REPUBLIQUE I\
ET DE Universi:té
En vue de I'
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Encadré par:
- Pr. Adel Mellit
DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
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DE L' ENSEIGN'EIYIENT SUPERIEUR RECI{ERCHE S CIENTIFIQUE
med Seddik Ben Yahia - Jijel
SCIENCES ET DII LA TECHNOLOGIE MENT D'ELECTRONIQUE
IRE DE FIN:D'ETUDES
du Diplôme de trvlaster II en Elechonique ique des Systèmes Embarqués
Présenté par :
* Mn Elamine Zoulid
* Mr. Ramzî Birouk
et miséricordierry {accompfrr ce fut,
{En secon[ freu,
A[et nylelfrt, son
périofe [u travait
ltros vtfs
pour fintérêt qu'ilî
{e4aminer notre t
tVous tenons à proJesseurs qux r nou:s
nous ant soutenu
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contrifiué à k réafrsatà
BEi IElUENUT4D
îtfous tenons tctut {a6or[ à renterc'ier (Dieu fe tout puissant donné fa force et fa patience nous a
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tenons à rertercier notre enca[reur pf :
conseif eti son ai[e {urant toute k
vont égalbment arqmemhres [u jury t porté à notre recfrcrcfre en acceptant
;,[fEt [e f enricthir par feurs propositions.
nos sincèires refficrciements à tous fes enseigné et qui par feurs compétences fa poursuite [e, nos étu[es.
tous ceu4 qu"i, [e près ou [e foin, ont [e ce trawail.
gJJ.i^Jl lin d.A-o.blTI oil otriil ,rt 4+il! Ug^ 1$ç qÉ3i.-3.;65lt LJiilt lSt-r^ -, rEJ J+iri
i.r,. _ll, , rC+Jl ,,rjl+Jesll _j+ilD oi3,z $J'"t i.-tJl cftr4lr.Jl sr:a+ r. jtt!f-, eB jl_rjl, ti"6 t+,rlJl
i+Jl'.X.951 i3it.r J U" J çrtyl.r jt+]t, U"g élll cJ+i 6n er"îg-lt ôâjt r's (ç""^.itt tt..iyt ;,r.i r ô_;t;Jt
4'rllJ"ll ô)-lJt,Jt*tl ol_-r.i}t .:ri l.gi3l'.orii*l L.+lr .A,rduino Mega 2560 éÉÉJl È<-j.o!l .rJc i.:ii*.
c-r >^Èq tj^I.sllJi -,13sP8266-01 étr i.rsr pt.ri5-rt, c.i_jûTf _rp i+âlJ.ll ô)-tJl ù_p si#jÀil
..-.t-,ii)l slÈ .cl$Tl ôiJËjl ,t.;el.lt i.Aii ,ç3-:.eJéJl iJiy : q+rEi..3t.ls
The monitoring of
observing the stability and
Abstract
Itaic systems is considered as an important aspect for of these systerns.
In our project tve reali a monitoring system to confrol some pafttmeters of a photovoltaic generator (cument, tage, tempera,ture, the intensity of the solar radiation) in
real time, we realized two sensi cards and a card of rrcquisition Based on the Arduino Mega Things technology to toansmit the monitored parameters on ESP8266, as well as we have developed a website to store 2560, we also used the Intemet
data.
monitoring systems; lntemet of Things.
Résumé
La surveillance des photovoltaTquers est considérée comme un aspect important pour I'observation rle stabilité et des performances de ces systèmes.
Dans nohe projet nous paramètres d'un générateur
réalisé un système de surveillance pour contrôler certrains ItarQue (cowant,, tension, température, I'intensité du rayonnement solaire) en ûemps nous avons réalir;é deux cartes de mesure et une carte d'acquisition à base d'un
I'internet des objets pour
Mega 256A, nous avons aussi utilisé la technologie de les pararnètres surveillés sur I'intemet à I'aide d'un module WIFI8SP8266, ainsi q nous avons développé un site web pour stocker et affrcher les données des paramètres lés.
the internet using a WiFi
and display the monitored Key words : photovoltaic
Mots clé: systèmes photovol systèmes de surveillance, I'intemet des objets.
