Production photovoltaïque

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Production photovoltaïque
1 Générateur photovoltaïque
On appelle générateur photovoltaïque un assemblage
électrique de modules (ou panneaux) photovoltaïques,
eux même (pour certains) composés de cellules.
Deux utilisations sont possibles.

Panneaux photovoltaïques autonomes.
Leur utilisation est dictée lorsque l’on ne peut
amener l’alimentation électrique en un lieu.
Cellule
Module
Générateur
Exemple : lieu isolé et difficilement accessible (habitation en montagne, balise en mer…) ou
utilisation demandant une mobilité (bateau, camping car, exploration…).

Panneaux photovoltaïques connectés.
L’énergie électrique produite est revendue partiellement ou en totalité à EDF.
2 Technologie panneaux photovoltaïques
Pour la plupart des générateurs photovoltaïque, la matière active est le silicium. Les plus utilisés sont :
- Les siliciums monocristallins : les modules sont constitués de cellules
de cristaux de silicium encapsulées dans une enveloppe plastique.
- Les siliciums polycristallins (ou multicristallins) : les modules sont
constitués de cellules de polycristaux de silicium encapsulées. Ces
polycristaux sont obtenus par fusion des rebuts du silicium de qualité
électronique.
- Les silicium amorphe : les panneaux « étalés » sont réalisés avec du
silicium amorphe au fort pouvoir énergisant et présentés en bandes
souples permettant une parfaite intégration architecturale.
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Technologies
silicium
monocristallin
silicium
polycristallin
silicium amorphe
Rendement
Coût
Mise en
œuvre
Surface
installée
bon
Elevé
Aisée
Faible
moyen
Moyen
Moyenne
Faible
faible
Moyen
Longue
importante
Observations
Pour espace disponible réduit ou priorité
au besoin d’énergie
Solution intermédiaire intégrant espace
disponible et coût.
Pour surface disponible importante ou
priorité au coût réduit.
3 Energies / Puissances
Irradiance ou
éclairement E (W/m²)
L'éclairement ou
irradiance est défini
comme une puissance
reçue par une
surface. Il s'exprime en
W/m2 (watt par mètre
carré).
Le S.I. (système
international d’unités)
recommande d’utiliser le
symbole E.
La puissance reçue dépend donc de la surface de la cellule.
La puissance
électrique
(Watt) est
définie par :
I (A)
P=U×I
U (V)
La puissance et le courant électrique dépend du flux lumineux (importance des conditions climatiques).
La puissance nominale1 d’une cellule est définie pour un flux lumineux de 1000W/m² à une
température de 25°C. Cette puissance est aussi appelée puissance crête (Wcrête).
Ces deux grandeurs, courant et tension, dépendent à la fois des propriétés électriques de la cellule mais aussi de la
charge électrique à ses bornes.
4 Rendement - Performance
Correspond au rapport entre la puissance fournie et la puissance reçue par la cellule.
Rendement maximum d’une cellule :
E : Eclairement (W/m²)
S : Surface de la cellule (m2)
Pc : Puissance crête (ou Puissance maximum : voir §5)
Coefficient de performance d’une cellule :
1
C'est la puissance annoncée par le constructeur.
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5 Caractéristiques électriques d’une cellule
Les propriétés électriques de la cellule sont synthétisées
dans un graphe qu’on appelle caractéristique couranttension.
Rcharge
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 PMPP - (Maximum
Power Point) : c'est quand la charge a une résistance
égale à Rcharge (droite verte) que la cellule délivre la
puissance maximale.
 Le courant de court-circuit noté Icc : il s’agit du
courant qui traverse la cellule photovoltaïque
lorsque celle-ci est en court-circuit, c’est-à-dire
lorsque le pôle + est relié au pôle – (la tension à
ses bornes est alors nulle). Dans ce cas, la
puissance fournie par la cellule (P = U × I) est
nulle.
 La tension en circuit ouvert notée Uco : il s’agit de la tension
aux bornes de la cellule lorsque celle-ci est en circuit ouvert,
c’est-à-dire lorsque le pôle + et le pôle – sont isolés
électriquement de tout autre circuit électrique (le courant la
traversant est alors nul). Dans ce cas, la puissance fournie
par la cellule (P = U × I) est nulle.
+
+
Icc
-
Vco
-
6 Influence de l’éclairement et de la température
Exemples de courbes caractéristiques courant-tension d'un module photovoltaïque :
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7 Caractéristiques électriques d’un module (ou panneau) photovoltaïque
Pour obtenir une tension plus importante il faudra connecter plusieurs cellules en série.
Le profil de la caractéristique courant-tension
d’un module photovoltaïque est le même que
celui d’une cellule photovoltaïque. Les cellules
étant connectées en série, les tensions de
chacune des cellules s’ajoutent. Ainsi, la
caractéristique courant-tension d’un module
photovoltaïque voit la valeur de la tension
augmentée.
Exemple : avec 40 cellules délivrant chacune 0.5V au PPM, on peut réaliser un module qui délivrera une tension de 20V.
Avec cette structure, si une des cellules est dans l’ombre, elle
devient résistante (elle s'oppose au passage du courant) : le
module fourni moins d'énergie, mais surtout, la cellule chauffe
(effet Joule) et se détériore rapidement !
Pour remédier à ce problème des diodes Bypass
permettent d’isoler une série de cellule.
 le courant produit pas les autres cellules ne
passe plus dans la cellule occultées (à l'ombre),
mais par la diode.
Dans une rangée de cellules en série, protégées par une diode ByPass, si une cellule seulement est complètement
occultée, la rangée entière ne produit pas de courant.
Conclusion : il vaut mieux occulter toute une rangée de cellules en série qu'une rangée de cellules en
parallèle.
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