Caractéristiques électriques des cellules et des panneaux

7. Caractéristiques électriques des cellules
et des panneaux photovoltaïques
Francis Domain, Hervé Boileau, Savoie Mont-Blanc, France
Attendus de l’enseignement
À l’issue de ce chapitre, le lecteur sera en mesure de :
- Comprendre les caractéristiques électriques d’une cellule et d’un panneau PV
- Appliquer les équations pour calculer les principaux paramètres comme la tension, le
courant et la puissance d’une cellule ou d’un panneau
- Comprendre le concept de puissance de crête et la calculer
- Comprendre le concept de fill factor, principal marque de qualité d’une cellule
Sommaire
7.1 Caractéristiques électriques d’une cellule photovoltaïque
7.2 Caractéristiques électriques d’un module photovoltaïque
7.3 Influence de la température sur les caractéristiques électriques
7.4 Dégradation dans le temps des modules PV Silicium cristalin
7.5 Comparaison de production entre les différentes technologies
7 .6 Avantages et inconvénients du solaire photovoltaïque
7.7 Bibliographie

7.1 Caractéristiques électriques d’une cellule photovoltaïque
Une cellule PV est en fait un composant électronique bien connu que l’on appelle ‘’ DIODE’’,
composant qui laisse passer le courant électrique dans un sens (avec une chute de tension de l’ordre
de 0,6 volt) et qui bloque son passage dans l’autre sens.
Dans le cas de la cellule PV, on s’arrange pour que la surface de la jonction soit la plus grand possible
pour collecter le maximum d’énergie solaire.
Le schéma électrique simplifié de la cellule PV est le suivant :
Fig.1 : schéma électrique d’une cellule PV
On reconnait le symbole de la diode (traversé par le courant Id), en parallèle se trouve le générateur
de courant ICC qui correspond au flux d’électrons généré par le flux de photons de la lumière (solaire
ou autre) au sein de la jonction de la diode. En parallèle à la diode, se trouve la résistance Rsh
(Résistance shunt) qui correspond aux pertes directes à travers la jonction et en série vers
l’utilisation Vp et Ip , se trouve la résistance Rs (Résistance série) correspondant entre autre aux
pertes joules dans les conducteurs.
Aux deux bornes de la photopile PV, l’énergie électrique se récupère sous forme d’une tension Vp et
d’un courant Ip.
L’équation entre Ip et Vp est la suivante :     
Ou : ICC = courant généré variable suivant l’irradiance lumineuse
T = température en K
K = 1,38 10
-23
J/K (constante de Boltzmann)
q = 1,6 10
-19
C (charge de l’électron)
Is = quelques nA (caractéristique propre à charge diode)

Le tracé de l’équation Ip = f(Vp) est de la forme suivante :
Fig.2 : équation Ip = f(Vp)
Sur cette courbe, on peut reconnaître la courbe de la diode (vers le bas du fait du signe – dans
l’équation) et décalé vers le haut de la valeur ICC du courant généré par l’irradiance lumineuse.
Points caractéristiques sur cette courbe pour une cellule en silicium cristallin :
Tension à vide (Ip = 0 A) Voc = 0,6 V (puissance P = 0W)
Courant de court-circuit (Vp=0V) = ICC (variable suivant l’irradiance, puissance P=0W)
Tension en charge Vpm = 0,5 V au point de fonctionnement ou la puissance est maximum
Courant Ipm (variable suivant l’irradiance) au point de fonctionnement ou la puissance est maximum
Puissance maximum Pmax = Ipm . Vpm
Noter que, en faisant varier Vpm de de 0 à Voc ( ou Ip de 0 à ICC) , la puissance part de 0W pour
monter à un maximum Pmax puis redescendre à 0W
Le rendement de conversion de l’énergie lumineuse en énergie électrique d’une cellule
photovoltaïque de surface S, de puissance Pmax sous une irradiance lumineuse Irrad est le suivant :
!""   #$%&' ($
)
**%+' $,
On défini aussi un facteur de forme (ou fill factor), noté FF, représentant la qualité d’une cellule
photovoltaïque :
--   ./$ /$
.0! 
Les facteurs de forme typiques pour différentes technologies photovoltaïques sont les suivant :
Technologie silicium cristallin (m-Si) : ff = 0,83
Technologie silicium amorphe a-Si : ff = 0,7
Technologie Tellure de Cadmium (CdTe) : ff = 0,76
Technologie Cuivre Indium Sélénium (CIS) : ff = 0,78

Suivant les technologies de cellules photovoltaïques, le tracé de l’équation Ip = f(Vp) garde la même
forme mais les valeurs de tension à vide sont légèrement différentes et surtout, pour une même
surface, les courants de court-circuit sont différents pour la raison que les rendement sde conversion
sont différents pour chaque technologie.
(graphe source : INES RDI/CEA)
Fig. 3 : Tracé de la courbe Ip = f(Pv) pour différents types de cellules PV
Voici le rendement de conversion typique pour différentes technologies photovoltaïques :
Technologie silicium cristallin (m-Si) : de 15 à 17 %
Technologie silicium amorphe a-Si : 6 à 8 %
Technologie Tellure de Cadmium (CdTe) : 11 à 12 %
Technologie Cuivre Indium Sélénium (CIS) : 12 à 13 %
Technologie cellule organique (à l’état de la recherche) : 5 % (record à 11 %)
7.2 Caractéristiques électriques d’un module photovoltaïque
La tension de 0,5 V délivrée par une cellule photovoltaïque est beaucoup trop faible pour la
plupart des applications. Pour augmenter la tension, les modules photovoltaïques sont composés
de cellules photovoltaïques montées en série pour augmenter la tension.
Voici le symbole électrique d’un module photovoltaïque :
Historiquement, les premiers modules photovoltaïques comprenaient 36 cellules PV en série
(0,5 V . 36 = 18 V) .Ils étaient utilisés en sites isolés pour la charge des batteries plomb-acide de
12 volts, pour cela , ces modules sont dit de type 12V. La tension de 18 volts permet de charger

les batteries 12V jusqu’à la fin de charge (Typiquement 14,8 volts), même avec une faible
irradiation (ou la tension chute légèrement).
Actuellement, il n’y a plus cette contrainte de charge directe des batteries puisque la plupart des
installations photovoltaïques dans le monde sont connecté au réseau électrique, le nombre des
cellules en série peut être supérieur, en générale de 48, 54, 60, 72, 96 (standard à 60 cellules).
En résumé, les cellules Photovoltaïques sont montées en série pour créer des modules
photovoltaïques, puis les modules sont montés en série et en parallèle pour réaliser des champs
photovoltaïques.
Cellule PV Module PV Champ PV
Les courbe caractéristiques d’un module photovoltaïque (pour différentes irradiances ) de l’intensité
de sortie et de la puissance de sortie ( c'est-à-dire du produit Tension-Intensité) en fonction de la
tension de sortie sont représentées ci après pour un module photovoltaïque de type 12V :
Fig. 4 : courbe intensité –potentiel pour une cellule PV s 12 V.
Les caractéristiques électriques d’un modules PV sont données en 1 point de fonctionnement décrit
sous le terme de : conditions STC (pour Standards Tests Conditions) , qui sont :
- irradiation solaire de 1 000 W/m²