IS mmflrre
Sommaire
Introduction générale
sur les sys:tèmes photovoltaîques
I.l. Introduction ...
I.2. Définition du photovoltrrie I.3. Brefhistorique
I.4. Les technologies
I.4.1. Silicium cristallin (c-Si) ..
I.4. 1. I . Monocristallin (Single-S
I.4.1.2. Multicristallin (Multi-Si Poly-Si) I.4.2. Couches minces (Thin-
I.4.2.1. Silicium arnorphe (a-Si) I.4.2.2. Tellurure de cadmiurn (
1.4.2.3 . Cuiwe-indium-séléniLure CIS) et cuivre-indium-gallium-diséléniure (CIGS) I.4.3. Nouvelles technologiesr
I.4.3. l. Cellule hybride
I.4.3.2. Cellules de nanotubes de
L4.3.3. Cellules solaires à (DSSC - Dye sensitized solar cells) ... 12 1.4.3.4. Cellules solaires organiq
I.4.3.5. Cellules tandem / cellule 1.4.3.6. Cellules à concenfation I.4.3.7 . Cellules à pérovskitesr ...
ire multi-jonction ... ... 13 ... 14
I.5. Rendement ....
I.6. Types de systèmes PV et I.6.1. Systèmes autonomes ...
I.6.2. Systèmes connecté au n!
7 8 8
9
t0 t2
12
t4 l5 t6 t7 l8
I.6.2.1. Toit résidentiels ... t9 I.6.2.2. Toits commerciaux et les
Sommaire
1.6.2.3. PV inægré au bâtim,ent I.6.2.4. Systèmes montés au sol
I.6.2.5 . Centrales photovol à échelle commerciiile ...
I.6.3. Les systèmes hybrides ....
l.7.Le marché actuel du pV ....
I.7.1. Capacité totale installée ..
I.7.2. Cottt
1.7.2.1. Coût du module pV,....
20
,..24
I.7.2.2. Coût d'autres de système PV (BOSD ...24
I.7.3. Coûts totaux du système p I.7.3.1. Coûts du système pV' I.7.3.2. Coûts du système PV à I.8. Conclusion
de surueillance des installations pV II.l. Inhoduction
II.2. Systèmes de surveillance ...28
Il.2.l. Définition
11.2.2. Caractéristiques des de surveillance... ...29
II.2.2.1. Les paramètres survei 11.2.2.2. Les capûeurs
11.2.2.3. Le conffôleur ...
1I.2.2.4. Les mécanismes de de données 11.2.2.4.1. Câble coaxial
11.2.2.4.2. Câble à fibre optique ..
II.2.2.4.3. Communication sans
1I.2.2.4.4. Communication pa: li électrique (PLC)
25
3l
31 30
32
11.2.2.5. Logiciel de déve de programme aaJJ
Sommaire
11.2.2.6. Méthodes de surveiill
1I.3. L'Intemet des Objets aa
.... JJ II.4. Internet des objets sol
II.4. l. Technologie ZigBee,....
11.4.2. Série ESP8266
II.5. Méthodes de stockage de II.6. Conclusion
et description des composants du système III.1. Introduction ...
III.2. Les Capteurs ...38
III.2.1. Capteur de températrne III.2. l. l. Description
Ill.2.l .2. Caractéristique . .
111.2.2. Capteur LDR 40
1II.2.2. | . Description
111.2.2.2. Principe de
II1.2.3. Module de capteur de
35 36 37
38
39
40 40 ... .. ... 4l
III.2.3. 1. Description
I1L2.3.2. Brochage ...42
IIl.2.3 .3 . Caracteristiques et
1II.2.4. Capteur de courant Al ACS7I2 ...43
III.2.4. | . Description . . .... ... .. 43
III.2. 4.2. Caractéristiques 111.2.4.3. Principe de
43
III.3. Arduino 45
111.3 .2.2. Caractéristiques et 111.3.2.3. Alimentation . . .
