update révision

414-Energie_Renouvelable/Cours/chap1.tex

@@ -533,7 +533,7 @@ Avec la relation glissement vitesse on a:
 % Ajout de la figure
 \begin{figure}[H]
   \centering
-  \includegraphics[width=0.9\textwidth]{Domaines_fonctionnement_MAs.png}
+  \includegraphics[width=0.7\textwidth]{Domaines_fonctionnement_MAs.png}
   \caption{Mode de fonctionnement de la MAS}
 \end{figure}
 

414-Energie_Renouvelable/Cours/chap2.tex

@@ -69,28 +69,30 @@ C'est la suite du cours.
 
 \item Énergie éolienne
 
+  \emph{étudié dans le chapitre \ref{chap:eol}}
+
 \item Énergie solaire
-\begin{enumerate}[label=\alph*)]
+  \begin{enumerate}[label=\alph*)]
-\item Le chauffage solaire
+  \item Le chauffage solaire
-\item Les centrales électriques solaires (thermodynamique, avec cogénération)
+  \item Les centrales électriques solaires (thermodynamique, avec cogénération)
-\item Le photovoltaïque (cf. \ref{sec:photovoltaique})
+  \item Le photovoltaïque (\emph{étudié dans le chapitre \ref{chap:photov})}
-\end{enumerate}
+  \end{enumerate}
 
 \item Géothermie
 
-\begin{enumerate}[label=\alph*)]
+  \begin{enumerate}[label=\alph*)]
-\item La production directe de chaleur (ex aquifère de Cachan)
+  \item La production directe de chaleur (ex aquifère de Cachan)
-\item La production d'électricité
+  \item La production d'électricité
-\item Les pompes à chaleur
+  \item Les pompes à chaleur
-\end{enumerate}
+  \end{enumerate}
 
 \item{La biomasse}
 
-\begin{enumerate}[label=\alph*)]
+  \begin{enumerate}[label=\alph*)]
-\item Les bio-carburants
+  \item Les bio-carburants
-\item Le biogaz
+  \item Le biogaz
-\item Le bois
+  \item Le bois
-\end{enumerate}
+  \end{enumerate}
 \end{enumerate}
 
 \section{L'hydroélectricité}
@@ -126,23 +128,8 @@ C'est la suite du cours.
 \item Sihwa (Corée du Sud, \SI{258}{MW})
 \end{itemize}
 \subsubsection{Les courants permanents}
-
 \subsubsection{La houle}
 
-\section{L'éolien}
-\subsection{Sur Terre}
-\emph{étudié dans le chapitre \ref{chap:eol}}
-
-\subsection{En mer}
-\section{Le photovoltaïque}
-\label{sec:photovoltaique}
-\subsection{Origine de l'énergie solaire}
-\subsection{Principe de la conversion: la cellulle photovoltaïque}
-\subsection{Mise en oeuvre}
-
-\section{Conclusion}
-
-
 \end{document}
 
 %%% Local Variables:

414-Energie_Renouvelable/Cours/chap3.tex

@@ -101,10 +101,9 @@ Les particules constituant l'air ne pouvant disparaître en sortie de l'hélice
 P_{max} = \frac{16}{27}P_{E_c}
 \]
 \end{prop}
-
 \begin{figure}[H]
   \centering
-  \begin{tikzpicture}
+  \begin{tikzpicture}[scale=0.7]
     \draw[fill=gray!20] (0,0) ellipse (1 and 2) (0,2)node[above left]{$S$};
     \draw (-4,-1.4) arc(-90:90:-0.7 and 1.4) node[above right]{$S_1$};
     \draw[dashed] (-4,-1.4) arc(-90:90:0.7 and 1.4);
@@ -123,7 +122,7 @@ P_{max} = \frac{16}{27}P_{E_c}
 \end{figure}
 
 \begin{tabular}{l||l}
-  \begin{minipage}[t]{0.5\linewidth}
+  \begin{minipage}[t]{0.45\linewidth}
       \begin{tikzpicture}[scale=0.7]
     \draw (0,2)node[above left]{$S$};
     \draw (0,1) ellipse(0.1 and 1) (0,-1) ellipse(0.1 and 1);
@@ -131,10 +130,10 @@ P_{max} = \frac{16}{27}P_{E_c}
     \draw (-4.5,1.4) -- (-4,1.4) to[out=0,in=200] (0,2)to[out=20,in=180] (4,2.6);
     \draw (-4.5,-1.4) -- (-4,-1.4) to[out=0,in=160] (0,-2)to[out=-20,in=180](4,-2.6);
     \draw (4,2.6) node[above right]{$S_2$} -- (4,-2.6);
-    \draw[dash dot,-latex] (-6,0) -- (6,0);
+    \draw[dash dot,-latex] (-5,0) -- (6,0);
-    \draw[very thick,-latex](0,0) -- ++(2,0) node[above]{$\vec{V}$};
+    \draw[very thick,-latex](0,0) -- ++(2,0) node[midway,above]{$\vec{V}$};
-    \draw[very thick,-latex](-4,0) -- ++(2,0) node[above]{$\vec{V_1}$};
+    \draw[very thick,-latex](-4,0) -- ++(2,0) node[midway,above]{$\vec{V_1}$};
-    \draw[very thick,-latex](4,0) -- ++(2,0) node[above]{$\vec{V_2}$};
+    \draw[very thick,-latex](4,0) -- ++(2,0) node[midway,above]{$\vec{V_2}$};
     \draw[fill=gray!20] (-4.5,-1.4) rectangle (-4,1.4);
 
