Contribution à l’étude d’une production électrique hybride

L’énergie renouvelable est une source d’énergie inépuisable. Ils proviennent d’éléments naturels : le soleil, le vent, la cascade, les marées, la chaleur de la terre, la croissance des plantes … Une énergie qui « coule » est composé d’une quantité de combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel, uranium). Contrairement aux combustibles fossiles, l’utilisation de sources d’énergie renouvelables ne produit pratiquement aucun déchet ni aucune émission, c’est l’énergie du futur. Mais elles sont encore sous-utilisées par rapport à leur potentiel, ces sources d’énergie renouvelables ne représentant que 20% de la consommation mondiale d’électricité. L’énergie renouvelable présente de nombreux avantages, permet de lutter contre l’effet de serre, notamment la diminution des rejets de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Cela facilite également la gestion intelligente des ressources locales et la création d’emplois.

La plupart des techniques liés aux énergies renouvelables dans le bouquet énergétique mondial continue de croître, en particulier dans le secteur de l’énergie électrique. Plusieurs raisons expliquent cette tendance, principalement imputable à plusieurs défis mondiaux. Ces défis, notamment le besoin de sources d’énergie alternatives, le changement climatique et le développement durable, ont stimulé les progrès technologiques des énergies renouvelables dans le secteur de l’énergie électrique. Toutefois, si nous voulons atteindre l’objectif de réduction des émissions de dioxyde de carbone, nous devons accélérer le développement de ces technologies pour une énergie propre. La modélisation de système hybride étudié dans ce travail (les panneaux solaires, les systèmes de concentration et les modèles de stockage d’hydrogène solide) permet de comprendre le comportement de chaque technologie et la manière dont les réservoirs de stockage d’hydrogène servent l’énergie renouvelable.

Les énergies renouvelables

Les énergies renouvelables sont des énergies inépuisables. Elles sont issues des éléments naturels : le soleil, le vent, les chutes d’eau, les marées, la chaleur de la Terre, la croissance des végétaux… On qualifie les énergies renouvelables d’énergies “flux” par opposition aux énergies “stock”, elles-mêmes constituées de gisements limités de combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz, uranium). Contrairement à celle des énergies fossiles, l’exploitation des énergies renouvelables n’engendre pas ou peu de déchets et d’émissions polluantes. Ce sont les énergies de l’avenir. Mais elles sont encore sous-exploitées par rapport à leur potentiel puisque ces énergies renouvelables ne couvrent que 20 % de la consommation mondiale d’électricité[1][2].

Les énergies renouvelables présentent de nombreux avantages. Cela aide à lutter contre l’effet de serre, en réduisant notamment les rejets de gaz carbonique dans l’atmosphère. Cela participe de plus à une gestion intelligente des ressources locales et à la création d’emplois. Dans ce chapitre l’énergie solaire, l’éolienne et les centrales hydrauliques sont définies[3].

Les panneaux photovoltaïques

Physiquement
La technologie photovoltaïque transforme directement l’énergie solaire en électricité. Ceci est possible en raison des propriétés des matériaux semi-conducteurs dans lesquels leurs électrons peuvent être stimulés et produisent un courant d’électrons, qui sont dirigés à travers un champ magnétique créé entre le semi-conducteur à travers d’autres matériaux tels que le bore et le phosphore. Cette stimulation est causée par le rayonnement solaire (lumière) sur les électrons du silicium cristallin d’une cellule solaire, par exemple. Les matériaux ayant cette propriété sont le silicium (Si), l’arséniure de gallium (GaAs), le tellurure de cadmium. (Cdte) et de di séléniure de cuivre et d’indium (CulnSe2)[4][5]. Le principe de fonctionnement d’une cellule solaire est illustré à la figure 1.1. Chaque atome de silicium contenu dans le matériau est lié par sa couche externe d’électrons à d’autres atomes de silicium voisins. La couche externe d’électrons comporte 4 électrons formant une paire d’électrons de liaison (électrons de valence) avec les autres atomes (4 paires avec 8 électrons). Les photons contenus dans la lumière sont capables de briser cette structure cristalline, les liens entre les électrons, libérant des électrons et laissant des « trous ». Ce n’est pas suffisant en soi pour permettre la production d’électricité, car le courant électrique dans les semi-conducteurs purs est très faible. Pour améliorer le nombre de porteurs de charge (électrons et trous), la structure en silicium doit être « contaminée » -impureté de la structure- par des atomes dopés dans la structure cristalline[6][7]. Les atomes dopés sont le phosphore ou le bore avec chacun un électron de plus ou de moins d’électrons en leur coque extérieure respectivement. La structure cristalline du silicium a un surplus d’électrons, si dopé au phosphore ou a une carence en électrons, s’il est dopé au bore . Une cellule solaire a alors ce qu’on appelle le n-dopage (surplus d’électrons) et le p-dopage (déficit d’électrons ou trous) des couches semi-conductrices, qui sont connectées pour former une jonction p-n. ce qui permet une diffusion des électrons à laquelle les électrons libres du n matériau n se recombine au p-matériau (recombinaison). Au cours de ce processus, une zone de transition est créée, où il reste des atomes qui ne se sont pas recombinés. Ainsi, la couche de dopage p dans la zone de transition aura des électrons, qui n’ont pas trouvé de trou et pour cette raison les atomes dopés négativement restent, Dans la couche ndopage, il reste des atomes dopés positivement. Le résultat est un domaine avec peu de transporteurs gratuits restants, ce que l’on appelle la zone de redevance spatiale. Dans le prix de l’espace un champ électrique est créé (tension)[8][9].