I1I.3.2.4. Communication ... ..
I1I.3.2.5. Programmation .... ....
III.3.3. Arduino IDE ... ...49
III.4. Le module WIFI ESp82 III.4. 1. Le microcontrôleu III.4. 1. l. Protocoles Wi-Fi
II1.4.1.2. Caractéristiques ... , .. ..
111.4.2. Le module ESP8266-01 .
IlI.4.2.l . Description
111.4.2.2 Brochage de I'ESP-0I ..
II1.4.2.3. Modes de de L'ESP-01 UI.5. L'afficheurLCD...
m.5.1. Description 1II.5.2. Caractéristiques .
III.6. Développement d'un site Sommaire
III.3.1. Pourquoi Arduino? ...
III.3.2. La carte Arduino Mega III.3 .2. | . De scription
III.6.1. côté client
111.6.2. Côté serveur ... .
111.6.2.1. langage PHP ...
11I.6.2.2. Système de base de
..,.,...46
47 48 48
5l
52 53 53 54 55
56 56 57 59 59 60
III.7. Conclusion
MySQL
6l
IV : Réalisation ert test pratique
surveillance
de courant
et de rayonnement solaire
62 62
64 65 66 67
78
des figures
chapitre I : G4néralités sur les systèmes photovoltaiQues
Figure LL z conversion de l"t\nengie solaire en élec:tricité "' "' """ """' 3
Figure I^2: Ctassification des tachnologies des cellules photovoltaiques """" 5
Figure L3 z cellule PV monocristollin """" 6
Figure l.4 t cellule PVmulnicristallin "" ""' 7
Figure 1.5: cellule PV au silicium amorphe """"" 9
Figure 1.6 z Schéma d'une cellutre solaire CdTe typique (NREL) """ "' 10
Figure 1.7 t Schéma d'une cellule solaire CIGS typique (NREL) "' "" I I
Figure L8 z Une reprësentation schématique d'une cellule solaire à colorant (DSSC) ... 13 Figure 1.9 z Schéma d'un s.ystèfne PV autonome fournissant de l'éleetricité pour les charges
DC et AC "" """ t7
X'igure I.10: Schéma d'u;n système photovoltaique connecté au réseau fournissant de
l'électricité atn charges loc,nles """ 19
Figure I.11 : Capacité gtobate du PV solaire et aiouts annuels, 20A6-2016 ...21 Figure 1.12 : Moyenne mensualle des prix des modules solaires photovoltaiques européens par technologie et fabrican,t de modules, mars 2010-mai 2017 (à gauche) et des prix moyens annuels des modules par mwchë en 2015 et 2016 (à droite) ""' 24
Figure I.13 : Coûts totaw(: moyens d'installation des systèmes PV solaires résidentiels par
pays, T2 2007-Tt 2017 ... ""' 26
Figure I.14 : Tendances du coût total des installations photovoltatques à l'échelle
commereiale dans certains,payt, 2010'2017 """' 27
Chapitre I.I : Sfistèmes de suleillance des installations PV
Figure ll.l t Schémafoncti,onnçl gënéral d'un système de surveillance PV ....29
Figure II.2 z défërent domaine f,'application de I'IOT "" 34
Figure ll.3 z Modules Digi XBqej ZigBee 3.0 ... ..' "' """ 35
Figure II.4: Déferents séries EF\S266 ....36
Chapitre III : Pr'ésegtation et description des composants du système Figure III.I : Schéma blocs d,uyt capteur ... 3g Figure III.2 : Capteur de te;mpéyature LM3SCZ ... 39
F'igure tII.3 : Photorésistance..r... ... 40
Figure III.4 : Module de capteul de tension ... 4l figure IILS : Diviseur de te,nsio,ytpour Ie module de capteur de tension ... 4l Figure III.6 : Broches du modulp de capteur de tension ... 42
Figure III.7 : Capteur de coiurarlt Allegro ACS7I2 ... 43
Figure rrr.8 : Tension de sortie qnfonction du couranr détecté ... 44
