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Responsable(s) Ricardo Izquierdo

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Ricardo Izquierdo


PLAN DE COURS

Hiver 2024
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 :

  • 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 (3 h 30) au cours desquelles le professeur expose les concepts importants du cours appuyés par des exemples pratiques. Aussi, 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. Durant ces périodes, les étudiants sont fortement encouragés à poser des questions.

Séances de laboratoire 

Lors de ces seances de laboratoire les étudians simuleront et caracteriseront des dispositifs photovoltaiques.

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




Utilisation d’appareils électroniques

Calculatrices et ordinateurs 

Lors de la session d'hiver2023 le cours se déroulera en mode hybride avec des seances en présentiel et des seances sur la plateforme Zoom.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mercredi 18:00 - 21:30 Activité de cours
Jeudi 18:00 - 22:00 Laboratoire aux 2 semaines
02 Mercredi 18:00 - 22:00 Laboratoire aux 2 semaines
Jeudi 18:00 - 21:30 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Ricardo Izquierdo Activité de cours Ricardo.Izquierdo@etsmtl.ca A-2475
01 Moulay Ahmed Slimani Activité de cours cc-moulay-ahmed.slimani@etsmtl.ca
01 Daphne Palaco-Tobia Laboratoire aux 2 semaines daphne.palaco-tobia.1@ens.etsmtl.ca
02 Ricardo Izquierdo Activité de cours Ricardo.Izquierdo@etsmtl.ca A-2475
02 Moulay Ahmed Slimani Activité de cours cc-moulay-ahmed.slimani@etsmtl.ca
02 Daphne Palaco-Tobia Laboratoire aux 2 semaines daphne.palaco-tobia.1@ens.etsmtl.ca



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.
6 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.
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 me contacter à : ricardo.izquierdo@etsmtl.ca




Laboratoires et travaux pratiques

Travaux liés aux projets à remettre.

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

Activité

Description

%

Date

 

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

30 %

22 février 2024

 

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 %

 
 

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 pur 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, 2 22 février 2024



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 projets seront réalisés sur une base individuelle.

  • 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
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 de 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 (0).



Infractions de nature académique
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/Etudes/citer-pas-plagier). Les clauses du règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS (« Règlement ») 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/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique) pour identifier les actes qui constituent des infractions de nature académique au sens du Règlement ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.

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’enseignant(e) 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

http://pveducation.org/