CI 9 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. Page 1 / 4 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 : Coefficient de performance d’une cellule : 1 𝑃𝑐 𝜂= 𝐸 .𝑆 𝑃𝑅 = E : Eclairement (W/m²) S : Surface de la cellule (m2) Pc : Puissance crête (ou Puissance maximum : voir §5) 𝑟é𝑒𝑙 𝑡ℎé𝑜𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 C'est la puissance annoncée par le constructeur. Page 2 / 4 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 : Page 3 / 4 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. Page 4 / 4