Article 18 S Harouni
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1. que les fortes temp ratures ambiantes conduisent une l vation de la temp rature des modules solaires ce qui fait chuter le rendement du g n rateur photovolta que Ceci montre que le silicium mono cristallin est sensible aux fortes temp ratures et au fort ensoleillement ce qui n cessite certaines pr cautions lors de son utilisation dans un milieu caract ris par ces param tres tel que le milieu d sertique Ainsi il convient d effectuer une encapsulation des cellules solaires ce qui permet le contr le de la temp rature des jonctions via un quilibre thermique entre le mat riau semi conducteur et l air ambiant La temp rature ambiante a aussi une influence directe sur la batterie d accumulateurs qui assure le stockage de l exc dent d nergie solaire En effet les hautes temp ratures peuvent engendrer l bullition de la batterie il est alors n cessaire dans un milieu d sertique d envelopper la batterie par un caisson en bois peint en blanc pour r fl chir les rayons solaires et amortir les fluctuations de la temp rature ambiante L tude pr sent dans cet article a montr que pour une meilleure rentabilit des installations PV dans le d sert une conception et r alisation des quipements solaires adapt s au climat d sertique s impose Il est alors n cessaire d effectuer des tests et faire le suivi de l endurance et de la fiabilit des syst mes et quipements solaires en milieu saharien Ceci n cessite leur ent2. de l Association Internationale de Climatologie Vol 15 2003 alimenter une habitation de Tahifet par nergie lectrique obtenue par conversion de l nergie solaire La demande nerg tique repr sente essentiellement l clairage la r frig ration et la ventilation Sonelgaz Pour atteindre cet objectif il est n cessaire de recourir une configuration utilisant un stockage d nergie lectrique afin d assurer l installation une autonomie et une continuit d alimentation pendant la nuit Pour cette raison le syst me photovolta que de Tahifet est un syst me autonome utilisant un g n rateur photovolta que avec stockage lectrique La gestion de l installation est effectu e par un r gulateur qui assure le contr le automatique de l tat de charge de la batterie Le rendement est donn par le rapport entre l nergie convertie par le g n rateur et l nergie solaire incidente Compte tenu du pas de temps de l acquisition qui est de 10 minutes les rendements du g n rateur ont t valu s diff rents pas de temps 10 minutes heure la journ e Pour appr cier la distribution des rendements journaliers l histogramme de ces derniers a t tabli en utilisant des classes de 0 5 La figure 6 repr sente cette distribution et montre qu une grande partie des rendements journaliers est concentr e autours de 9 10 Freql 7 Figure 6 Histogramme des rendements journaliers du g n rateur PV La figure 7
3. raison du r tr cissement de la largeur de la bande interdite du mat riau semi conducteur En revanche le courant de diode augmente tr s rapidement avec la temp rature conduisant une diminution de la tension de circuit ouvert V ce qui engendre une chute de la puissance de sortie de la cellule photovolta que Vu l importance de l influence de la temp rature sur le rendement de la cellule PV l effet de la temp rature ambiante sur le rendement de conversion du g n rateur PV a t analys Cette analyse a montr que le rendement au cours de la journ e reste presque constant 9 10 dans le cas o la temp rature reste faible figure 9 a Dans le cas o la temp rature est lev e le rendement chute un moment donn figure 9 b Ce dernier correspond l instant o la temp rature ambiante atteint une valeur de 42 C En effet cette forte temp rature ambiante influe sur la temp rature Tj des Ta C t minutes 2 Farine J 40 E t minutes 1 26 13 56 1626 18 55 t minutes t minutes Figure 9 Influence de la temp rature ambiante sur le rendement modules qui conditionne son tour le rendement des modules La temp rature Tj peut tre calcul e partie du NOCT Normal Operating Cell Temperature grandeur intrins que du module et qui est donn e par le constructeur Er est l clairement de r f rence qui vaut 1000 W m Tj Ta NOCT 25 C Ecl Er 162
4. Publication de l Association Internationale de Climatologie Vol 1 5 2003 A titre d exemple la temp rature des modules peut atteindre une temp rature de l ordre de 56 C si la temp rature ambiante est de l ordre de 42 C Conclusion La conversion photovolta que constitue une solution optimale pour l lectrification des zones rurales notamment d sertiques vue l abondance de l nergie solaire dans ces r gions Cependant le d sert est caract ris par un climat dont les param tres influencent consid rablement le fonctionnement des installations PV tels que la temp rature ambiante et le vent de sable Afin de contribuer la quantification de l influence du climat du d sert sur les installations PV nous avons pr sent dans cet article une analyse exp rimentale une chelle de temps fine 10 minutes du rendement de conversion d un g n rateur PV fabriqu base de cellules de silicium mono cristallin et ceci en milieu d sertique Cette analyse a montr que le rendement du g n rateur PV est gal 8 5 ceci repr sente pratiquement la moiti du rendement donn par le constructeur pour les conditions standards de fonctionnement Cet cart de rendement est d l influence de divers param tres climatiques qui caract risent le milieu d sertique dans lequel fonctionne le g n rateur PV tudi notamment la temp rature ambiante L influence de cette derni re sur le rendement a t analys e Cette analyse a montr