Propriétés techniques

Les cellules photovoltaïques se distinguent par leur matériau et leur procédé de fabrication. Ceci définit également leurs propriétés techniques. On distingue deux grandes catégories : les cellules en silicium cristallin et les cellules en couche mince . En ce qui concerne le matériau, les cellules en silicium cristallin peuvent être classées en cellules monocristallines, polycristallines et feuilles en ruban. Par les cellules à couche mince, les types typiques de matériaux sont le silicium amorphe, le tellurure de cadmium, le cuivre, l’indium/gallium, le di-séléniure disulfure de di-séléniure et les cellules multi-jonctions[10][11].

Les cellules sont placées dans un module PV pour être utilisées comme dispositif de production d’énergie. Module PV connecte les cellules, typiquement 60 cellules dans un module cristallin, les protège contre la corrosion, fragilité et l’humidité ; donnant à la construction la robustesse et la modularité nécessaires pour être utilisée comme technologie de production d’électricité. De plus, l’objectif d’un module est d’atteindre les objectifs suivants des rendements énergétiques maximaux au coût le plus bas possible. Le module est conçu pour atteindre un objectif donné tension et courant. Des tensions et des courants plus élevés sont déterminés au moyen d’une série et d’un raccordement en parallèle des cellules solaires dans le module et entre les modules. Un système solaire typique délivre, par exemple 7A à 32V, ce qui équivaut à une puissance de 224 W .

Dans une centrale solaire photovoltaïque, les modules connectés en série sont décrits comme une chaîne et le nombre de chaînes détermine la tension totale, qui correspond à la tension d’entrée de l’onduleur connecté. Dans un système raccordé au réseau, plusieurs strings sont connectés en parallèle, ce qui augmente la puissance électrique.

La sortie des différentes branches est captée par une boîte de jonction de générateur. Une centrale solaire photovoltaïque comprend plusieurs boîtes de jonction. La boîte de jonction délivre ensuite, à une tension et à un courant donné, l’électricité continue produite par les modules PV à l’onduleur (convertisseur DC-AC), qui convertit l’électricité continue en électricité alternative et règle la fréquence pour le réseau. Un transformateur est normalement inclus dans l’onduleur pour correspondre à la tension du réseau (par ex. 20 kV ou 33 kV) .

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Table des matières

Introduction Générale
Chapitre I : Les énergies renouvelables
1.1 Introduction
1.2 Les panneaux photovoltaïques
1.3 L’énergie éolienne
1.4 Géothermique
1.5 Système de concentration solaire
1.6 Biomasse
1.7 Conclusion
Chapitre II : Modélisation de PV, CSP et le stockage solide de l’hydrogène
2.1 Introduction
2.2 La cellule photovoltaïques
2.3 Modélisation de concentrateur solaire
2.4 Le stockage solide de l’hydrogène
2.5 Conclusion
Chapitre III : Modèle de système de concentration proposée
3.1 Introduction
3.2 Modélisation proposée et mise en œuvre du PTC flexible
3.3 La modélisation mathématique du CSP flexible
3.4 Calcul de l’angle d’ouverture optimale
3.5 Applications
3.6 Conclusion
Chapitre IV : Application de modèle proposée
4.1 Introduction
4.2 Système Énergétique du CSP
4.3 Méthodologie de travail
4.4 Système de contrôle proposé
4.5 Résultats et discussion
4.6 Conclusion
Conclusion Générale
Perspectives
Revues Internationales
Communications Internationales
Bibliographie

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