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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Ricardo Izquierdo


PLAN DE COURS

Été 2025
ENR889 : Systèmes d'énergie solaire photovoltaïque (3 crédits)





Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiante ou l'étudiant sera en mesure :
• d’interpréter les mécanismes de conversion de la lumière en électricité et de transport des charges au sein de matériaux semi-conducteurs;
• d’appliquer ces concepts fondamentaux pour décrire le fonctionnement des jonctions p-n et des modules photovoltaïques;
• d’analyser le fonctionnement des technologies photovoltaïques de base;
• de créer un plan d’intégration des technologies à l’intérieur d’un système solaire photovoltaïque;
• de proposer un module intégré tout en tenant compte des contraintes sur le coût et les performances.

Spectre solaire et propriétés de la lumière. Matériaux semi-conducteurs : structures cristallines, bande de conduction et bande de valence, bande interdite, électrons et trous, densité d’état et niveau de Fermi, semi-conducteur intrinsèques, donneurs et accepteurs, charges majoritaires et minoritaires, conductivité et mobilité des porteurs de charge, défauts de surface. Jonctions p-n à l’équilibre. Jonctions abruptes. Zone de charge d’espace. Jonctions p-n hors d’équilibre. Jonctions métalliques. Jonctions Ohmiques. Barrières Schottky. Panneaux solaires : leur conception, fabrication et les méthodes de caractérisation. Systèmes photovoltaïques résidentiels et commerciaux. Systèmes BIPV. Modules et composants des systèmes photovoltaïques. Technologies émergentes et les structures multi-jonctions. Concentrateurs. Effets thermiques. Incitatifs gouvernementaux et fiscaux.



Objectifs du cours

À la fin de ce cours, l’étudiant(e) devra être en mesure de :

  • Interpréter les mécanismes de conversion de la lumière en électricité et de transport des charges au sein de matériaux semi-conducteurs; 
  • Appliquer ces concepts fondamentaux pour décrire le fonctionnement des jonctions p-n et des modules photovoltaïques;
  • Analyser le fonctionnement des technologies photovoltaïques de base;
  • Créer un plan d’intégration des technologies à l’intérieur d’un système solaire photovoltaïque.



Stratégies pédagogiques

Les principaux moyens pédagogiques envisagés sont :

  • Cours magistraux (une séance de cours par semaine) Le cours sera composé de séances théoriques de trois heures trente (3 h 30) au cours desquelles les professeurs exposeront les concepts importants du cours, appuyés par des exemples pratiques. De plus, les professeurs aideront les étudiant(e)s à poser correctement le problème et résume la méthodologie à suivre pour résoudre des problèmes concrets reliés à la physique et au fonctionnement des dispositifs photovoltaïques. Durant ces périodes, les étudiant(e)s sont fortement encouragés à poser des questions.
  • Séances de laboratoire : Lors de ces seances de laboratoire les étudiant(e)s simuleront et caracteriseront des dispositifs photovoltaiques.
  • Évaluation : L’évaluation globale comprendra les examens de contrôle, les devoirs, les présentations et les laboratoires.



Utilisation d’appareils électroniques

Calculatrices et ordinateurs.

Lors de la session d'été 2025, le cours se déroulera en mode hybride avec des seances en présentiel et des seances sur la plateforme Zoom.

La première séance se déroulera en présentiel.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 13:30 - 17:30 Travaux pratiques aux 2 semaines
Jeudi 13:30 - 17:00 Activité de cours



Coordonnées du personnel enseignant le cours
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Andy Shih Activité de cours Andy.Shih@etsmtl.ca A-3326
01 Moulay Ahmed Slimani Travaux pratiques aux 2 semaines cc-moulay-ahmed.slimani@etsmtl.ca



Cours
 

Contenus traités dans le cours

Heures
  1. Introduction 
  • Les énergies renouvelables
  • Le spectre solaire et les propriétés de la lumière
  • Les matériaux semi-conducteurs
  • Les porteurs de charge
  • Les interactions lumière-matière
6 heures
  2.  Les jonctions p-n 
  • Les jonctions à l’équilibre
  • Les jonctions hors d’équilibre
  • Les jonctions métalliques Ohmiques
  • Les effects thermiques
12 heures
  3.  Les panneaux solaires 
  • Les panneaux solaires, les besoins technologiques et les compromis
  • Les panneaux à base de silicium
  • Capture, concentration et effets thermiques
  • Conception, fabrication, assemblage, tests & mesures
12 heures
    4. Les systèmes résidentiels et commerciaux 
  • Les systèmes à piles et les systèmes embarqués
  • Les systèmes connectés au réseau de distribution
  • La conception d’un système résidentiel
  • La conception d’un système commercial et les fermes solaires
3 heures
    5. L'avenir des technologies solaires photovoltaïques 
  • Les technologies et les applications émergentes
  • Gestion des coûts, incitatifs gouvernementaux et modèles d’affaire
3 heures
Total  36 + 3 h (examen intra)

Note A : Tous les cours sont d'une durée de 3 heures 30 minutes par semaine.
Note B : Pour céduler une rencontre, SVP nous contacter par courriel.




