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Cours
Responsable(s) Sylvain G. Cloutier

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École de technologie supérieure
Département de génie électrique
Responsable(s) de cours : Sylvain G. Cloutier


PLAN DE COURS

Hiver 2019
ELE889 : Technologies de l'énergie solaire photovoltaïque (3 crédits)



Préalables
Programme(s) : 7694
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    ELE312    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 66,7 % 33,3 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
Au terme de ce cours, 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.

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.

Séances de travaux pratiques consistant à modéliser et simuler le comportement des dispositifs semi-conducteurs utilisés pour fabriquer les modules photovoltaïques de base et concevoir un concentrateur pour un module à hautes-performances. Séances de laboratoire consistant à caractériser les performances d’un module photovoltaïque de base.



Objectifs du cours

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

  • 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; 



Stratégies pédagogiques

Les principaux moyens pédagogiques envisagés sont :

Cours magistraux (un (1) cours par semaine)

Le cours sera composé de séances théoriques de trois heures trente au cours desquelles le professeur expose les concepts importants du cours appuyés par les exemples pratiques. Durant ces périodes, les étudiants sont fortement encouragés à poser des questions.

Séances de laboratoire et exercises (une (1) séance au deux (2) semaines)

L'acquisition des connaissances sera renforcée par les travaux dirigés qui ont une grande importance dans l'assimilation de la matière. Lors de ces séances, le professeur aide les étudiants 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.

 

Projets de conception (en dehors des cours)

 

Projets de conception effectués en dehors des heures de cours consistent à modéliser, simuler et mesurer le comportement des dispositifs semi-conducteurs utilisés pour fabriquer les modules photovoltaïques de base.

L’évaluation globale se complète finalement par les examens de contrôle, les devoirs et travaux pratiques.




Utilisation d’appareils électroniques

Calculatrices et ordinateurs.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mardi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Mercredi 08:30 - 12:30 Laboratoire aux 2 semaines



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Ricardo Izquierdo Activité de cours Ricardo.Izquierdo@etsmtl.ca A-2475



Cours

Date

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.

3 heures

 

2.  Les jonctions p-n 

  • Les jonctions à l’équilibre.
  • Les jonctions hors d’équilibre.
  • Les jonctions métalliques Ohmiques.
  • Les effects thermiques.
  • Les jonctions organiques.

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.

9 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.

6 heures

 

  5. L'avenir des technologies solaires photovoltaïques 

  • Les technologies et les applications émergentes.
  • Gestion des coûts, incitatifs gouvernementaux et modèles d’affaire.

6 heures

Total

36 + 3 h (examen)

Note A : Tous les cours sont d'une durée de 3 heures 30 minutes par semaine.
Note B : Pour céduler une rencontre, SVP me contacter à : ricardo.izquierdo@etsmtl.ca




Laboratoires et travaux pratiques

Travaux liés aux projets à remettre.

Présentation et rapport

  • Ce travail consiste à décrire et expliquer un sujet de pointe du cours traitant d'un dispositif photovoltaïque avancé.
  • Vous devrez confirmer votre choix auprès du professeur.
  • La longueur du travail devrait être de 8 à 10 pages, incluant figures et références.
  • En complément, vous devrez présenter un exposé traitant de ce même sujet de pointe 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).

 




Utilisation d'outils d'ingénierie

N/A




Évaluation
Activité Description % Date
  Examen intra (Durée de trois (3) heures. Style classique avec documentation permise (voir Note 1) 30 % 12 février 2019
  Un (1) devoir  10 %  
  Examen final (Durée de trois (3) heures Type synthèse avec certains documents permis  en partie (Coordonnées à communiquer). (voir Notes 1 & 2) 30 %  
  Projets  (travaux pratiques)  15 %  
  Présentation et rapport 15 %  

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

Note 2 : Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante :

https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Calendrier-universitaire/calendrier-universitaire-2018.pdf

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 12 février 2019



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/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 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par 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 sont effectués sur une base individuelle.
  • Les laboratoirs seront réalisés individuelement et en équipe

  • Les  présentations seront réalisés en équipe

  • Retard de remise des travaux: 10% de pénalité par jour jusqu'à concurrence de 5 jours.



Absence à un examen
• Pour les départements à l'exception du SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

• Pour SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence auprès de son enseignant. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
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 étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) 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 les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



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

http://pveducation.org/