X'igure fII.9 : La carte Arduii,no Mega 2560 ... ... 47
Figure III.10 : Arduino IDE ...r... ... 50
Figure III.11 z Le microcontrôlelr ESÛB266EX ... 5l X'igure IILI2: Module ESP-,01... .... 53
Figure III.13 : Régulateur de ten1ion Mini BEC 3.3y..,, ... 54
Figure III.14 : Broches d'ESp-||.. ... 54
X'igure III.15 : Afficheur LCD 16*4 ... 56
X'igure III.16 : Page de conmzxion ... ... 57
Figure III.17 t Page d'accueil...i... ... 5g Figure III.18 : Page des graphiqt+es ... ... 5g Figure III.19 z Fenêtre XAM)DP-qontrot ... ... 59
Figure IIL20 z Fenête PhpltdlyAfuin ... ... 60
Clnpifre IV : Réalisation et test pratique
Figure IV.l : Module PV B.p SAIar MSX 120 ... 62
Figure l{-2: configuration glebare du système de surveiilance ... ... 63
Figure IV.3 : Circuit de dét,ectiqn I développée ... 64
X'igure IV.4 : Circuit de détecfiqn 2 developpée ... ... 65
Figure IV.5 : Carte d'acquisitiop devetoppée ... ... 66
Figure IV.6 : L'organigramme Qu processus ... ... 6g tr'igure IV.7 : Vue du système en état defonctionnement ... 69
F'igure IV.8 : Le graphique ile lQ tension ...70
F'igure tV.9 : Le graphique ilu cqurant ...71
F'igure IV.10 : Le graphique de la tension et de courant ... .... 72
Figure IV.11: Le graphique durpyonnement ... ...73
Figure nIJ2 z Le graphique de lg température ....74
F'igure Iv.13 : Paramètres siurvefllés enregistrées dans le/ichier xls ... ...7s
Lisl: des tableaux
Liste des tableatrx
chapitre III : Prése{tation et description des composants du système
Tableau lII.2 t Spëcification d'ESpg266EX
Tableau IV.l : C
Liste abréviations
Liste des abréviations
a-Si : amorpfous Silicon.
AC : Alternatif Curent.
ADC AIST BIPV
Analogic to Digital Convgrter.
National Institude of ,Advpnced Indushiar science and Technology.
Building Integrated Photqvoltaics.
BOS : Balance Of Svstem.
c-Si : Crystalline Silicon.
CAPEX : Capital Expenditur,e.
CdS : Cadmium Sulfide.
CdTe : Cadmium-Telluride.
Ch_PD : Chip Power Down.
CIGS : Copper-Indium-Gallirrm-Diselenide.
CIS : Copper-Indium-Selenide.
CNT: CarbonNanotube.
CPV : Concentrating Photovoltaigs.
CSS : Cascading Style Sheets.
DAQ: DataAcquisition.
DC : Discret Current.
DOE : Departement Of Energy.
DSC : Dye sensitized cells.
DSSC : Dye sensitized solar cells, GPIO : General Purpose Inpurt Ouput.
HTML : Hyper Text Mark-up Larlguage.
HTTP : Hyper Text Transfer llrotgcol.
ICSP : In-Circuit Serial Program4ing.
IDE : Integrated Developmenrl Enyironment.
IEEE : Institute of Electrical anrd $lectronics Engineers.
Liste des abréviations
IIDI : Ivrea Interaction Design Institute.
IoT : Intemet of Things.
IRENA : Intemational Renewable Energy Agency.
LCD : Liquid Crystal Display.
LCOE : Levelised Cost Of E)nergy.
LDR : Light Dependent Resiistor.
MPPT : Marimum power porint ftacking.
MySQL : My Sequel.
;I, : National Renewable Energy Laboratory.
OCDE : Organisation de Coopération et de Développement Economiques.
OPEX : Operation And Mainrtenance Expenditure.
PCs : Power and CommunicaÉion solutions, PHP : Hypertext preprocessing.
PLC : Power Line Communir:ation.
Pt: platinium.
PV: Photovoltalque.
PWM : hrlse Width Modulation.
QoS : Quahty of Service.
