Réponses aux questions fréquentes

Réponses aux questions fréquentes

32 - L'emploi d'un régulateur de charge dans une installation photovoltaïque Est il indispensable? Dans quel des cas peut-on se passer du contrôleur ?

33 - Quel différence existe-il entre les différents types d'inverseurs ? Quel est celui que faut-il utiliser dans chaque cas ?

34 - Comme dimensionner un inverseur ?

35 - Quel différence existe-il entre des charges résistives et des charges inductives ?

36 - Quels types d'éclairage sont les plus adéquats pour fonctionner avec des systèmes solaires photovoltaïques ?

37 - Quelles sont les différences entre un système de pompage solaire direct et un pompage conventionnel ?

38 - Comment fonctionne une pile à combustible ?

1 - Comment peut-on produire de l'électricité à partir du Soleil ?

Effet photovoltaïque sur une cellule solaire

La production est basée le phénomène physique appelé "effet photovoltaïque", qui consiste principalement à transformer la lumière solaire en énergie électrique au moyen des dispositifs semi-conducteurs appelés cellules photovoltaïques. Ces cellules sont élaborées sur base de silicium pur (un des éléments les plus abondants, composant principal du sable) avec addition d'impuretés de certains éléments chimiques (bore et phosphore), et sont capables de produire chacune courant de de 2 à 4 Ampères, à un voltage de de 0.46 à 0.48 Volts, en utilisant comme source le rayonnement solaire. Les cellules sont montées en série sur les panneaux ou les modules solaires pour obtenir un voltage adéquat. Une partie de la radiation fortuite est perdue par réflexion et autre partie par transmission (elle traverse la cellule). Le reste est capable de faire sauter des électrons d'une couche à l'autre en créant un courant proportionnel à la radiation. La couche antireflet augmente l'efficacité de la cellule.

2 - Quelle est la consommation mondiale d'énergie ? Quelle quantité d'énergie solaire éclaire la terre ?

La Terre vu depuis l'espace

Le Soleil produit une énorme quantité d'énergie : approximativement 1.1 x 1020 KiloWatt heure chaque seconde (1 Kilowatt heure est l'énergie nécessaire pour illuminer une ampoule de de 100 Watios pendant 10 heures). L'atmosphère extérieure intercepte approximativement la moitié d'une partie infime de l'énergie produite par le soleil, ou approximativement 1.5 trillons (1.500.000.000.000.000.000) de Kilowatts heure par an. Toutefois, étant donné la réflexion, dispersion et absorption qui se produi avec les gaz de l'atmosphère, seulement 47% de cette énergie, ou approximativement 0.7 trillons (700.000.000.000.000.000) de Kilowatts heure atteignent la surface de la terre.

Cette énergie est celle qui met en marche les "machines" de la Terre. Elle réchauffe l'atmosphère, les océans et les continents, elle produit les vents, déplace le cycle de l'eau, fait croître les plantes, fournit l'aliementation aux animaux, et produit y compris les combustibles fossiles. Or nous dépendons des plantes, de l'eau, le vent et les combustibles fossiles pour faire fonctionner nos industries, réchauffer et refroidir nos logements et pour déplacer nos systèmes de transport.

La quantité d'énergie qui est consommée annuellement dans le monde est approximativement 85 billions (85.000.000.000.000) de Kilowatts heure. Ceci est ce qui peut être mesuré, c'est-à-dire l'énergie qu'il est acheté, vendue ou commercialisée. Il n'y a pas façon de savoir précisément quelle quantité d'énergie non commerciale consomme chaque personne (par exemple quelle quantité de bois est brûlé, ou quelle quantité d'eau est utilisée dans les petites cascades d'eau pour produire de l'énergie électrique). Selon quelques experts cette énergie non commerciale peut constituer au plus un cinquième du total d'énergie consommée. Bien que en dehors le ca, l'énergie totale consommée par le monde signifie seulement 1/7.000 de l'énergie solaire qui éclaire la surface de la terre chaque année.

3 - Comment fonctionne un système photovoltaïque ou éolien ?

Un système photovoltaïque est un dispositif qui, à partir des radiations solaires, produit de l'énergie électrique afin d'être utilisé par l'homme. Le système est composé des éléments suivants (voir schéma) :

- Un générateur solaire, composé par un ensemble de panneaux photovoltaïques, qui recueillent les radiations lumineuse du soleil et les transforment en courant continu à basse tension (12 ou 24 V).

- Un accumulateur, qui stocke l'énergie produite par le générateur et permet de disposer de courant électrique la nuit ou les jours nuageux.

- Un régulateur de charge, dont la mission est d'éviter des surcharges ou des décharges excessives de l'accumulateur, qui produirait des dommages irréversibles ; et assurer que le système travaille toujours à l'efficacité maximale.

- Un inverseur (facultatif), qui transforme le courant continu de de 12 ou 24 V stockée dans l'accumulateur, en courant alternatif de 230 V.

Une installation solaire photovoltaïque sans inverseur, utilisation à 12Vcc

Une installation solaire photovoltaïque avec inverseur, utilisation à 230Vca

Une fois stockée l'énergie électrique dans l'accumulateur il y a deux options : brancher directement l'installation et utiliser des lampes et des éléments de consommation de de 12 ou 24 Vcc (premier schéma) ou bien transformer le courant continu en alternative de 230 V par le biais d'un inverseur (second schéma).

Si au lieu d'un panneau solaire on installe un aérogénérateur le système est appelé éolien. Si on installe les deux ce sera un système mixte. Dans ce cas chacun doit posséder son régulateur propre.