   \end{tikzpicture}
@@ -146,10 +145,10 @@ P_{max} = \frac{16}{27}P_{E_c}
     \draw (-4,-1.4) to[out=0,in=160] (0,-2)to[out=-20,in=180](4,-2.6)  -- (4.5,-2.6);
     \draw (4,2.6) node[above right]{$S_2$} -- (4,-2.6);
 \draw[fill=gray!20] (4.5,2.6) rectangle (4,-2.6);
-    \draw[dash dot,-latex] (-6,0) -- (6,0);
+    \draw[dash dot,-latex] (-5,0) -- (6,0);
-    \draw[very thick,-latex](0,0) -- ++(2,0) node[above]{$\vec{V}$};
+    \draw[very thick,-latex](0,0) -- ++(2,0) node[midway,above]{$\vec{V}$};
-    \draw[very thick,-latex](-4,0) -- ++(2,0) node[above]{$\vec{V_1}$};
+    \draw[very thick,-latex](-4,0) -- ++(2,0) node[midway,above]{$\vec{V_1}$};
-    \draw[very thick,-latex](4,0) -- ++(2,0) node[above]{$\vec{V_2}$};
+    \draw[very thick,-latex](4,0) -- ++(2,0) node[midway,above]{$\vec{V_2}$};
   \end{tikzpicture}
 \end{minipage} \\
 \end{tabular}
@@ -363,13 +362,13 @@ Dans notre cas les coefficients de trainée et portance sont donc:
   C_D = \frac{2k}{\rho}\sin(i)^2 \text{ et } C_L = \frac{2k}{\rho}\sin(i)\cos(i)
 \]
 \end{prop}
-
 \begin{figure}[H]
   \centering
   \begin{tikzpicture}
     \def\c{1}
     \begin{axis}
-      [xmin=0,xmax=50,
+      [height=6.5cm,
+      xmin=0,xmax=50,
       ymin=0,ymax=0.6,
       domain=0:45,
       samples=51,

414-Energie_Renouvelable/Cours/chap6.tex

@@ -7,19 +7,18 @@ Le soleil (de rayon $R_s$=\SI{1,392e9}{m}) peux se décomposer en trois couches:
 
 
 \begin{enumerate}
-\item Le coeur:
+\item \textbf{Le coeur:}
 
   C'est la qu'a lieu la réaction nucléaire de fusion qui libère (beaucoup)
   d'énergie. Cette zone occupe un quart du rayon solaire, et possèd eune
-  température de 15 millions de Kelvin.On estime que \SI{4.26}{tonnes}de matière
+  température de 15 millions de Kelvin.On estime que \SI{4.26}{tonnes}de matière y sont consommé chaque seconde pour  \SI{383e15}{GW} de puissance.
-  y sont consommé chaque seconde pour  \SI{383e15}{GW} de puissance.
   C'est un processus autorégulé (le soleil ne va pas s'effondrer ou exploser
   dans les années qui viennent).
 
-\item La zone de radiation:
+\item \textbf{La zone de radiation}:
 
 La zone de radiation entre 0.25 et 0.7 du rayon solaire, très dense (98\% de la masse du soleil). Les atomes d'hygrogène et hélium ionisé émettent des photons absorbés par d'autre ions pas de convection thermique.
-\item La zone de convection:
+\item \textbf{La zone de convection:}
   Échange thermique par convection amenant la chaleur vers m'extérieur,on passe de 2 million à 5800K.
   La photosphère  produit le rayonnnement solaire, épaisse d'environ 400km et de température moyenne 5781K.
 \end{enumerate}
@@ -45,25 +44,26 @@ La puissance surfacique reçue en fonction de la température est elle d'après
 \]
 \subsection{Notion d'Air-Masse}
 