Laboratoires et travaux pratiques

Rapport

Ce travail consiste à écrire un rapport sur un sujet dans le domaine de la photovoltaïque.

Résumé série articles, évaluation d’une technologie, politiques sur le photovoltaïque, etc.

La longueur du travail devrait être de 12 à 15 pages, incluant figures et références.

Présentation

Ce travail consiste à décrire et expliquer un sujet de pointe du cours traitant des dispositif photovoltaïques.

Vous devrez présenter un exposé traitant de ce sujet devant les autres étudiants de la classe. Il est important d'adapter le contenu de la présentation au niveau du cours (faire référence aux notions vues en classe).

Vous devrez confirmer votre choix de sujet auprès du professeur.

La présentation se fait en équipe (nombre de membres à confirmer).




Évaluation

Description

%

Date

Un (1) devoir

10 %

 

Examen intra (Durée de trois (3) heures. Style classique avec documentation permise) 

30 %

16 juin 2025

Examen final (Durée de trois (3) heures. Type synthèse avec certains documents permis en partie (Coordonnées à communiquer)). Voir Notes 1 & 2.

30 %

 

Rapports de laboratoire

15 %

 

Rapport de projet

5 %

 

Présentation

10 %

 

Note 1 : Aucune documentation permise pour une partie et toutes les sources de référence en format papier (livres, notes de cours, exercices) sont acceptées pour l’autre partie.

Note 2 : Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux. 

Note 3 : La note de passage est de 50 %.

Note 4 : Délai de dix (10) jours ouvrables est alloué pour la consulta on des cahiers d’examen après la communication des résultats.

 




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 16 juin 2025



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : https://www.etsmtl.ca/programmes-et-formations/horaire-des-examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.5/ cycles supérieurs, article 6.5.2) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignante ou l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

  • Les devoirs seront réalisés en équipe.
  • Les rapports seront réalisés sur une base individuelle.
  • Les présentations seront réalisés individuelement.
  • Retard de remise des travaux: 10% de pénalité par jour jusqu'à concurrence de 5 jours.



Absence à une évaluation

Afin de faire valider une absence à une évaluation en vue d’obtenir un examen de compensation, l’étudiante ou l’étudiant doit utiliser le formulaire prévu à cet effet dans son portail MonÉTS pour un examen final qui se déroule durant la période des examens finaux ou pour tout autre élément d’évaluation surveillé de 15% et plus durant la session. Si l’absence concerne un élément d’évaluation de moins de 15% durant la session, l’étudiant ou l’étudiante doit soumettre une demande par écrit à son enseignante ou enseignant.

Toute demande de validation d’absence doit se faire dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de l’évaluation, sauf dans les cas d’une absence pour participation à une activité prévue aux règlements des études où la demande doit être soumise dans les cinq (5) jours ouvrables avant le jour de départ de l’ÉTS pour se rendre à l’activité.

Toute absence non justifiée par un motif majeur (voir articles 7.2.6.1 du RÉPC et 6.5.2 du RÉCS) entraînera l’attribution de la note zéro (0).




Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiantes et les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (www.etsmtl.ca/a-propos/gouvernance/secretariat-general/cadre-reglementaire/reglement-sur-les-infractions-de-nature-academique) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et tous les membres de la communauté étudiante sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignante ou l’enseignant du cours.



Documentation obligatoire

O. Isabella; K. Jäger; A. Smets; R. van Swaaij; M. Zeman; Solar Energy: The Physics and Engineering of Photovoltaic Conversion, Technologies and Systems; UIT Cambridge Ltd; ISBN 10: 1906860327, 2014.




Ouvrages de références

Nelson, J., The Physics of Solar Cells, Imperial College Press, 2006.

Komp , R. J., Practical photovoltaics – Electricity from Solar Cells (3rd Ed.), AATEC,  2001.

Shockley W., Queisser, H.J. Detailed Balance Limit of Efficiency of P-N Junction Solar Cells. Journal of applied physics [Internet]. 1961 ;32:510-519. Available from: Http://LINK.AIP.ORG/LINK/?JAP/32/510/1

Tiedje T., Yablonovich, E., Cody, G.D., Brooks, B. G. Limiting Efficiency of Silicon Solar Cells. IEEE Transactions on Electron Devices. 1984 ;ED-31.




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Site Moodle disponible au début de la session

http://pveducation.org/