4 - Quelles applications a l'énergie solaire photovoltaïque ?

Pratiquement toute les applications qui ont besoin d'électricité pour fonctionner peuvent être alimentées parc un système photovoltaïque adéquatement dimensionné. La seule limitation est le coût de l'équipement et, dans certains cas, la taille des panneaux. Cependant, dans des lieux éloignés du réseau de distribution électrique, le plus rentable est généralement d'installer de l'énergie solaire photovoltaïque plutôt que d'effectuer la connexion au réseau.

Les principales applications sont : électrification de logements, systèmes de pompage et irrigation, éclairage de routes, antenne radio et télévision, épuration d'eaux usées, etc..

5 - L'énergie solaire photovoltaïque est-elle rentable?

La réponse à cette question dépend du lieu du monde où nous nous trouvons. Une grande partie de l'humanité, dans les pays en développement, n'a pas accès à l'électricité par manque d'infrastructure électrique de base. Dans ces pays l'énergie solaire photovoltaïque est la source la plus rentable pour obtenir de l'électricité, et dans certains lieux, elle est la seule.

Dans les pays développés, où il existe une vaste infrastructure électrique, la question est différente. Dans ce cas, dans des termes purement économiques, les systèmes photovoltaïques s'avèrent seulement rentables dans des lieux éloignés du réseau conventionnel. Cependant, la question changerait si, outre la rentabilité économique, nous tenions compte aussi du coût environnemental de chaque source d'énergie.

6 - peut-on utiliser l'énergie solaire photovoltaïque pour le chauffage, l'eau chaude sanitaire, ou pour réchauffer l'eau d'une piscine ?

Bien qu'il soit techniquement possible, d'un point de vue économique cela n'a pas sens. Pour produire de l'eau chaude le meilleur moyen est d'employer un système solaire thermique, qui utilise des collecteurs qui sont remplis d'eau et absorbent la chaleur. Quant au chauffage, la seule possibilité d'appliquer l'énergie solaire, est d'utiliser un système solaire thermique avec sol rayonnant.

7 - Quelle est la durée de vie d'un panneau solaire photovoltaïque ?

En en tenant compte du fait que le panneau n'a pas de parties mobiles et que les cellules et les contacts sont enfermés dans une résine synthétique robuste, on obtient une fiabilité très bonne avec une longue durée de vie, de l'ordre de 30 ans ou plus. En outre si une des cellules manque, ceci n'affecte pas le fonctionnement des autres, et l'intensité et le voltage produits peuvent facilement être adaptés en ajoutant ou en supprimant des cellules.

8 - Peut-il facilement casser les modules solaires ?

Les panneaux sont protégés dans leur face extérieure avec verre tempéré, qui permet de supporter des conditions météorologiques très dures comme la glace, l'abrasion, les changements brusques de température, ou les impacts produits par la grêle. Un essai standard pour l'homologation consiste à lancer (avec un canon pneumatique) une boule de glace de dimensions préétablies au centre du verre.

9 - Quel maintien requiert un système photovoltaïque ?

Les installations photovoltaïques requièrent un maintien minimal et simple, qui est réduit aux opérations suivantes :

- Panneaux : ils requièrent un maintien nul ou très faible, étant donné leur configuration propre : ils n'ont pas de parties mobiles et les cellules et connexions internes sont emprisonnées dans plusieurs couches de protecteur. Il est nécessaire de faire une inspection générale 1 ou 2 fois par ans : s'assurer que les connexions entre des panneaux et au contrôleur sont bien adaptées et enlever la corrosion. Dans la majorité des cas, l'action de la pluie élimine la nécessité de lavé les panneaux ; si c'est nécessaire, utiliser simplement de l'eau et un détergent non abrasif.

- Régulateur : la simplicité de l'équipement de régulation réduit substantiellement le maintien et fait que les avaries sont très rares. Les opérations qui peuvent être effectuées sont les suivantes : observation visuelle l'état et le fonctionnement du contrôleur ; vérification des connexions et câbles de l'équipement ; observation des valeurs instantanées du voltmètre et de l'ampèremètre : ils donnent un indice du comportement de l'installation.

- Accumulateur : c'est l'élément de l'installation qui requiert une plus grande attention ; de son utilisation correcte et de bon maintien dépendra sa durée de vie. Les opérations habituelles qui doivent être effectuées sont les suivantes :

- En effectuant l'opération précédente on doit aussi vérifier l'état des terminaux de la batterie ; il doivent être nettoyés de possibles traces de sulfate il faut aussi couvrir avec de la vaseline neutre toutes les connexions.

- Mesure de la densité de l'électrolyte (si on dispose d'un densimètre) : avec l'accumulateur totalement chargé, elle doit être de 1.240 +/- 0.01 à 20 degrés Celsius. Les densités doivent être semblables dans tous les verres. D'importantes différences dans un élément est signal de possible avarie.

10 - Quelle est l'impact environnemental de l'énergie solaire photovoltaïque ?

L'énergie solaire photovoltaïque, tout comme d'autres énergies renouvelables, constitue, face aux combustibles fossiles, une source inépuisable, contribue à l'auto approvisionnement énergétique national et est moins nuisible pour l'environnement, en évitant les effets de son utilisation directe (pollution atmosphérique, résidus, etc.) et ceux dérivés de sa production (excavations, mines, carrières, etc.).