-\begin{itemize}
+\begin{defin}
-\item C'est l'épaisseur atmosphérique effectivement traversée normalisé à l'épaisseur traversé jusqu'au niveau de la mer pour un soleil au zénith, en condition normale de pression:
+On nomme \emph{air-masse} l'épaisseur atmosphérique effectivement traversée normalisé à l'épaisseur traversé jusqu'au niveau de la mer pour un soleil au zénith, en condition normale de pression:
 \[
   m = \frac{P}{1013}\frac{1}{sin(\alpha)}exp\left(\frac{-z}{7.8}\right)
 \]
-\begin{description}
+\begin{itemize}[label=--]
-\item[P] Pression atmosphérique en hPa ou millibar
+\item $P$ : Pression atmosphérique en hPa ou millibar
-\item[$\alpha$] élévation du soleil sur l'horizon
+\item $\mathbf{\alpha}$ : élévation du soleil sur l'horizon
-\item[$z$] altitude en km (7.8 km est l'épaisseur moyenne de l'atmosphère)
+\item $z$ :  altitude en km (7.8 km est l'épaisseur moyenne de l'atmosphère)
-\end{description}
+\end{itemize}
-\item On défini alors les conditions d'ensoleillement par les lettres AM suivi de $m$:
+\end{defin}
+
+On défini alors les conditions d'ensoleillement par les lettres AM suivi de $m$:
   \begin{itemize}
   \item AM0 correspond aux conditions hors atmosphère
   \item AM1 au sol lorsque le soleil est au zénith
   \item AM2 au sol lorsque le soleil est à $30^o$ sur l'horizon.
   \end{itemize}
-\end{itemize}
 
-En pratique le flux recu ne dépasse 1000$W/m^2$ (1367 $W/m^2$ pour AM0).
+En pratique le flux reçu ne dépasse 1000$W/m^2$ (1367 $W/m^2$ pour AM0).
 Les conditions standartd des qualification des cellules sont un spectre $AM1.5$, une puissance incidente de 1000$W/m^2$ et une température de $25^o$C.
 
 
@@ -72,6 +72,20 @@ Les conditions standartd des qualification des cellules sont un spectre $AM1.5$,
 
 \section{Principe de la conversion: la cellule photovoltaïque}
 \subsection{Historique}
+Le developpement de l'exploitation de l'énergie solaire s'est fais au long des découvertes scientifiques majeures du XIXème et XXème siècle:
+
+\begin{description}
+\item[1839] Découverte de l'effet photovoltaïque par Antoine Becquerel sur un couple electrochimique
+\item[1877] 1ère cellule PV au sélénium
+\item[1954] 1ère cellule PV au silicium rendement de 4,5\% à 6\%.
+\item[1955] 1ère commercialisation de cellule PV 14mW (2\%).
+\item[1958] Satellite Vanguard-1 avec des cellules PV qui fonctionnent pendant 8 ans.
+\item[Années 60] Montée des rendements et puissances.
+\item[1963] Japon : 242 W sur une maison
+\item[1970] Mission Solar One (Université du Delaware)
+\item[1981] Premier avion Solaire ``Solar Challenger'' Paris-Manston (Angleterre) 262km.
+\end{description}
+
 \subsection{La jonction PN}
 \emph{cf UE 232}
 \subsection{Effet photovoltaïque}
@@ -83,11 +97,122 @@ Il faut pour cela que l'énergie du photon soit supérieur à l'énergie de gap
 \subsection{La photodiode}
 
 
+\begin{figure}[H]
+  \centering
+  \begin{tikzpicture}
+    \draw[fill=gray!10] (0,0) rectangle (7,4);
+    \draw[fill=gray!40] (0,1) rectangle ++(7,2);
+    \draw (0.5,5) node[above]{K} -- (0.5,4)
+    (0.5,-1) node[below]{A} -- (0.5,0)
+    (0.5,0.5) node{N} (0.5,2.5) node{I} (0.5,3.5)node{P};
+    \draw[latex-latex] (3.5,2.7) node(E)[left]{$e^-$} -- ++(2,-1) node[right](T){$t^+$} coordinate[midway](P);
+    \node (Pstart) at (6.5,5.2) {$h\nu$};
+    \draw[-latex,decorate,decoration={snake,amplitude=.4mm,segment length=2mm,post length=1mm}] (Pstart) -- (P);
 
