Solaire Photovoltaïque

Camille Roger
Amandine Vibert Travaux Pratiques :
Solaire Photovoltaïque
Objectifs :
 Cerner les différentes technologies, amorphe, monocristallin et polycristallin,
 Evaluer les caractéristiques électriques de la cellule polycristalline suivant différents
points,
 Calculer expérimentalement le rendement de la cellule polycristalline,
 Comprendre le fonctionnement d’un régulateur photovoltaïque.
Etude comparative des 3 types de cellules PV :
Grâce aux appareils de mesure présents avec la maquette, nous avons mesurer les tensions à
vide, Uc, et les courants de court-circuit, Icc, des différentes cellules présentées ci-dessous.
Type de cellule
Amorphe
Monocristallin
Polycristallin
Tension à vide [V]
4.06
0.444
0.455
Courant de court-circuit [mA]
2.9
130
140
L’amorphe sera plus généralement utilisé sur des gadgets nécessitent peu de puissance mais
une tension minimum de 4.5V. A contrario, son faible coût peut jouer en sa faveur sur des
installations de grandes superficies.
Quant à eux, le mono et polycristallin conviendront plus pour des particuliers ou des
installations de grandes puissances.
Effet de l’ensoleillement sur la cellule multicristallin :
A l’aide de la lampe à intensité variable, nous avons effectué trois séries de mesures sur la
cellule multicristallin en simulant trois ensoleillements différents.
Nous avons donc relevé le courant et la tension de la cellule en fessant variée une résistance,
qui représente la charge, de 1 000Ω avec un pas de 100Ω.
Ces relever ce trouve ci-dessous :
Ensoleillement=140 [W/m²]
Ensoleillement=314 [W/m²]
Ensoleillement=920 [W/m²]
tension [V]
Intensité [mA]
tension [V]
Intensité [mA]
tension [V]
courant [mA]
0,037
8,4
0,064
15,3
0,065
42
0,59
8,4
1,94
14,5
4,98
39,45
1,24
8,3
3,16
14,1
8,27
38,25
2
8,2
4,43
13,9
11,63
37,66
2,52
8,1
5,5
13,7
14,77
37,34
3,42
8
6,7
13,5
17
34,5
4,05
7,9
7,8
13,3
17,3
29,5
4,7
7,8
9,12
13,2
17,46
25,5
5,4
7,7
10,3
13
17,52
22,72
5,85
7,7
11,5
12,9
17,58
20,09
7,2
7,7
12,8
13,11
17,65
17,24

Plus l’ensoleillement n’augmente plus les courants et les tensions augmentes.
Pour tracer la courbe de P=f(V) nous prendrons comme condition un ensoleillement
maximum (920 W/m2).
La puissance est définit par le produit du courant et de la tension.
Nous obtenons donc la courbe suivante :
Nous pouvons conclure que la cellule a un point de fonctionement où la puissance est
optimun,ici dans nos essaies pour 17V.
Le MPPT (Maximum Power Point Tracking) permet le fonctionement de la cellule a
puissance maximun en fonction de la charge induissant une amelioration du rendement du
panneau photovoltaique.
Cellule multicristallin, capteur d’ensoleillement :
Pour cette manipulation nous avons rélgler notre charge a 0,1Ω, nous avons mesurer la
tension en fonction de l’ensoleillement avec un pas de 200W/m2,
On notera que la courbe donné page suivante est de type lineaire, on peut donc connaitre la
tension en fonction de l’ensoleillement et d’un coefficient α determiner grace a une regresion
lineaire, ici α = 3×10-5.
Soit la formule suivante  V = α×E

Le capteur d’ensoleillement peut etre realiser grace a une resistance traverser par le meme
courant que la cellule et possedant la meme tension, schéma ci-dessous
.
Donc en croissant les deux caracteristiques electrique de la
cellule et de la resistance nous obtenons le point de
fonctionnement, et donc les valeur de Icc et de V soit :
Icc = k×E
U = α×E
V = R×I

Influence de l’inclinaison de l’ensoleillement sur la puissance électrique produite :
Le but de l’expérience est de montrer l’influence de l’angle auquel la cellule photovoltaïque
reçoit le rayonnement, sur ses performances.
Pour ce faire, on mesure la tension et le courant à ses bornes, de façon à pouvoir ensuite tracer
les courbes caractéristiques courant-tension pour des angles α donnés. Les mesures se feront
ici à α=90°, α=60°, α=30° et α=0°. On peut voir la représentation graphique ci-dessous.
Les courbes jaunes et bleus représentent respectivement les angles α=30° puis α=0°. On
remarque que l’angle d’incidence a un effet direct sur la production de courant de la cellule
photovoltaïque. En effet, plus l’angle d’incidence s’éloigne de la verticale, plus le courant est
bas et donc plus la puissance électrique produite diminue.
Note : La tension à vide de la cellule est toujours la même, quelque soit l’angle d’arrivée des
rayons.
Cela nous incite à conclure, que si nous voulons travailler dans les conditions optimales, il
faudrait que les panneaux photovoltaïques soient directement perpendiculaires aux rayons
incidents du Soleil. Ce qui équivaut à dire qu’il faudrait utiliser des trackers. Cependant, cela
a un coût d’investissement non négligeable.

Rendement de la cellule photovoltaïque :
La formule du rendement est la suivante
η = Pout/(A×E)
Avec,
o Pout, la puissance recueillie à la sortie de la cellule en W,
o A, l’aire de la cellule en m² et
o E, l’éclairement en W/m².
Pour calculer ce rendement, on se met donc à la position où la cellule fonctionne de façon
optimum et on relève les valeurs de tension, de courant ainsi que l’éclairement. Ce qui nous
donne les valeurs suivantes,
o U = 17V
o I = 0,035 A
o E = 994 W/m²
o A = 0,010192 m²
A partir de ces données, on calcule le rendement.
η = (U×I)/(A×E) = (17×0,035)/(994×0,10192)
η = 5,9%
On remarque alors que le rendement de la cellule est anormalement faible par rapport aux
ordres de grandeur dont nous disposons pour les cellules photovoltaïques polycristallines. Les
valeurs de rendement sont aux alentours de 13%.
Lors de la mesure de l’éclairement, on remarque que l’appareil de mesure ne se situe pas au
niveau même de la cellule, mais qu’elle se trouve plus près de la source lumineuse. Or un
simple centimètre de différence peut équivaloir à environ 100 W/m² de différence
d’éclairement si ce n’est plus.
A cette raison s’ajoute le fait que la lampe dont nous disposons ne produit pas de la lumière
blanche pure. Mais son effet sur le rendement est minime.