Transparents de cette semaine - Université catholique de Louvain

2014 - Université catholique de Louvain
Modélisation des cellules et modules
photovoltaïques

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Un modèle complet de module photovoltaïque comporte trois parties
couplées
•un modèle lumineux
•un modèle électrique
•un modèle thermique

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Modèle lumineux
)1)icos(/1(b1F 0IAM 
Pour avoir un effet, la lumière doit atteindre la jonction semiconductrice et y être absorbée.
Le courant généré dépend de l’angle d’incidence car celui-ci a une influence sur le taux de
réflexion, d’absorption dans le vitrage… et dans la jonction elle-même.
Par rapport à l’efficacité de la lumière en incidence normale, on tient compte de l’angle
d’incidence par une facteur qui multiplie l’éclairement incident, le FIAM (Incidence Angle
Modifier). On attribue souvent à ce facteur la forme
où b0est une constante qui dépend du module considéré.
Il est en effet facile dans ce cas de calculer l’effet du FIAM sur le rayonnement
directionnel (direct + diffus circumsolaire). En effet, si i est l’angle d’incidence de celui-
ci, on aura un éclairement efficace
2
0
100
isirparticulieenet.....iisis
iisi]b)icos()b[()s()icos()s(Fs
limeff
limdndnIAMeff
L’effet du FIAM sur le rayonnement diffus est plus difficile à calculer car il faut faire une
moyenne sur l’ensemble des directions d’incidence.

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Modèle lumineux (suite)
Pour autant que le spectre lumineux soit constant, on peut considérer que le courant
photogénéré ILest proportionnel à l’éclairement du module G. On écrira donc
2
ref
ref
refL
Lm/W1000GsouventavecG
G
I
I
Note : ceci n’est pas conforme à la thermodynamique. Il y a théoriquement un
effet de saturation dû à la réémission stimulée. Sans doute est-il négligeable
dans les conditions usuelles car à ma connaissance un seul auteur en parle !

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Modèle lumineux (suite)
Le spectre de la lumière a beaucoup d’importance. En effet, l’absorption se fait
sous forme de photons, et l’énergie d’un photon vaut
w = h noù h = 6.626069 10-34 Js et où nest la fréquence
Pour pouvoir être absorbés et produire des porteurs de charges (une paire
« électron -trou »), le photon doit avoir une énergie supérieure à la largeur de la
« bande interdite » du semiconducteur. Si cette largeur est donnée en volts,
l’énergie minimum vaut
wg= e Egoù e est le quantum de charge e = 1.6021765 10-19 C
Egne dépend que de la nature du semiconducteur utilisé. On a par exemple, à la
température ambiante,
Si cristallin : 1.12 V
Si amorphe : 1.7 V
On a donc pour chaque semiconducteur une longueur d’onde maximum
s/m299792458cavec
Ee hc
g
coupure 