Les effets de l'énergie solaire photovoltaïque sur les principaux facteurs environnementaux sont les suivants :

Climat : la génération d'énergie électrique directement à partir de la lumière solaire ne requiert aucun type de combustion, et donc aucune émissions de gaz a effet de serre.

Géologie : Les cellules photovoltaïques sont fabriquées avec du silicium, élément obtenu du sable, très abondant dans la Nature et dont on ne requiert pas de quantités significatives. Par conséquent, dans la fabrication des panneaux photovoltaïques les modifications dans les caractéristiques topographiques ou structurelles de terrain sont nulles.

Sol : Ne produisant ni polluants, ni déchets, ni mouvements de terre, l'incidence sur les caractéristiques physico-chimiques du sol ou son erosionabilité est nulle.

Eaux superficielles et souterraines : La modification des nappes phréatiques ou des eaux superficielles ne se produit ni par consommation, ni par pollution par des résidus ou des déchets.

Flore et faune : la répercussion sur la végétation est nulle, et, en éliminant la pose de poteaux électriques, on évite les possibles effets nuisibles pour les oiseaux.

Paysage : les panneaux solaires ont différentes possibilités d'intégration, ce qui en des éléments facile à intégrer et à harmoniser dans différents types de structures, en diminuant leurs impact visuel. En outre, s'agissant de systèmes autonomes, on n'altère pas le paysage avec des postes et des lignes électriques.

Bruits : le système photovoltaïque est absolument silencieux, ce qui représente un avantage clair face aux groupe électrogène classiques dans les logements isolés.

Moyen social : L'espace nécessaire pour installer un système photovoltaïque de dimension moyenne, ne représente pas une quantité significative pouvant produire un gros impact. En outre, dans une grande partie des cas, ils peuvent être intégrés dans les toits des logements.

D'autre part, l'énergie solaire photovoltaïque représente la meilleure solution pour les lieux que l'on veut approvisionner en énergie électrique en préservant les conditions environnementales ; c'est le cas par exemple des Espaces Naturels Protégés.

11 - Qu'est ce que la puissance de crête d'un panneau ?

C'est la puissance de sortie, en Watts, qui produit un panneau photovoltaïque dans des conditions d'illumination solaire maximale, avec une radiation approximativement de 1 kW/m2 (celle qui est produite dans un jour ensoleillé à midi heure solaire).

12 - Comme fabrique-t-on un panneau photovoltaïque ?

Un panneau photovoltaïque est formé par un ensemble de cellules solaires reliées électriquement entre eux en série et parallèle jusqu'à obtenir le voltage adéquat pour son utilisation.

Coupe transversale d'un panneau photovoltaïque

Cet ensemble de cellules est entouré par des éléments qui lui confèrent une protection face aux agents externes et de la rigidité pour être reliés aux structures qui les supportent. Les éléments sont les suivants :

- L'enrobement, constitué par un matériel qui doit présenter une bonne transmission à la radiation et une grande résistance à l'action des rayons solaires.

- Couverture extérieure de verre tempéré, qui, en plus de fournir laisser passer au maximum le rayonnement solaire, doit résister aux conditions climatologiques les plus défavorables et supporter des changements brusques de température.

- Couverture postérieure, constituée normalement de plusieurs couches opaques qui reflètent la lumière qui est passée entre les interstices des cellules, pour qu'elle les éclaire a nouveau.

- Cadre de métal, normalement en aluminium, qui assure de la rigidité et de l'étanchéité à l'ensemble, et qui porte les éléments nécessaires pour l'assemblage du panneau sur la structure qui le supporte.

- Boite de terminaux : il incorpore les sorties pour la connexion du module.

- Diode de protection : elle empêchent des dommages dus à des ombres partielles dans la surface du panneau.

13 - Qui différencie existe entre les panneaux polycrystallins et ce qui est monocristallins ?

Les panneaux photovoltaïques sont composés de cellules photovoltaïques de silicium monocristallin ou polycrystallin. La différence entre l'un et l'autre est située dans la procédure de fabrication. Les cellules de silicium monocristallin sont obtenues à partir de silicium très pur, qui est refondu dans un creuset avec une petite proportion de bore. Une fois le matériau à l'état liquide on introduit une tige avec "une graine de cristal" de silicium, qui s'agrège avec de nouveaux atomes du liquide, qui s'ordonne en suivant la structure du cristal. Ainsi on obtient un monocristal dopé, qui est ensuite coupé en feuillets d'approximativement 3 dixièmes de millimètre de grosseur. Ceux-ci sont ensuite introduits dans des fours spéciaux, dans lesquels on diffuse des atomes de phosphore qui se déposent sur une face et atteignent une certaine profondeur dans la surface. Postérieurement, et avant d'effectuer la sérigraphie pour les interconnexions superficielles, ils sont couverts avec un traitement antireflets de dioxyde de titane ou zirconium.

Dans les cellules polycrystallines, au lieu de partir d'un monocristal, on laisse le silicium fondu se solidifier lentement sur un moule, et par conséquent on obtient un solide formé par beaucoup petits de cristaux de silicium, qui peuvent ensuite être coupés en feuillets polycrystallins fins.

14 - Les panneaux photovoltaïques peuvent-ils fonctionner les jours nuageux ?

Les panneaux photovoltaïques produisent de l'électricité même dans des jours nuageux, bien que leur rendement diminue. La production d'électricité varie proportionnellement à la lumière qui éclaire le panneau ; un jour totalement nuageux équivaut approximativement à 10% de l'intensité totale du soleil, et le rendement du panneau diminue proportionnellement à cette valeur.