R & D : Research and Developpement.
RAM : Random Acces Memorv.
RF : Radio Fréquence.
SD : Secure Digital.
SHS : Solar Home Svstems.
SOC : System On Chip.
STC Standard Test Conditio ns.
TCO : Transparent Conductive Oxides.
TiO : Titanium dioxide.
Liste des abréviations
UART: Univenal
USD : United States Dollar.
WAN : Wide AreaNetwork.
WLAN : Wireless Local Ann
WP : Write Protection.
Receiver Transmitter.
Introrilpction générale
Introduction générale
Introduction générale
L'augmentation du coût des énergies classiques d'une part, et la limitation de leurs ressources d'autre part, font; que l'énergie photovoltaiQue (PV) devient de plus en plus une solution parmi les options enrergétiques prometteuses avec des avantages cornme l,abondance, I'absence de toute pollution. et la disponibilité en plus ou moins grandes quantités en tout point du globe terrestre. Acttuellement, on assiste à un regain d'intérêt pour les installæions utilisant l'énergie solaire, sutlout pour les applications sur des sites isolés.
À I'heure actuelle, les systèmes photovoltaiQues sont devenus une partie intégrante du mélange d'énergie électrique en Europe, aux États-Unis, au Japorq en Chine, en Australie et
dans de nombreux autres pays du monde. Jusqu'à présent, aucune autre technologie énergétique n'a montré une iinstallation et une modularité aussi distribuées que les systèmes
PV. En 2016, au moins 75 GU/ de capacité solaire photovoltarque ont été ajoutés dans le monde, ce qui équivaut à I'inLstallation de plus de 31 000 panneaux solaires toutes les heures.
À h {in de20l6,la capacité solaire photovoltarque mondiale totalisait au moins 303 GW [22].
L'énergie solaire photo'iroltaique s'est avérée être une excellente alternative en termes de réduction des coûts énergetiques et de durabilité énergétique. D'un autre côté, un tel système nécessite une maintenance :régulière pour assurer son bon fonctionnement. Des facteurs apparemment insignifiants tels que la poussière et I'ombrage pourraient réduire la puissance
de sortie d'une cellule, rédrrisant ainsi la puissance de sortie de I'ensemble du système photovoltaiQue. Des inspecti.ons périodiques du câblage des composants individuels sont également recommandées pour réduire les risques de défaillance du système photovoltaTque.
Il existe diftrentes solutions pour suiwe la production et le bon fonctionnement des
onduleurs et panneaux photovoltaiques. On les appelle indifféremment monitoring ou
"monitorage", enregistreurs (cu dataloggers), et leur fonction est de nous aider à acquérir et analyser les données de production des panneaux solaires et des onduleurs. Cependant, certains de ces produits souffrent d'un manque de précision et d'autres sont très coûteux et semblent hors de portée pour Jlaplupart des individus.
Le but de ce projet est de développer un système de surveillance pour résoudre ce problème. L'unité développee est une carte d'acquisition de données qui fonctionne avec un serveur rWeb pour enregistner les données surveillés provenant du système PV et les rendre
Page I
Infroduction générale
disponibles dans le Réseau à grande distance WAN. Cette solution est une altemative moins coûteuse qui peut rendre la srrveillance du système PV accessible à tous.
Notre mémoire de projet est constituée de quatre chapilres :
Au début, nous avons dono voulu foumfu un apcrçu à jour de PV; ceci inclut le statut technologique et I'efficacité du modules, les systèmes PV et leurs applications et le statut du marché.
Dans le deuxième chapitre, nous donnons un aperçu des systèmes de surveillance PV.
Cela comprend: les capteuls et les paramètres surveillés, le contrôleur utilisé dans les systèmes d'acquisition de dorurées, les méthodes de transmission de données, les méthodes de surveillance et le stockage de doqnées.
Le troisième chapitre est consacré à une présentation bien détaillée sur tous les moyens que nous utiliserons dans ce prqjet tell que les capteurs, la carte Arduino Mega 2560,le
module WIFI ESP8266. Ainsri que le développement d'un site web pour stocker et afficher les données des pararnèfies sunreillés.