+    \draw (11,0)node[below]{A} to[photodiode] ++ (0,4) node[above]{K};
+  \end{tikzpicture}
+  \caption{Schéma de la photodiode}
+\end{figure}
+
+
+Pour des photon d'énergie $E=h\nu$ on créer un courant:
+\[
+  I_{ph} = q_e \eta \phi_p = q_e \eta \frac{\lambda}{hc} \phi_e
+\]
+où
+\begin{itemize}
+\item $q_e$ charge électrique.
+\item $\eta$ rendement quantique.
+\item $\phi_p$ fux de photon reçu par la photodiode.
+\end{itemize}
+
+\subsubsection{Caractéristique courant-tension}
+
+\begin{prop}[Rappel sur la diode]
+  \begin{itemize}
+  \item Une étude théorique (développé dans le cours UE 232 de Saphire) permet
+    de montrer que la caractéristique de la diode en convention générateur:
+
+\[
+  I_d = - I_s \left(exp\left(\frac{q_eV}{kT}\right)-1\right)
+\]
+
+On a typiquement $I_s = $\SI{10e-12}{A.cm^{-2}} et$k = k_B = $\SI{1.3807e-23}{J/K}.
+
+
+\item  En ajoutant le courant issus de la création de la paire électron trou on a le courant d'une photodiode:
+  \[
+    I = I_{ph}- I_s \left(exp\left(\frac{q_eV}{kT}\right)-1\right)
+  \]
+\end{itemize}
+\end{prop}
+
+\subsubsection{Schéma équivalent d'une photodiode}
+
+
+On peux construire le schéma équivalent:
+\begin{figure}[H]
+  \centering
+  \begin{tikzpicture}
+    \draw
+    (0,0) to[I,i=$I_{ph}$] ++(0,2) -- ++(1,0) coordinate(A) to[diode,i>^=$I_d$] ++(0,-2) -- (0,0)
+    (A) -- ++(1,0) to[R,l=$R_s$,i=$I_p$] ++(3,0) to[open,v<=$V_p$]++(0,-2) --++(-3,0)
+    (A) ++(1,0) to[R,l=$R_{sh}$] ++(0,-2) -- (0,0);
+  \end{tikzpicture}
+  \caption{Schéma équivalent}
+\end{figure}
+Avec:
+\begin{itemize}
+\item Resistance de contact et connexion: $R_s=5$ à $20m\Omega$
+\item Fuite de courant aux bords de la jonction : $R_{sh}=20$ à $200\Omega$/
+\end{itemize}
+
+\subsection{Devenir des photons}
+
+
+quand un photon frappe un matériaux de silicium il peut se  produire trois phénomènes:
+\begin{itemize}
+\item Le photon peut traverser le silicium (photon à faible énergie)
+\item Le photon peut se réfléchir sur la surface(30\% silicium, descend à 3\% avec une couche anti reflet)
+\item Le photon peut être absorbé par le matériau. Si l'énergie du photon est supérieur à l'énergie de gap celui ci génère une paire électron trou et un échauffement.
+\end{itemize}
+\begin{rem}
+  Les photons UV ne génère qu'une seule paire d'electron-trou, le reste de l'énergie est convertie en chaleur. Ce qui représente environ 28\% de perte  de l'énergie incidente.
+\end{rem}
+
+\subsection{Rendement}
+
+La répartition spectrale de la puissance émise par le soleil est telle qu'elle est constituée majoritairement de photon possédant une énergie supérieure à la bande interdite du silicium (1.1eV). L'énergie en excès est convertie en chaleur (photons: AM1.5 25\% en théorie).
+
+Le rendement maximal théorique est de 50\% à AM1.5.
+
+\begin{prop}
+  En pratique 25\% de l'énergie du rayonnement solaire est convertie en electricité utile.
+\end{prop}
+
+
+\subsection{Caractéristique du générateur}
+\begin{defin}
+  La cellule photovoltaïque est un générateur élementaire à courant continu qui convertit directement l'énergie lumineuse en énergie électrique.
+
+\end{defin}
+La tension est basse car inférieur à la tension de polarisation directe de la jonction (0.5 V à 0.8V pour le silicium)
+
+\begin{prop}
+  La puissance crète pour une cellule 10cm x 10cm est de l'ordre du Watt: 0.6V , 5A soit 3W pour du silicium monocristallin.
+\end{prop}
 
 \section{Mise en oeuvre}
 
 
+On assemble différentes élements photovoltaique en série et parallèle pour augmenter la tension et (resp.) le courant disponible.
+
+Les cellules solaire utilisent des matériaux sous différentes formes, avec de différents rendements :
+
+
+\subsection{CAractéristique d'une cellule}
+
+
 
 
 

414-Energie_Renouvelable/Cours/main.tex

@@ -18,7 +18,7 @@
 \subfile{chap2.tex}
 \chapter{L'éolien : principe physique}\label{chap:eol}
 \subfile{chap3.tex}
-\chapter{Physique de la conversion électrovoltaïque}
+\chapter{Physique de la conversion électrovoltaïque}\label{chap:photov}
 \subfile{chap6.tex}
 \chapter{Électronique de puissance pour les parcs éoliens connectés au réseau}