15 - De quels facteurs dépend le rendement d'un panneau photo-voltaïque ?

Fondamentalement de l'intensité de la radiation lumineuse et de la température des cellules solaires.

Variation de l'intensité et de la tension avec la radiation et la température

L'intensité de courant qui produit le panneau augmente avec la radiation, quand le voltage reste approximativement constant. En ce sens la mise en place des panneaux a beaucoup d'importance (leur orientation et inclination par rapport à l'horizontale), puisque les valeurs de la radiation varient tout au long de la journée en fonction de l'inclination du soleil par rapport à l'horizon.

L'augmentation de température dans les cellules entraîne un accroissement dans le courant, mais aussi une diminution beaucoup plus grande, en proportion, de la tension. L'effet global est que la puissance du panneau diminue en augmentant la température de travail de ce dernier. Une radiation de de 1.000 W/m² est capable de réchauffer un panneau quelque 30 degrés au-dessus de la température de l'air environnant, ce qui réduit la tension dans 2 mV/(cellules*degrés) * 36 cellules * 30 degrés = 2.16 Volts et par conséquent la puissance dans 15%. Pour cela il est important de placer les panneaux dans un lieu bien aéré.

16 - l'incorporation d'un système avec suivi solaire améliore-il le rendement de photovoltaïque ?

Cela dépend du climat et du type d'application. Dans des conditions idéales le rendement du système peut être améliorer jusqu'à 40%, mais le plus grand coût qu'il suppose ne compense pas l'augmentation qui est obtenue. Son application est limitée aux cas où le plus grand rendement coïncide nécessairement avec la plus grande demande (c'est le cas pour les systèmes de pompage pour le bétail dans des régions très sèches).

17 - Quelle est la fonction des diodes dans une installation photovoltaïque ?

Les diodes sont des composants électroniques qui permettent le flux de courant dans une seule direction. Dans les systèmes photovoltaïques ils sont généralement utilisés de deux manières : comme diodes de blocus et comme diodes de bypass.

Schémas de connexion avec des diodes

Les diodes de blocus empêchent que la batterie se décharge à travers les panneaux photovoltaïques en l'absence de lumière solaire. Ils évitent aussi que le flux de courant soit inversé entre les blocs de panneaux reliés en parallèle, quand il y a de l'ombre sur l'un d'entre eux.

Les diodes de bypass protègent individuellement à chaque panneau de possibles dommages provoqués par des ombres partielles. Ils doivent donc être utilisés qund les modules sont reliés en série. Ils ne sont généralement pas nécessaires dans des systèmes qui fonctionnent à 24 V ou moins.

Tandis que les diodes de blocus évitent qu'un groupe de panneaux en série absorbe le flux de courant d'un autre groupe relié lui en parallèle, les diodes de bypass empêchent que chaque module absorbe individuellement le courant d'un autre modules du groupe, si il y a de l'ombre sur l'un des panneaux.

18 - Quelles caractéristiques définissent le comportement d'une batterie ?

Voici les deux fondamentales : la capacité en Ampères heure et la profondeur de la décharge.

Capacité en Ampères heure :

Les Ampères heure d'une batterie sont simplement le nombre d'Ampères qu'elle fournit multiplié par le nombre d'heures pendant lesquelles circule ce courant.

Il sert à déterminer, dans une installation photovoltaïque, le temps que peut fonctionner le système sans radiation lumineuse pour recharge ses batteries. Cette mesure des jours d'autonomie est une des parties les plus importantes dans la conception de l'installation.

Théoriquement, par exemple, une batterie de de 200 Ah peut fournir 200 A pendant une heure, ou 50 A pendant 4 heures, ou 4 A pendant 50 heures, ou 1 A pendant 200 heures.

Néanmoins ce n'est pas totalement comme ça que cela se passe, certaines batteries comme celles des voitures par exemple, sont conçues pour produire des décharges rapides dans de courtes périodes de temps sans les endommager. Toutefois, elles ne sont pas conçues pour de longues périodes de temps de basse décharge. C'est pourquoi les batteries de voiture ne sont pas les plus adéquates pour les systèmes photovoltaïques.

Il existe des facteurs qui peuvent faire varier la capacité d'une batterie :

- Rapports de chargement et déchargement. Si la batterie est chargée ou est déchargée à un rythme différent que celui spécifié, la capacité disponible peut augmenter ou diminuer. Généralement, si la batterie est déchargée à un rythme plus lent, sa capacité augmentera légèrement. Si le rythme est plus rapide, la capacité sera réduite.

- Température. Un autre facteur qui influence la capacité est la température de la batterie et celle de son atmosphère. Le comportement d'une batterie est spécifié à une température de 27 degrés. Des températures plus faibles réduisent leur capacité significativement. Des températures plus hautes produisent une légère augmentation de leur capacité, mais ceci peut augmenter la perte d'eau et diminuer la durée de vie de la batterie.

Profondeur de décharge :

La profondeur de décharge est le pourcentage de la capacité totale de la batterie qui est utilisé pendant un cycle de charge/décharge.

Les batteries de "cycle peu profond" sont conçues pour des décharges de du 10 à à 25% de leur capacité totale dans chaque cycle. La majorité des batteries de "cycle profond" fabriquées pour les applications photovoltaïques sont conçues pour des décharges jusqu'à 80% de leur capacité, sans les endommager. Les fabricants de batteries de nickel- Cadmium assurent qu'elles peuvent totalement être déchargées sans aucuns dommages.