Enfin, la mise en æuvre et la description du système de surveillance, les résultats et la discussion, feront l'objectif du quatrième chapitre.
En finalisant notre traviril par une conclusion générale et des perspectives envisagées.
Page2
Çhapitre I
Généralités su{ les systèmes photovoltaïques
Généralités sur les systèmes
I.1. Introduction
La technologie photovoltarque solaire est I'une des technologies renouvelables qui ont le potentiel de façonner un système électrique propre, fiable, évolutif et abordable pour I'avenir.
Compte tenu de ce fait, partout dans le monde,, les gouvernements encouragent le développement et le déploiernent de la technologie sollaire photovoltarque. Une large gamme de matériaux PV est dispon,ible dans le monde entier. À l'écheue mondiale, il existe des centaines d'entreprises impli,quées dans la fabrication de modules photovoltaiques avec des efftciences et des limites variables. En même temps, les coûts d'installation diffêrent d'un système à I'autre et d'un projet à I'autre.
L'objectif de ce chapitre est de fournir un qperçu à jour de P'V; ceci inclut le statut technologique et I'efFrcacité clu modules, les systèmes PV et leurs applications et le statut du marché.
I.2. Définition du photo\i/olhique
Le terme < photovoltaiQue > souvent abrégé par le sigle < PV )), à été formé à partir des
mots ( photo >r un mot grec signifiant lumière et < Volta >> le norn du physicien italien Alessandro Volta qui a inventé la pile électrochimique en 1800. Le photovoltaique est la conversion directe de la lumi,ère (énergie solaire) en électricité. Il utilise des matériaux semi- conducteurs qui absorbent lesrphotons des lumières et ,libèrent les charges d'électrons. Il peut être utilisé pour faire des générateurs électriques. L'élément de base de ces générateurs est appelé une cellule PV [11.
Electricité
Photovoltaiiques #'
Panneaux
Figure l.l':: conversian de l'énergie tiolaire en électr,icité
Page 3
I.3. Bref historique
En 1839, le physicien français Alexandre-.Edmond Becquerel découwe I'effet photovoltaiQue. Il a observ(i cet effet dans une cellule élecholytique constituée de deux électrodes de platine placées dans un électrolyte. Un électrolyte est une solution électriquement conductrice; Ilecquerel a utilisé du chlorure d'argent dissous dans une solution acide. Il a observé que le courant de la cellule était augmenté quand son installation a été inadiée avec la lumière du soleil.
En 1876, le philosophe britannique William Grylls Adams et son étudiant Richard Evans Day ont démontré I'effet photovoltarque dans une jonction à base de platine et de sélénium semi-conducteur, a\/ec toutefois de très mauvaises performances. Sept ans plus tard, I'inventeur américain Charles Fritts réussit à fabriquer un dispositif PV basé sur une jonction goldselenium. Le rendement de conversion d'énergie de ce dispositif était de lyo.
Le développement réel des cellules solaires que nous les connaissons aujourd'hui, a commencé aux Laboratoires.Bell aux États-Unis. En lg54,1es chercheurs Daryl M. Chapin"
Calvin S. Fuller, et Gerald L. Pearson, ont fabriqué une cellule solaire à base de silicium avec un rendement d'environ 6% l2al.
L'effondrement et la c:roissance de I'industrie photovoltaique ont été observés à de nombreuses périodes. Par exemple, les années qui ont immédiatement suivi le choc péfrolier dans les années 1970 ont suscité beaucoup d'in1érêt pour le développement et la
commercialisation des technologies de l'énergie solaire; cependant, l'industrie naissante de l'énergie solaire des années 11970 et du début des années 1980 s'est effbndree en raison de la forte baisse des prix du pétrole et du manque d'appui politique soutenu. Le marché de l'énergie solaire ainsi que l'ér'olution technologique ont repris de la vigueur depuis le début des années 2000, affichant unr: croissance phénoménale récemment [3].
f.4. Les technologies photovoltaiques
Les technologies des cellules solaires en général sont classées en technologie de cçllules solaires à base de silicium cristallin, de cellules solaires à couche mince et d'autres nouvelles technologies émergentes [5].
