Modélisation D`une Cellule Photovoltaïque

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI-OUZOU
FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE ET D’INFORMATIQUE
DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE
Mémoire de MAGISTER EN ELECTROTECHNIQUE
OPTION : Machines Electriques
Présenté par :
HELALI KAMELIA
Ingénieur d’Etat en Electrotechnique
de l’UMMTO (Tizi-Ouzou)
Thème
Modélisation D’une Cellule Photovoltaïque :
Etude Comparative
Soutenu publiquement le 25 / 06 / 20012 devant le jury composé de :
M
r
Salah HADDAD Professeur UMMTO Président
M
r
Nacereddine BENAMROUCHE Professeur UMMTO Rapporteur
M
r
Mohand Amokrane HANDALA Maître de Conférences A UMMTO Examinateur
M
r
M’hemed RACHEK Maître de Conférences A UMMTO Examinateur
M
r
Mustapha BOUHERAOUA Maître de Conférences B UMMTO Examinateur

Remerciements
Tout d’abord je tiens à remercier Monsieur Nacer Eddine BENAMROUCHE
Professeur à l’université de Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou pour l’encadrement
qu’il m'a assuré et ses précieux et judicieux conseils qu’il n'a cessé de me prodiguer
tout au long de ce projet, sa confiance témoignée, sans oublier sa qualité humaine. Il
trouve ici ma gratitude et ma reconnaissance profonde.
Par ailleurs, je tiens à exprimer mes vifs remerciements au président du jury
Monsieur Salah HADDAD, Professeur à l’université de Mouloud Mammeri de Tizi-
Ouzou.
Je remercie sincèrement Monsieur Mohand Amokrane HANDALA Maître
de Conférences A à l’université de Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou, Monsieur
M’hemed RACHEK Maître de Conférences A à l’université de Mouloud Mammeri
de Tizi-Ouzou et Monsieur Mustapha BOUHERAOUA Maître de Conférences B à
l’université de Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou d’accepter de faire partie du Jury.
Mes remerciements vont également à Monsieur ZAOUIA Maître Assistant A à
l’université de Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou et Mademoiselle KACHENORA
Maître Assistante A à l’université de Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou pour leurs
conseils scientifiques et leur disponibilité sans limite.
Je tiens également à remercier tous ceux qui ont participé de près ou de loin
à la réalisation de ce travail.

Dédicaces
DédicacesDédicaces
Dédicaces
Je dédie ce modeste travail à :
Je dédie ce modeste travail à :Je dédie ce modeste travail à :
Je dédie ce modeste travail à :
Mes très chers parents, pour leur sacrifices, et qui n’ont jamais cessé de m’encourager que Dieu
me les garde.
Mes très chères sœurs : Chahrazad et son mari Marzak, hayate et Kahina.
Mes très chérs fréres : Nourddin, Hamza, Smaïl.
Ma grand-mère que dieu me le garde.
Tous mes amis (es) :
KAMELIA

Table des matières
INTRODUCTION GENERALE………………………………………………………............1
Chapitre I : Notions essentielles sur le gisement solaire
I-1 Introduction……………………………………………………………………….………..3
I-2 Gisement solaire……………………………………………………………………………3
I-2-1 Le spectre solaire……………………………………………………………………4
I-2-3 Gisement solaire au sol………………………………………………………….......5
I-2-4 Le rayonnement solaire………………………………………………………….......7
I-2-5 Dualité de la lumière…………………………………………………………….......8
I-3 Coordonnées terrestres……………………………………………………………………..9
I-3-1 Longitude……………………………………………………………………………9
I-3-2 La latitude………………………………………………………………………….10
I-3-2 L’altitude……………………………………………………………………….......10
I-4 Le mouvement de la terre et le mouvement du soleil et ses coordonnées…………….….11
I-4-1 Mouvement de rotation………………………………………………………….…11
I-4-2 Mouvement de translation………………………………………………………….11
I-4-3 La variation annuelle du rayonnement direct extraterrestre………………………..12
I-5 Les coordonnées du soleil………………………………………………………………...12
I-5 -1 Coordonnées équatoriales…………………………………………………………12
I-5 -1-1 Déclinaison solaire δ………………………………………………………....13
I-5 -1-2 Angle horaire du soleil H…………………………………………………….14
I-5 -2 Coordonnées horizontales…………………………………………………………15
I-5 -2 -1 La hauteur du soleil (h)……………………………………………………...15
I-5 -2 -2 Azimut du soleil (a).………………………………………………………...16
I-6 Différents types de rayonnement………………………………………………………….16
I-6-1 Rayonnement direct………………………………………………………………..16
I-6-2 Rayonnement diffus………………………………………………………………..19
I-6-3 L’albédo ou Réfléchi ………………………………………………………………20
I-6-4 Rayonnement global……………………………………………………………….20
I-7 Conclusion………………………………………………………………………………...21

Chapitre II : Energie solaire photovoltaïque
II-1 Introduction………………………………………………………………………………22
II-2 Conversion d’énergie : les différentes technologies solaires…………………………….22
II-2-1 Solaire à concentration thermodynamique………………………………………..23
II-2-2 Solaire thermique………………………………………………………………….23
II-2-3 Solaire Photovoltaïque…………………………………………………………….25
II-3 Les filières technologiques……………………………………………………………….25
II-3-1 Le silicium………………………………………………………………………...27
II-3-1-1 Le silicium mono-cristallin……………………………………………….….27
II-3-1-2 Le silicium multicristallin (Polycristallin)……………………………….......27
II-3-2 Les couches minces…………………………………………………………….28
II-3-3 Cellules organiques et plastiques………………………………………………29
II-4 Le photovoltaïque………………………………………………………………………..31
II-4-1 La cellule PV………………………………………………………………….......31
II-4-2 L’effet photovoltaïque………………………………………………………….…32
II-4-2-1 Comportement de La jonction PN utilisée comme capteur PV...……………32
II-4-2-2 Fonctionnement d’une cellule photovoltaïque………………………………32
II-5 Générateur photovoltaïque (GPV)……………………………………………………….34
II-5-1 Constitution d’un module photovoltaïque ….…………………………………….34
I-5-1-1 Mise en série………………………………………………………………….35
II-5-1-2 Mise en parallèle …………………………………………………………….36
II-6 Caractéristique électrique………………………………………………………………...38
II-6-1 Propriétés………………………………………………………………………….38
II-6-2 zones de fonctionnement du module photovoltaïque……………………………..39
II-7 Paramètres photovoltaïques…………………………………………………………40
II-7-1 Courant de court-circuit (I
cc
)…………………………………………………...41
II-7-2 Tension de circuit ouvert (V
co
)………………………………………………...41
II-7-3 Facteur de forme, FF…………………………………………………………...42
II-7-4 Le rendement,η……………………………………………………...…………43
II-7-5 Le rendement quantique, EQE…………………………………………………43
II-8 Protection classique d’un GPV…………………………………………………………..44
II-9 Fonctionnement à puissance maximale…………………………………………………..45