La profondeur de la décharge, cependant, affecte même les batteries de cycle profond. plus la décharge est grande plus la durée de vie de la batterie est réduite.

19 - Quelle est la composition d'une batterie solaire plomb- Acide ?

Ces batteries sont composées de plusieurs plaques de plomb dans une solution d'acide sulfurique. La plaque consiste en une grille d'alliage de Plomb avec une pâte d'oxyde de Plomb marquetée sur la grille. La solution acide sulfurique et eau est appellée électrolyte.

Construction d'une batterie monoblock (VARTA)

Le matériel de la grille est un alliage de Plomb parce que le Plomb pur est un matériel physiquement faible, et pourrait se casser pendant le transport et le service de la batterie.

Normalement l'alliage est en Plomb avec 2-6% d'Antimoine. Moins la contenance en Antimoine sera grande, moins résistante sera la batterie pendant le processus de charge. Une petite quantité d'Antimoine réduit la production Hydrogène et Oxygène pendant la charge, et par conséquent la consommation d'eau. D'autre part, une plus grande proportion d'Antimoine permet des décharges plus profondes sans endommager les plaques, ce qui implique une plus grande durée de vie des batteries. Ces batteries plomb- Antimoine sont du type de "cycle profond".

Le Cadmium et le Strontium sont utilisé à la place de l'Antimoine pour fortifier la grille. Ceux-ci offrent les mêmes avantages et inconvénients que l'Antimoine, mais réduisent en outre le pourcentage d'autodécharge quand la batterie n'est pas en utilisation.

Le Calcium fortifie aussi la grille et réduit l'autodécharge. Toutefois, le Calcium réduit la profondeur de décharge recommandée dans non plus de 25%. D'autre part, les batteries de plomb- Calcium sont de type "cycle peu profond".

Les plaques positive et négative sont plongées dans une solution d'acide sulfurique et sont soumises à une charge de "formation" par le fabricant. La direction de cette charge fait que la pâte sur la grille des plaques positives soit transformée en dioxyde de Plomb. La pâte des plaques négatives est transformée en Plomb spongieux. Les deux matériels sont alors hautement poreux, permettant que la solution d'acide sulfurique pénètre librement dans les plaques.

Les plaques sont alternées dans la batterie, avec des séparateurs entre elles, qui sont fabriqués d'un matériel poreux qui permet le flux de l'électrolyte. Ils sont électriquement non conducteurs. Ils peuvent être des mélanges de silice et de matières plastiques ou gommes.

Les séparateurs peuvent être des feuilles individuelles ou des "enveloppes". Les enveloppes sont des manchons, ouverts par en haut, qui sont uniquement placés sur les plaques positives.

Un groupe de plaques positives et négatives, avec des séparateurs, constituent un "élément". Un élément dans un container plongé dans un électrolyte constitue une "cellule" de batterie.

Des plaques plus grandes, ou en plus grand nombre, entraînent une plus grande quantité d'Ampères heure que la batterie peut fournir.

Indépendamment de la taille des plaques, une cellule fournira seulement une tension nominale de 2 volts (pour plomb- Acide). Une batterie est constituée par plusieurs cellules ou des éléments reliés en série, interne ou externe, pour augmenter le voltage à des valeurs normales aux applications électriques. Pour cette raison, une batterie de de 6 V est composée de de trois cellules, et une de 12 V de 6.

Les plaques positives d'une part, et les négatives de l'autre, sont interconnectées au moyen de terminaux externes dans la partie supérieure de la batterie.

20 - Que différences y a t-il entre les batteries plomb- Acide et celles de nickel- Cadmium ?

Les batteries de nickel- Cadmium ont une structure physique semblable à à celles plomb- Acide. Au lieu du Plomb, elles utilisent de l'hydroxyde de Nickel pour les plaques positives et de l'oxyde de Cadmium pour les négatives. L'électrolyte est de l'hydroxyde de Potassium.

Le voltage nominal d'un élément de batterie de Ni-Cd est de de 1.2 V, au lieu des 2 V des éléments de batterie plomb- Acide.

Les batteries de Ni-Cd supportent les processus congélation et décongélation sans aucun effet sur leur comportement. Les hautes températures ont moins d'incidence que dans celles plomb- Acide. Les valeurs d'autodécharge oscillent entre 3 et 6% par mois.

Les surcharges les affectent moins. Elles peuvent être déchargés totalement sans souffrir de dommages. Il n'y a pas de danger de sulfatation avec ce type de batterie. Enfin sa capacité a accepter un cycle de charge est indépendante de la température.

Le coût d'une batterie de Ni-Cd est beaucoup plus important que celui de d'une plomb- Acide ; cependant elles nécessitent moins de maintien et leur durée de vie et plus longue. Ceci les rend recommandables pour des lieux isolés ou d'accès dangereux.

Les batteries de Ni-Cd ne peuvent pas être testées avec la même fiabilité que celles plomb- Acide. Par conséquent, il est nécessaire de contrôler l'état de charge, les batteries de Ni-Cd ne sont pas la meilleure option.

Le Ni-Cd présente un effet appelé "effet mémoire" : la batterie "se rappelle" de la profondeur de décharge et réduit sa capacité effective. Ceci est du au composé chimique qui se forme dans une plaque chargée et qui tend à se cristalliser, c'est pourquoi si on la laisse longtemps sans l'utilisé, elle pers de la capacité. Ce processus n'est pas irréversible mais son inversion est difficile.

21 - En quoi consiste la sulfatation d'une batterie plomb- Acide ?

