussi qu'il y a un accord entre les résultats expérimentaux et

théoriques (e =3 .9145% et r = 0.8426).

I

I

1

1

I

I

1

1

I

I

1

1

I

I

I

I

I

I

I

Chapitre 111

Résultats et discussion

111.7 Variation temporene de ]'irradiation du soleil et ]a

température ambiante

9 10 l t lz 13 t. 15 16

temp lh)

Figue 111.7: Variation temporelle de l'irradiation du soleil et la température ambiamte,

pou lajomée de 27 Mai.

D'après la figure on remarque que ;

L'inadiation est fàible au début du jou, elle a commencée à

augmenter avec le temps jusqu'à une valeu maximale de 869 W/m2 à

13h, après ce moment elle commencer à baisser jusqu'au coucher du soleil. Le changement de température ambiante est d'une façon régulièrement et à proximité pendant toutes les étapes de l'expérience.

[ [ I 1 1 1 1 I I I I I [ 1 I [ I I I 1 1

Chapitre m

Résultats et discussion

111.8 Variation du flux de chaleur qui passe à l'intérieure du

canal

' =8: :xpl ' '

IE

' .^

^

^

^

^

IIE= I ' Y

-V Y

'-:1 91 01112131 41516 temps (h)

Figure 111.8: Variation temporelle du flux de chaleu, pou la joumée de 27 Mai.

On remarque qu'il y a un écart important dans la variation du flux de chaleur pou les résultats expérimentaux et théoriques à cause des pertes thermiques et aussi les erreurs pendant la lecture.

111.9 Variation temporel]e de ]a vitesse du vent et la vitesse

de l'aira la sortie du canal

=##

'

^

^ .^ ^

^

^

n

^

B'-

V

V

18 91 011121 31 41516 temps (h)

Figue ln.9: Variation horaire de vitesse d'air à la sortie du canal et la vitesse du vent,

pou lajoumée de 27 Mai.

Chapitre 111

Résultats et discussion

La figue (111.9) présente la variation temporelle de la vitesse de l'air et la vitesse du vent au cours d'expérience, on remarque que la variation de vitesse du vent est irrégulière car la joumée du 27 Mai était ventée, par contre l'air à la sortie du cmal varie d'une façon presque

régulière.

111.10 Variation temporene de la température ambiante et

l'intensité de rayonnement et l'humidité

1 -TalTb 1 ' 1

I

1 ' 18 91 011121 31 4 15 16 Temps (h)

-'(t)

8 91 011121 31 415 16 Temps (h) 52

I

I

I

I

I

I

1 1 1

I

1 1

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Chapitre 111

Résultats et discussion

' |-h'undft6[ ' 1 1 V ' 8 91 011121 31 4 15 16 temps (h) (c)

Figue 111.10: Variation temporelle de; (a) Ia température ambiante; (b) L'intensité du

rayonnement; (c) L'humidité, pou la joumée de 27 Mai.

Les figures précédents (111.10) montrent la variation horaire de la

température ambiamte, l'intensité du rayonnement et l'humidité en fonction de temps, on remarque que les valeuis de la températue amiante sont très proches, par contre l'intensité du rayonnement varie pou atteindre des valeurs maximales entre 12h et 13h et commence à décroitre pendant les heues qui suivent.

L'humidité varie d'une façon oscillatoire, cette variation est en raison des autres conditions climatiques de cette joumée (la température ambiante et la vitesse du vent).