Page 4
Figure L2 t CtasrAqcat@ des technologies des cellules photovoltaïques l5l.
I.4.1. Silicium crisfallin (cfsr)
Le silicium est I'un <[es éléments les plus abondants de la croûte terreste. C'est un matériau semi-conducteur adaptp aruc applications PV, avec un ecart de bande d'énergie de 1,1
eV. Le silicium cristallin es! le matériau le plus courarnment utilisé dans I'industie photovoltaieue. Les modules {V de première genération ont été fabriqués à partir de la
structure cristalline du silicirrm. Cependant, cette technologie n'est pas obsolète mais elle est constamment enphase de R rk D,
La production comlnerci4le de modules c-Si a débuté en 1963 lorsque Sharp Corporation du Japon a comme4cé à produire des modules PV commerciaux et installé un module PV de 242Watt (W) sur im phare, la plus grande installation commerciale au monde à
l'époque. Les technologies de silicium cristallin repÉsentaient environ 87o/o des ventes mondiales de PV en 2AlA. Le rendement des modules de silicium cristallin varie de 14% à
l9o/o l4l.
En ce qui concerne la r:lasgification générale, le monocristallin et le multicristallin sont deux formes fondarnentales dle la technologie cristalline [6] :
f.4.1.1. Monocristallin (Single-Si)
Le matériau monocristrùlin est largement utilisé en raison de son haut niveau d'efficacité par rapport aux matériaux multipristallins, avec un rendement de 24,40Â. Cependant, il est
essentiel de noter que [e rendreme[t du module est toujours inférieu au rendement cellulaire.
Figurye 1.3: cellule PV monocristallin
Les lingots de silioium rmonpcristallins pour applications PV sont cultivés par le procédé Czochralski (Cz) dans un appareif de uoissance cristalline, appelé exfacteur Cz.Laméthode Cz consiste à plonger une 6paiqe de silicium monocristallin d'orientation connue dans du silicium fondu, puis à tirer lenterqent sur le monocristal en croissance tout en maintenant une rotation constante, en sens oppoçés, du lingot et du creuset contenant le silicium fondu. Le processus de croissance d'un lingot de silicium monocristallin est très lent et nécessite une Page 6
Généralités sur les systèmes photovol
grande quantité d'énergie, typriquqment de 40 à 100 kwh I kg. Pour des tranches quasi-carrées de 156 rnm, des lingots de 2100 lnm ou 210 mm de diamètre sont nécessaires. L'orientation cristalline préférée du lingot est {100} pour deux raisons pratiques: la recombinaison des porteurs minoritaires est plus faible sur les plans {100} car d'une plus faible densité d'états d'interface par rapport aux au$es plans, et les surfaces {100} peuvent facilement être texturées par un processus de gravure alcaline anisotope pour fomter des pyramides
aléatoires [7].
Après que le lingot de Si est fabriqué, il est ensuite coupé des tranches de 0,3 mm d'épaisseur potn former une c;ellufe solaire d'environ 35 mA / cm'avec une tension de 0,55 V
à pleine illumination [31.
L4,1.2. Multicristallin (Multi-Si ou Poly-Si)
Outre le silicium morrocristallin, le silicium multicristallin constitue la base de la
tecbnologie photovoltarque actuefle. Le silicium multicristallin offie des avantages par rapport au silicium monocristallin en cq qui concenre les coûts de fabrication et la tolérance à la charge d'alimentation, mais avec des efftciences légèrement réduites.
Deux technologies de f{brication différentes pour le silicium multicristallin, le Bridgman et le procédé de nrroul4ge par blocs sont utilisées. La principale différence enûe les deux techniques est que porn lÈ processus de fusion et de cristallisatiotl, tln seul creuset (Bridgnan) est utilisé, alors que pour le procédé de cristallisation" un second creuset (moulage par bloc) est utilisé [8].
Figure 1.4 : cellule PV multitistallîn