Si une batterie plomb- Acide est laissée dans un état de décharge profonde pendant une période prolongée de temps, sa sulfatation se produira. Une partie du sulfure de l'acide va se combiner avec le plomb des plaques pour former du sulfate de plomb. Si la batterie n'est pas périodiquement remplie en eau, une partie des plaques sera exposé à l'air, et le processus sera accéléré.

Le sulfate de plomb couvre les plaques de telle sorte que l'électrolyte ne plus pas pénétrer à travers ces dernières. Ceci suppose une perte irréversible de capacité dans la batterie qui, même avec l'addition d'eau, ne peut plus être récupérée.

22 - Comment peut-il examiner l'état de charge d'une batterie ?

Un densimètre du type de ceux utilisés dans des accumulateurs

La manière la plus simple pour mesurer l'état de charge d'une batterie est à travers la mesure la densité ou la gravité spécifique du liquide contenu dans l'accumulateur (électrolyte). La densité exprime la masse l'électrolyte en comparaison avec la même quantité d'eau, et est mesurée avec un densimètre ou un hydromètre. Le densimètre le plus commun est celui utilisé pour les voitures, qui indique la charge en pourcentage. Il présente l'inconvénient d'être calibré pour l'électrolyte utilisé dans des accumulateurs de démarrage et non stationnaires, c'est pourquoi il marquera toujours moins que ce qui est réel (50% pour un accumulateur stationnaire complètement chargé).

Densité et voltage typiques par verre dans un accumulateur d'plomb- acide

Plus la densité spécifique de l'électrolyte est grande , plus grand est l'état de charge. Le voltage de chaque cellule, et par conséquence celui de la batterie, est aussi plus grand. La mesure de la densité pendant le processus de décharge nous donne une bonne indication de l'état de charge. Pendant le processus de charge, la densité retardera la mesure de l'état de charge du au fait que le mélange complet de l'électrolyte ne se produira pas jusqu'au début de la gazéification, près de la fin de la période de charge (voir fig. III). En tout cas, ceci ne doit pas être considéré comme une mesure absolue de la capacité de la batterie et doit être combiné avec d'autres techniques.

23 - Les accumulateurs peuvent-ils être congelés ? À quelle température ?

Puisque les accumulateurs plomb- Acide utilisent un électrolyte qui comporte de l'eau, ils peuvent être congelé. Toutefois, l'acide sulfurique agit comme un antigel. Ainsi plus la proportion d'acide sulfurique est grande, plus basse est la température de congélation. Cependant, même pour un accumulateur pleinement chargé il se congelera à une température extrêmement faible .

Le tableau ci-joint nous montre, qu'un accumulateur plomb- acide, à 50% de charge, se congèlera à une température -25degrés.

Comme il peut être observé, l'accumulateur doit être maintenu au-dessus de -10 degrés, s'il est totalement déchargé. Si on ne peut pas le maintenir a une température supérieure, on devra maintenir l'état de charge à un niveau suffisamment haut pour éviter la congélation. Ceci peut être obtenu de manière automatique avec un contrôleur de charge capable de déconnecter la consommation quand la tension de la batterie tombera sous un niveau préétabli.

État	Densité	Volts/verre	Volts/ensemble	Congélation
Chargée	1,265	2,12	12,70	-57ºC
Chargée 75%	1,225	2,10	12,60	-38ºC
Chargée 50%	1,190	2,08	12,45	-25ºC
Chargée 25%	1,155	2,03	12,20	-16ºC
Déchargée	1,120	1,95	11,70	-10ºC

État charge, densité, voltage et point de congélation d'un accumulateur plomb- Acide

24 - Quels sont les effets sur la capacité et le voltage de la connexion en série ou en parallèle de plusieurs batteries ?

Les batteries peuvent être reliées en série pour augmenter le voltage, ou en parallèle pour augmenter la capacité en Ampères heure du système d'accumulation.

En reliant en série/parallèle on augmente tant le voltage que la capacité.

Batteries reliées en parallèle, en série et en série parallèle

25 - Quel est l'effet de décharger rapidement une batterie ?

D'abord, on n'obtient pas toute l'énergie qu'est capable de fournir la batterie. Par exemple une batterie déchargée en 72 heures restitue approximativement le double d'énergie que si elle est déchargée en seulement 8 heures.

En outre les décharges rapides produisent des déformations et la désintégration prématurée des plaques des éléments, qui se déposent dans le fonds des récipients de façon pulvérulente jusqu'à arriver à court-circuiter les deux plaques, rendant la batterie inutilisable.

26 - Quels sont les effets de la chaleur dans les batteries ?

L'élévation de température est très nuisible pour les batteries. Si la température des récipients est supérieure à 40 degrés, il est nécessaire de diminuer le régime de charge.

27 - Où doit-on installer les batteries ?

Il faut chercher un emplacement où la température est tempérée, en évitant les lieux froids ou exposés aux faibles températures. Il est nécessaire d'éviter des températures inférieures à 0 degrés car la résistance interne des batteries augmenterai beaucoup.

28 - Quel est le danger de laisser déchargée une batterie pendant beaucoup de temps ?

Le sulfate de plomb qui couvre les plaques se durcit quand la batterie est déchargée ; les pores, obstrués, ne laissent plus pénétrer l'électrolyte et par conséquent les éléments actifs des plaques ne peuvent plus agir. De plus il est très difficile de recharger une batterie qui a été sulfater.

29 - Quelles sont les causes les plus habituelles de sulfatation d'une batterie ?

