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Notre lycée utilisera-t-il le photovoltaïsme ?

dimanche 21 juin 2009 par Joëlle Mirabaud

Fabrication et utilisation d’un prototype

Suivant la tendance du développement durable et la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre, notre lycée sera prochainement rénové aux normes HQE. Ces normes garantissent un haut niveau de performance énergétique dans les domaines de l’isolation, de la consommation d’électricité voire de sa production. Ce dernier élément n’a pourtant pas été retenu par la région pour des raisons que nous nous devions de déterminer.
Nous avons décidé de réaliser un prototype avec 5 cellules photovoltaïques pour savoir combien d’énergie pourrait être récupérée en Ile de France et savoir si l’installation de panneaux solaires encouragée par le gouvernement par des déductions d’impôts est avantageuse.
Nous avons ainsi décidé de fabriquer un prototype avec des cellules photovoltaiques soudées ensembles sur un support dont l’orientation varie. Le contrôle de l’inclinaison demande aussi la construction d’un testeur de luminosité.

Fabrication du prototype :
Nous avons fabriqué un circuit électrique nous permettant de capter le plus de lumière possible :

Le matériel :
5 cellules monocristallines (photo ci-dessus), malheureusement elles ont été cassées pendant le transport, elles se sont révélées très difficile à assembler. Nous avons donc renoncé à comparer les 2 types.

5 cellules photovoltaïques polycristallines nous permettant de récupérer l’énergie solaire, montées en module. Les différentes cellules sont montées en série.

5 phototransistors qui vont permettre de construire un pointeur. Celui-ci sera bordé de parois qui feront de l’ombre quand le soleil tournera. Ceci déclenchera les corrections automatiques de l’inclinaison et de l’orientation du panneau photovoltaïque afin qu’il reçoive le plus de lumière possible. Pour pouvoir voir combien de tension on reçoit, 5 DEL reliées aux 5 phototransistors vont s’allumer en fonction de l’énergie reçue. Pour ne pas se tromper dans le choix des éléments, nous avons fait une liste illustrée des composants du montages.
Et pour pouvoir savoir combien d’énergie transformée en tension est reçue, on calibrera les 5 phototransistors à l’aide de résistances et de potentiomètres.

Expérimentation :

Protocole
Nous allons faire des relevés de l’énergie électrique produite, tout au long d’une semaine pendant les récréations du matin et après-midi, pendant les pauses entre les séances de TP de SVT (Audrey, Mathieu, Laure, Sébastien et Vincent en 2° et Guillaume et Dominique en 1°S).
Ainsi un relevé sera effectué plusieurs fois par jour en Mai en espérant que tous les types de temps seront observés pour pouvoir faire une meilleure moyenne et un meilleur échantillonnage.
Chaque relevé comprend l’angle des cellules par rapport à l’horizontal, le relevé en ampères et en millivolt de la production des cellules.

Résultats
Ce tableau vous montre les premiers résultats.
A près avoir un peu tatonné, nous avons obtenu les meilleures mesures pour un angle de 30°, facile à régler car les cellules sont fixées sur un pied pour appareil photo, inclinaison que nous avons alors concervée.
Ces mesures nous ont permis de calculer la puissance (P=UI) fournie par notre montage.
Cette puissance n’est que de 0,1watt en moyenne, en journée du mois de mai, à un instant donné pour une surface de 22,5cm².
Pour la région parisienne, avec un plan orienté au sud : Inclinaison
La meilleure orientation annielle est donc Sud-30° à l’année. Cependant la meilleure position est Sud-60° pour privilégier le rendement hivernal.
Le meilleur système consisterai en un panneau mobile variant l’inclinaison en fonction des saisons !

Conclusion
Lors des mesures, la surface totale de nos 5 cellules photovoltaïques est de 22,5cm² ce qui délivre une puissance moyenne de 0,1 watt au moment de la mesure. N’ayant pas installé de batteries nous n’avons pas pu stocker cette énergie.
Dans les panneaux fabriqués pour les bâtiments, une cellule fournit une tension d’environ 0,5 ou 0,6 V, ce qui est suffisant pour alimenter une calculatrice ou une montre mais pas assez pour charger des batteries de 12V. Les cellules sont donc connectées une à une afin d’obtenir une tension supérieure aux batteries (environ 17 V) et aussi pour obtenir la puissance désirée. On peut avoir des petits panneaux fournissant une puissance de 5W jusqu’à des panneaux fournissant une puissance de plus de 200W. .

La production d’un panneau photovoltaïque orienté à 45° vers le sud, est de 1000Wh/m²/an en moyenne à la latitude de Paris. Si le panneau a un rendement de 10%, il produira 100W.
Mais la proximité du château de Versailles et du lycée militaire (anciennement école de jeunes filles nobles, ouverte par Louis XIV à la demande de Mme de Maintenon) oblige à poser ces panneau sur le toit en terrasse donc à 0° d’inclinaison. Ce qui réduit la production à 80wh.

Sachant que le lycée couvre une surface de 70.000m² et consomme en moyenne 30wh/m², la puissance nécessaire au lycée est de 2.100kwh, la surface de cellules photovoltaïques nécessaire à son alimentation en électricité serait nos 5 cellules multipliées par 210.000.000 soit des panneaux photovoltaïques de 472.500m² en mi saison. L’hivers ce serait encore pire et l’été le lycée est fermé quand les panneaux sont rentables. L’utilisation de panneaux photovoltaïques a donc été abandonné, même en appoint pour le lycée proprement dit, par contre il sera utilisé pour les pavillons de fonction.