5. Publication de l Association Internationale de Climatologie Vol 15 2003 157 ETUDE DU RENDEMENT DU SILICIUM MONO CRISTALLIN EN MILIEU DESERTIQUE S HARROUNI ET A MAAFI Instrumentation Solaire et Mod lisation LINS Facult d lectronique et d Informatique USTHB BP 32 El Ma 161 II Alger E mail sharrouni vahoo fr R sum Cet article s int resse l analyse exp rimentale des performances d un g n rateur photovolta que PV fabriqu partir de cellules base de silicium mono cristallin A cet effet le rendement du silicium mono cristallin en milieu d sertique a t valu exp rimentalement Pour cela une banque de donn es exp rimentale compos e de signaux h lio lectriques un pas de temps de 10 minutes sur une p riode d une ann e a t utilis e Les r sultats obtenus ont montr que le rendement du g n rateur PV correspond pratiquement la moiti du rendement donn par le constructeur pour les conditions standards de fonctionnement Cela est essentiellement d au milieu d sertique dans lequel fonctionne ce g n rateur PV o plusieurs param tres influencent son rendement notamment la temp rature ambiante Abstract This article is devoted to the experimental performance analysis of a photovoltaic PV generator manu factured from single crystal silicon cells For this purpose the efficiency of the single crystal silicon in desert environment has been assessed experimentally To carr
6. ent climatique par exemple de la temp rature 1 Acquisition des donn es du syst me PV Les donn es utilis es dans cette tude ont t enregistr es par un syst me d acquisition de donn es de type G RAN T Cette campagne a t conduite l aide d un syst me photovolta que install dans le village de Tahifet latitude 22 53 Nord longitude 6 Est et altitude 1400 m proximit de Tamanrasset 158 Publication de l Association Internationale de Climatologie Vol 15 2003 Elle a permis de constituer une banque de donn es regroupant l clairement solaire global Ecl la temp rature ambiante Ta la temp rature du caisson de la batterie Te le courant g n r Ig le courant utilis lu la tension de batterie Vb et la tension du champ PV Vc Ces param tres ont t enregistr s au cours de l ann e 1992 Les donn es d clairement global ont t mesur es au moyen d une cellule PV celles de la temp rature sont obtenues gr ce des sondes de platine donnant un signal converti automatiquement par le syst me d acquisition de donn es en degr Celsius Pour l analyse de la performance d un g n rateur PV une tude bas e sur le bilan nerg tique est n cessaire Aussi nous avons proc d divers traitements des signaux bruts afin de d terminer les irradiations solaires et les nergies g n r es par le champ PV et ceci diff rentes chelles de temps qui sont 10 minutes horaire et jour
7. nali re Nous avons galement d termin les carts de temp rature ambiante temp rature maximale temp rature minimale et ceci pour chaque journ e tudi e 2 Caract risation du site A partir des donn es d clairements dont nous disposons nous avons d termin les irradiations journali res les nergies incidentes pour toute l ann e tudi e La figure 1 repr sente l histogramme annuel de l irradiation journali re par classe de 1 KWh m2 et la figure 2 la courbe d volution annuelle de la moyenne mensuelle de l irradiation journali re La figure 1 montre que l irradiation globale pr sente des fr quences lev es pour les fortes valeurs Ceci est confirm par la figure 2 qui montre que la valeur moyenne de l irradiation journali re est de 5 8 KWh m2 Ceci nous permet de conclure que le climat du site tudi est caract ris par un taux d ensoleillement lev p E T re Fr Rwhim Figure 1 Histogramme annuel de l irradiation journali re sd m T54 s y E EJ F M N timois Figure 2 Evolution annuelle de la moyenne mensuelle de l irradiation journali re Un autre facteur tr s important caract risant le climat d un site est la temp rature ambiante Ta Aussi nous avons repr sent sur la figure 3 l volution de la moyenne mensuelle de la temp rature ambiante midi au cours de l ann e La temp rature midi suit donc une volution saisonni re puisqu elle est mi