Les causes les plus habituelles que sulfatation d'une batterie sont :

        - Une décharge prolongée.
        - Ajouter de l'acide pur à l'électrolyte.
        - Surcharges trop fréquentes.
        - Ne pas avoir ajouté de l'eau distillée au moment opportun.
        - Le transvasement d'électrolyte de cellules à d'autres.

30 - Quels sont les symptômes qui montrent qu'un élément de batterie a été sulfaté ?

Les symptômes les plus évidents sont :

        - Le densimètre enregistre toujours une faible densité de l'électrolyte, bien que l'élément soit soumis à la même charge que les autres éléments.
        - La tension est inférieure à à celle de des autres éléments pendant la décharge et supérieure pendant la charge.
        - Il est impossible de charger la batterie à pleine capacité.
        - Les deux plaques, positive et négative, ont une couleur claire.
        - Dans des cas extrêmes, un des terminaux ressort plus ce qui est normal étant donné la déformation des plaques.

31 - Que classe d'eau doit être ajouté aux batteries ?

Uniquement de l'eau distillée, ou de l'eau de pluie. Elle doit être gardée dans des récipients de verre bien propres. L'eau de pluie, bien que ce soit le mieux, doit être récupérer sans qu'elle ai été mise en contact avec des métaux (plafonds de zinc, etc.), parce qu'elle acquiert alors des impuretés. La récolte par un plafond de tuiles céramiques ou par une toile imperméable, par exemple, réunit de bonnes conditions.

32 - l'emploi d'un régulateur de charge dans une installation photovoltaïque est-il indispensable ? Dans quels cas peut-on se passer du régulateur ?

La fonction primaire d'un régulateur de charge dans un système photovoltaïque est de protéger à la batterie de surcharges ou décharges excessives. Toute installation qui est soumise à des charges imprévisibles, d'intervention de l'utilisateur, de système d'accumulation optimisé ou infra dimensionné (pour diminuer une inversion initial), ou tout autre caractéristique qui peut surcharger ou décharger excessivement la batterie, requiert un régulateur de charge. Le manque de ce dernier peut provoquer une réduction de la durée de vie de la batterie et une réduction de la disponibilité de charge.

Les systèmes avec de petite charges , prévisibles et continues peuvent être conçus pour fonctionner sans avoir besoin de régulateur. Si le système possède un accumulateur surdimensionné et que le régime de décharge ne dépasse jamais la décharge critique de la batterie, alors vous pouvez vous passer du régulateur.

33 - Quel différence existe-il entre les différents types d'inverseurs ? Quel est celui qu'il faut utiliser dans chaque cas

Les inverseurs transforment le courant continu en courant alternatif. Le courant continu produit un flux de courant d'un seul signe, tandis que le courant alternatif change rapidement le signe du flux de courant. La fréquence du courant alternatif en Espagne est de 50 cycles normalement. Chaque cycle inclut le mouvement du courant d'abord dans une direction et ensuite dans une autre. Ceci signifie que la direction du courant change 100 fois par seconde.

Différentes formes d'onde en courant alternatif (50Hz)

Le courant alternatif fourni par une compagnie électrique ou par un générateur diesel ou essence est (ou devrait être) comme celui qui est montrée en noir dans la figure ci-dessus . Les changements dans l'amplitude de la tension suivent une loi sinusoïdale, de sorte que le courant soit aussi une onde sinusoïdale.

La conversion de courant continu en alternatif peut être effectuée de diverses manières. La meilleure manière dépend de combien on doit se rapprocher de l'onde sinusoïdale idéale pour effectuer un fonctionnement adéquat de la charge de courant alternatif :

Inverseurs d'onde carrée: la majorité des inverseurs fonctionnent en faisant passer le courant continu à travers un transformateur, d'abord dans un sens puis dans l'autre. Le dispositif de commutation qui change le sens du courant doit agir avec rapidité. Au fur et à mesure que le courant passe à travers la première bobine du transformateur, la polarité change 100 fois chaque seconde. Par conséquent, le courant qui sort de du transformateur est alterné, à une fréquence de 50 cycles complets par seconde. Le sens du flux de courant qui passe à travers la première bobine du transformateur est brusquement changée, de sorte que la forme de l'onde "tombe juste", elle est représentée dans la figure par la couleur mauve.

Les inverseurs d'onde carrée sont plus bon marché, mais moins efficaces. Ils produisent trop d'harmonies qui produisent des interférences (bruits). Ils ne sont pas aptes pour les moteurs à induction

Si on souhaite du courant alternatif uniquement pour alimenter un téléviseur, un ordinateur ou un petit appareil électrique, on peut utiliser ce type d'inverseur. La puissance de celui-ci dépendra de la puissance nominale de l'appareil en question (pour une TV 19 "un inverseur de de 200W est suffisant ).

Inverseurs d'onde sinusoïdale modifiée: ils sont plus sophistiqués et plus chers, et utilisent des techniques de modulation de large impulsion. L'impulsion de l'onde est modifié pour s'approcher le plus possible d'une onde sinusoïdale. La sortie n'est pas encore une onde sinusoïdale authentique, mais est assez proche. Elle contient moins d'harmonique et elles sont plus petites que dans l'onde carrée. Dans le graphique elle est représenté en couleur bleue. Ce sont ceux qui offrent la meilleure relation qualité/prix pour la connexion d'éclairage, télévision ou variateur de fréquence. Un exemple de ce type est le SM-1500.

