Application de photocellules solaires. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Les cellules solaires photovoltaïques constituent une alternative techniquement et économiquement viable aux combustibles fossiles dans un certain nombre d’applications. Une cellule solaire peut convertir directement le rayonnement solaire en électricité sans recourir à aucun mécanisme mobile. Grâce à cela, la durée de vie des générateurs solaires est assez longue. Les systèmes photovoltaïques ont fait leurs preuves depuis le tout début de l'application industrielle des cellules photovoltaïques. Par exemple, les cellules solaires constituent la principale source d’énergie des satellites en orbite terrestre depuis les années 1960.

Dans les zones reculées, les cellules photovoltaïques alimentent les systèmes électriques hors réseau depuis les années 1970. Dans les années 1980, les fabricants de biens de consommation produits en série ont commencé à intégrer des cellules photovoltaïques dans de nombreux appareils, depuis les montres et calculatrices jusqu’aux équipements musicaux. Dans les années 1990, les services publics ont commencé à utiliser des cellules photovoltaïques pour répondre aux besoins des petits utilisateurs.

Les systèmes de pompage alimentés par des cellules solaires photovoltaïques sont efficaces et rentables pour presque toutes les applications de pompage d'eau. Les compagnies d'électricité américaines ont découvert qu'il est plus économique d'utiliser des pompes à eau fonctionnant à l'énergie solaire que d'entretenir des lignes de distribution électrique menant à des pompes distantes. Certains services publics proposent des unités de pompage photovoltaïques pour répondre aux demandes des clients.

D’autres utilisations des systèmes photovoltaïques dans les zones rurales comprennent le chargement et l’éclairage des clôtures électriques ; assurant la circulation de l'eau, la ventilation, la lumière et la climatisation dans les serres et les structures hydroponiques.

Des modules photovoltaïques ont fourni de l'électricité au ballon Breitling Orbiter 3 lors de son vol sans escale autour du globe. Pendant trois semaines en mars 1999, tous les équipements à bord du ballon ont été alimentés par 20 modules suspendus sous la nacelle. Chaque module était incliné pour fournir un courant uniforme pendant la conduite et charger cinq batteries pour les appareils de navigation, alimenter le système de communication par satellite, assurer l'éclairage et le chauffage de l'eau. Tous les modules ont parfaitement fonctionné tout au long du voyage.

Les cellules photovoltaïques sont utilisées avec succès pour électrifier les villages. Actuellement, deux milliards de personnes dans le monde vivent sans électricité. La plupart d’entre eux se trouvent dans des pays en développement, où 75 % de la population n’a pas accès à l’électricité. Les villages reculés ne sont souvent pas connectés au réseau.

Ceux qui n’ont pas accès à l’électricité du réseau utilisent souvent des combustibles fossiles – kérosène, diesel. Il existe un certain nombre de problèmes liés à son utilisation :

• Les importations de combustibles fossiles épuisent les réserves de devises convertibles du pays ;
• le transport du carburant est entravé par le manque d'infrastructures normales ;
• l'entretien et la réparation du générateur sont problématiques en raison du manque de pièces de rechange ;
• le générateur pollue l'environnement avec ses gaz d'échappement et crée beaucoup de bruit.

L’éclairage électrique utilisant des cellules photovoltaïques est plus efficace que les lampes à pétrole, et l’installation d’un système photovoltaïque coûte généralement moins cher que l’extension du réseau électrique. De plus, de nombreux pays en développement sont situés dans des régions où le rayonnement solaire est élevé, ce qui signifie qu’ils disposent d’une source abondante d’énergie gratuite toute l’année. La production de « l’électricité solaire » est simple et fiable, comme le prouve l’expérience de l’exploitation de dizaines de milliers de systèmes photovoltaïques dans le monde.

Dans les décennies à venir, une partie importante de la population mondiale se familiarisera avec les systèmes photovoltaïques. Grâce à eux, la nécessité traditionnelle de construire de grandes et coûteuses centrales électriques et des systèmes de distribution disparaîtra. À mesure que le coût des cellules photovoltaïques baissera et que la technologie s’améliorera, plusieurs marchés potentiellement énormes pour les cellules photovoltaïques s’ouvriront. Par exemple, des photocellules intégrées aux matériaux de construction assureront la ventilation et l’éclairage des maisons. Les produits de consommation – depuis les outils manuels jusqu’aux automobiles – bénéficieront de l’utilisation de composants contenant des composants photovoltaïques. Les services publics pourront également trouver de nouvelles façons d’utiliser les cellules solaires pour répondre aux besoins du public.

L'Union européenne s'est fixé pour objectif de doubler la part des énergies renouvelables d'ici 2010. Un élément important est la production d'un million de systèmes photovoltaïques (1 500000 systèmes sur toit et exportation de 500000 1 systèmes ruraux) avec une capacité installée totale de 200 GW. BP Amoco (l'un des principaux distributeurs mondiaux de produits pétroliers) va utiliser l'énergie solaire dans 50 de ses nouvelles stations-service en Grande-Bretagne, en Australie, en Allemagne, en Autriche, en Suisse, aux Pays-Bas, au Japon, au Portugal, en Espagne, en France et aux États-Unis. . Le programme de 400 millions de dollars comprend 3,5 panneaux solaires d'une capacité totale de 3500 MW et une réduction des émissions de dioxyde de carbone de XNUMX XNUMX tonnes par an.

Grâce à ce projet, BP Amoco deviendra l'un des plus grands consommateurs mondiaux d'électricité solaire, ainsi que l'un des plus grands fabricants de cellules et modules solaires. Les panneaux solaires produiront plus d’électricité que nécessaire pour l’éclairage et les pompes à eau, le système sera donc connecté au réseau. Pendant la journée, l'excès d'électricité sera fourni au réseau et la nuit, le manque d'énergie sera reconstitué. Le marché mondial des cellules solaires devrait atteindre 2010 1000 MW d'ici 2050, et 5 millions de MW d'ici XNUMX, selon les prévisions du président de BP Solar.

Les cellules photovoltaïques produisent de l'électricité à un rythme qui varie en fonction du niveau de rayonnement solaire. Les cellules photovoltaïques sont combinées en modules qui constituent le composant principal des systèmes photovoltaïques. Les modules sont conçus pour différentes tensions, jusqu'à plusieurs centaines de volts. Ceci est réalisé en connectant des photocellules et des modules en série. Des onduleurs doivent être utilisés pour alimenter les appareils électriques à courant alternatif.

L'efficacité des photocellules est calculée comme le rapport en pourcentage entre l'énergie fournie à la photocellule et l'électricité fournie au consommateur. Il existe une différence entre l’efficacité théorique, en laboratoire et pratique. Il est important de connaître la différence entre eux, et pour les utilisateurs de photocellules, bien sûr, seule l'efficacité pratique compte.

Efficacité pratique des cellules solaires produites en série :

• silicium monocristallin : 16 - 17 % ;
• silicium polycristallin : 14 - 15 % ;
• silicium amorphe : 8 - 9 %.

Les systèmes photovoltaïques sont généralement divisés en :

1. Systèmes autonomes constitués uniquement de panneaux photovoltaïques. Ils peuvent également inclure des régulateurs et des batteries.
2. Les systèmes hybrides sont une combinaison de cellules photovoltaïques et de moyens supplémentaires de production d'électricité, comme l'éolien, le diesel ou le gaz naturel. De tels systèmes utilisent souvent des batteries et des régulateurs plus petits.
3. Les systèmes connectés au réseau sont en réalité de petites centrales électriques qui fournissent de l’électricité au réseau public.

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