8. nimale en hiver et maximale en t Nous avons aussi repr sent sur la figure 4 Publication de l Association Internationale de Climatologie Vol 15 2003 159 t mois Figure i Evolution annuelle de la moyenne mensuelle de la temp rature midi 16 20 24 28 32 3 40 44 48 Ta Figure 4 Histogramme annuel de la temp rature midi l histogramme annuel de la temp rature midi Cet histogramme montre que le climat de Tahifet est relativement chaud pendant la journ e puisque les valeurs de la temp rature midi se concentrent entre 20 C et 44 C Pour avoir une id e sur la temp rature pendant la nuit nous avons repr sent sur la figure 5 l volution de la moyenne mensuelle de l cart journalier entre la temp rature ambiante maximale et minimale Nous remarquons que l cart moyen annuel est approximativement de 22 C ce qui nous permet de d duire que le climat de Tahifet est chaud pendant la journ e et froid pendant la nuit Figure 5 Evolution de la moyenne mensuelle de l cart journalier Tamax Tamin de la temp rature 3 Analyse du rendement du g n rateur PV Le g n rateur PV du syst me tudi est d une puissance de 720 Watts cr te et il a une surface totale de 6m Il est orient vers le sud et est inclin d un angle gal 10 par rapport au plan horizontal Harrouni 2000 Sonelgaz Maafi and Harrouni 2000 Ce g n rateur est pr vu pour 160 Publication
9. quant elle repr sente l volution annuelle de la moyenne mensuelle du rendement journalier de conversion Le rendement moyen est de 8 5 Maafi and Harrouni 2000 Il correspond pratiquement la moiti du rendement donn par le constructeur pour les conditions standards de fonctionnement Cela est essentiellement d au milieu climatique dans lequel fonctionne ce g n rateur PV En effet les conditions d sertiques sont caract ris es par de fortes temp ratures et un fort ensoleillement pendant la journ e au cours du printemps et de l t Mois Figure 7 Evolution annuelle de la moyenne mensuelle des rendements journaliers 4 Effet de la temp rature sur le rendement du g n rateur PV La temp rature ambiante est un param tre tr s important pour la cellule solaire En effet plus de 85 de l nergie incidente est dissip e en chaleur Ceci conduit une l vation de la temp rature de fonctionnement de la cellule La figure 8 illustre l influence de la temp rature cellule sur la caract ristique courant tension d une cellule photovolta que Publication de l Association Internationale de Climatologie Vol 15 2003 161 I A 4 HW Figure 8 Effet de la temp rature cellule sur la caract ristique lectrique de la cellule PV Pour des temp ratures cellules T diff rentes et une intensit d clairement constante on observe une augmentation du courant de court circuit avec la temp rature en
10. retien d une mani re continu en nettoyant par exemple les d p ts sales sur la surface ant rieure des modules solaires d au vent de sable R f rences GREEN M A et A L 1999 Solar efficiency tables version 13 Progress in Photovoltaics Research and Application Vol 7 p 31 37 H ARR O UN I S 2000 Traitement de signaux h lio lectriques r sultant du monitoring des syst mes photovolta ques Th se de Magister en Electronique Option Rayonnement Atmosph rique soutenue PUSTHB MAAFI A and HARROUNI S 2000 Measuring the fractal dimension of solar irradiance in view of PV Systems performance analysis WREC 2000 Brighton UK A A M Sayigh Editer Vol 4 p 2032 2035 MAAF A et DELORME C 1996 Mod lisation long terme et optimisation du stock d nergie des installations solaires autonomes Journal de Physique III France Vol 6 n 4 p 511 527 Publication de l Association Internationale de Climatologie Vol 15 2003 163 MAAFI A 1997 Experimental evaluation of storage sizing method for autonomous PV systems EPSE 97 Barcelona Spain H A Ossenbrink P Helm and H Ehmann editors Vol 2 p 1517 1519 SONELGAZ ENEL CREL Description et mode d emploi de l quipement photovolta que Normes pour F installation du syst me d enregistrement de donn es Grant n n Installation et fonctionnement du syst me a acquisition Grant Documentation technique interne
11. y out this work an experimental data bank which contains data relevant to the system recorded during one year with a time step of 10 minutes has been used The results obtained show that the PV generator efficiency corresponds to the half of the efficiency given by the manufacturer for the standard conditions of working It is essentially due to the desert environment in which operates this PV generator where several parameters influence its efficiency especially the ambient temperature Mots cl s Silicium mono cristallin Photovolta que Rendement Temp rature Keywords Single crystal silicon Photovoltaic Efficiency Temperature Introduction Le silicium mono cristallin a t utilis dans la fabrication des modules PV qui ont t utilis s pour diverses applications tel que le pompage par exemple Le rendement donn par les constructeurs des modules dans les conditions standards est de l ordre de 14 Green et al 1999 Cependant en pratique ce rendement oscille autour de 10 Maafi 1997 Maafi et Delorme 1996 Ceci est d plusieurs facteurs climatiques qui influencent consid rablement ce rendement Aussi nous proposons dans cette communication l tude exp rimentale du rendement du silicium mono cristallin Pour cela on a r alis une campagne de mesures en milieu d sertique L objectif de cette tude est d valuer le rendement de conversion de ce g n rateur et d tudier ses variations en fonction de l environnem
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