Inverseurs d'onde sinusoïdale: avec une électronique plus élaborée on peut obtenir une onde sinusoïdale pure. Jusqu'à il y a peu de temps ces investisseurs étaient grands et chers, en plus d'être peu efficaces (parfois seulement 40% d'efficacité). On a dernièrement développé de nouveaux investisseurs sinusoïdaux avec une efficacité de de 90% ou plus, suivant la puissance, comme par exemple le S-1200. L'incorporation de microprocesseurs de dernière génération permet d'augmenter les prestations des inverseurs avec des services ajoutés comme le contrôle à distance, les conteurs d'énergie consommée, sélection de batterie... Toutefois son coût est plus important que celui des investisseurs moins sophistiqués.

Puisque seuls les moteurs à induction et les appareils plus sophistiqués requièrent des charges sous forme d'onde sinusoïdale pure, il est normalement préférable d'utiliser des inverseurs moins chers et plus efficaces. Dans peu de temps le coût des investisseurs sinusoïdaux s'approchera de celui des autres, en popularisant son installation.

34 - Comme dimensionne-t-on un inverseur ?

Les inverseurs doivent être dimensionnés de deux manières. La première est considérant les Watts de puissance électrique que l'inverseur peut fournir pendant son fonctionnement normal de manière continue.

Les inverseurs sont moins efficaces quand ils seront utilisés à un faible pourcentage de leur capacité. Pour cette raison ils n'est pas nécessaire de sous dimensionner un inverseur, ils doivent être choisis avec une puissance la plus proche possible à à celle de la charge de consommation.

La seconde façon de dimensionner l'inverseur est par la puissance de démarrage. Quelques inverseurs peuvent fournir plus de leur capacité nominale pendant des courtes périodes de temps. Cette capacité est importante quand on utilisera des moteurs ou d'autres charges qui nécessitent 2 à 7 fois plus de puissance pour démarrer que pour rester en marche une fois allumés (moteurs d'induction, lampes de grande puissance).

35 - Qu'est ce qui différencie les charges résistives et des charges inductives ?

Une charge est tout dispositif qui absorbe de l'énergie dans un système électrique. Les appareils électroménagers, et les appareils électriques en général, sont divisés deux grands groupes de charges : résistives et inductives. Les charges résistives sont simplement celles dans lesquelles l'électricité produit de la chaleur et non un mouvement. Des charges typiques de ce type sont les lampes incandescentes ou les radiateurs électriques.

Les charges inductives sont généralement celles dans lesquelles l'électricité circule à travers des bobines. Comme par exemple les ventilateurs, les moteurs, les réfrigérateurs ;ou transformateurs, qui se trouvent dans la majorité des appareils électroniques, comme les téléviseurs, ordinateurs ou lampes fluorescentes.

36 - Quels sont des types d'éléments d'éclairage les plus adéquats à installer avec les systèmes solaires photovoltaïques ?

Vu les caractéristiques des systèmes photovoltaïques, dans lesquels la capacité d'accumulation d'énergie est limitée, les équipements d'éclairage doivent être de rendement important et de basse consommation pour profiter au maximum de cette énergie. Celles plus appropriées sont les lampes électroniques, qui donnent les mêmes prestations lumineuses que les ampoules conventionnelles mais économisent approximativement 80% d'énergie et ont une durée de vie 8 fois supérieure. Ceci est du au fait que 95% de l'énergie que consomment les lampes incandescentes est transformé en chaleur et non en lumière, tandis que les électroniques irradient beaucoup moins de chaleur et transforment 30% de l'énergie qu'elles consomment en lumière. On peut aussi utiliser des appliques fluorescents conventionnels mais toujours avec contrôle électronique.

37 - Quelles sont les différences entre un pompage solaire direct et un pompage conventionnel ?

Un pompage solaire conventionnel est composé de panneaux, de contrôleur, de batteries, d'inverseur (s'il nécessite un courant alternatif) et d'un pompe. Dans un pompage solaire direct le régulateur et les batteries ne sont pas nécessaires , et on remplace l'inveeseur par un autre plus bon marché. Ceci réduit le prix de l'installation et son maintien. La différence est que l'ont peut seulement pomper pendant le jour, ce pourquoi dans quelques installations il est nécessaire de stocker l'eau dans un dépôt, qui ferait la fonction de batterie. Si en outre le système de pompage direct utilise une pompe à déplacement positif le rendement énergétique des panneaux nécessaires est presque le double que celui d'un pompage conventionnel, en réduisant et le prix de l'installation, bien que la pompe soit plus chère.

38 - Comment fonctionne une pile à combustible ?

Une pile à combustible est un dispositif électrochimique qui produit de l'électricité directement à partir d'énergie chimique. Sa construction est très semblable à à celle des accumulateurs : elles sont composés d'un électrolyte (qui peut être alcalin, d'acide phosphorique, de carbonates fondus ou d'oxyde solide) et de deux électrodes. L'anode est alimentée avec le combustible (normalement l'hydrogène) et la cathode avec le comburent (normalement l'oxygène). Pour augmenter la surface effective des électrodes celles-ci sont construites avec des matériaux poreux. En outre, on utilise de hautes pressions et des températures importantes pour favoriser la réaction. Le sous-produit de la réaction chimique est de la vapeur d'eau. Les piles de combustible d'acide phosphorique ont un rendement approximatif de de 40% et une température de travail de 200ºC elles sont actuellement fabriquée dans des unités de 200kW. Si vous souhaitez en savoir davantage sur cette technologie cliquez ici.

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