Cellule Photovoltaïque

Générateur photovoltaïque

On appelle générateur photovoltaïque un assemblage électrique de modules (ou panneaux) photovoltaïques, composés d’une ou plusieurs cellules, dont la fonction est de convertir la puissance du rayonnement solaire en puissance électrique :

Plusieurs utilisations sont possibles :

  • Systèmes photovoltaïques autonomes :
    Leur utilisation est dictée lorsque l’on ne peut amener l’alimentation électrique en un lieu.
  • Systèmes photovoltaïques embarqués :
    Pour alimenter des systèmes mobiles (véhicules, appareils nomades, …)
  • Systèmes photovoltaïques connectés :
    L’énergie électrique produite est revendue partiellement ou en totalité à EDF.

     

Cellules photovoltaïques

Principe de fonctionnement

Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), génère de l’électricité. C’est l’effet photovoltaïque qui est à l’origine du phénomène. L’électricité produite est fonction de l’éclairement, la cellule photovoltaïque produit un courant continu.

L’irradiance définit une puissance reçue par unité de surface. Elle s’exprime en W/m2 (watt par mètre carré).

Les cellules photovoltaïques les plus répandues sont constituées de semi-conducteurs, principalement à base de silicium (Si). Elles se présentent généralement sous la forme de fines plaques d’une dizaine de centimètres de côté, prises en sandwich entre deux contacts métalliques, pour une épaisseur de l’ordre du millimètre.

 

Association de cellules

Les cellules sont souvent réunies dans des modules solaires photovoltaïques ou panneaux solaires, en fonction de la puissance recherchée.

Un panneau solaire photovoltaïque est un générateur électrique de courant continu constitué d’un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement.

 

 

Bilan énergétique

Le rendement énergétique d’un panneau photovoltaïque est d’environ 10 à 20%.

 

Caractéristiques

Le comportement d’une cellule peut être synthétisé dans un graphe qu’on appelle caractéristique courant-tension.

Remarque : tout dipôle électrique est entièrement défini par sa caractéristique courant-tension, qui lui est propre.

Trois points sont importants sur cette courbe :

Le point de puissance maximale (Maximum Power Point – MPP) : c’est le point de fonctionnement pour lequel la puissance délivrée est maximale.

Le courant de court-circuit noté \(I_{cc}\) : il s’agit du courant qui traverse la cellule photovoltaïque lorsque celle-ci est en court-circuit (la tension à ses bornes est alors nulle).

La tension en circuit ouvert notée \(U_{co}\) : il s’agit de la tension aux bornes de la cellule lorsque celle-ci est en circuit ouvert (le courant la traversant est alors nul).

 

 

Modélisation

Une cellule photovoltaïque peut être modélisée par le circuit équivalent suivant :

En utilisant l’équation de Shockley pour modéliser la diode, et à l’aide des lois fondamentales de l’électricité, écrire la relation reliant \(U\) et \(I\).

Correction
\(I=I_{ph0}\frac{I_r}{I_{r0}}-I_D\left(\text{e}^{\frac{V+I\;R_s}{N\;V_t}}-1\right)-\frac{V+I\;R_s}{R_p}\)

 

Version interactive

 

Simulation avec MATLAB/Simscape

La bibliothèque Simscape/Electrical possède un modèle de cellule photovoltaïque :

Activité

Pour obtenir la courbe caractéristique, il faut :

  • faire varier la charge (résistance) afin de déplacer le point de fonctionnement de la cellule,
  • connecter des capteurs : voltmètre et ampèremètre,
  • relier les signaux physiques à un graphique XY.

Télécharger et compléter le modèle Carac_cellulePV.slx afin pouvoir tracer la courbe caractéristique d’un modèle de cellule photovoltaïque.

ATTENTION : ce modèle nécessite l’installation des bibliothèques :

 

 


Ressources

Énergie + / Photovoltaïque (Université de Louvain)

Documents constructeurs

Cellule_photowatt_poly125_125

 

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