B. Paramètres des cellules
photovoltaïques
Une cellule finie est mesurée à l'aide d'un
appareil simulant la distribution des photons en fonction de leur
énergie (spectre solaire).
Les cellules mesurées sont classées suivant leur
courant de court circuit Icc et leur rendement. Les cellules
de même classe seront assemblées en série ou en
parallèle, entre elles pour former le module photovoltaïque.
Les paramètres caractérisant le module sont
pareils à ceux de la cellule, seulement que le simulateur utilisé
diffère par le fait que son rayonnement est uniforme sur une large
surface.
Les paramètres caractérisant la cellule sont :
1. Puissance crête (P.c.)
C'est la puissance exprimée en Watt- Crête (WC)
et est définie comme la puissance électrique maximum que peut
fournir un module dans les conditions standards à 25°C sous un
éclairement de 1000 W/m2 (en plein soleil).
2. Caractéristique courant-
tension(1)
L a jonction servant de base à la photopile(cellule),
est une diode. Lorsqu'elle est illuminée, apparait dans cette diode un
photo courant dépendant de la quantité de la lumière
incidente. D'où le terme photodiode.
On représente à la figure I.6, la
caractéristique courant- tension de cette photodiode :dans
l'obscurité en pointillés et sous illumination en trait plein.
Tension
UCO
Courant
Dans l'obscurité
Sous lumière
ICC
Figure I.6. - Caractéristique courant- tension d'une diode
au silicium dans l'obscurité et sous lumière.
Sous illumination, la courbe est simplement
décalée par rapport à la première d'une valeur
ICC, traduisant la génération constante du courant par
la lumière. Cette valeur est appelée courant de court circuit,
puisque c'est le courant que génère la photodiode sous
illumination à tension nulle. La valeur uCO, est la tension
de circuit de circuit ouvert, tension de la photodiode sous illumination
à courant nul.
Pour déterminer la courbe caractéristique d'une
cellule solaire, on part de la caractéristique connue d'une diode au
silicium dans l'obscurité qui s'écrit :
I= IS( eU/Ut-1) (I.2)
|
Avec :
|
U = tension imposée à la diode
Ut =kT/q = 26 mV à 300 °K
k = 1,38 x 10-23 constante de Boltzmann q = 1,602 x 10 -19 charge
de l'électron
T= température absolue en kelvin IS= courant de saturation
de la diode
|
Sous illumination, avec un changement de signe purement
conventionnel pour le courant, cette relation devient :
I=Ip - IS( eU/Ut-1) (I.3)
Avec Ip = photo courant
Grace à cette équation, on peut quantifier les
paramètres suivants :
Le courant de court circuit ICC, valeur du courant
lorsque la tension U= 0, il vaut : ICC= Ip (I.4)
et la tension de
circuit ouvert UCO, lorsque le courant est nul.
UCO= (kT/q)[ln(IP/IS)] pour ICC >>>> IS (I.5)
On voit bien que cette tension augmente avec le logarithme de
IP, donc avec le logarithme de l'illumination. En revanche elle décroit
avec la température malgré le terme kT/q. en effet, le courant de
saturation IS, dépend de la surface de la diode (donc de la cellule) et
des caractéristiques de la jonction : il varie exponentiellement avec la
température et cette dépendance en température compense
largement le terme kT/q. donc la tension de circuit ouvert UCO
baisse
avec la température, ce qui est important dans le
dimensionnement des systèmes photovoltaïques.
Il faut donc noter que :
1' Le courant d'une cellule solaire est proportionnel à
l'éclairement et à la surface de la cellule. Il augmente avec la
température.
1' La tension de circuit ouvert d'une cellule solaire varie de
manière logarithmique avec l'éclairement et baisse avec la
température.
3. Puissance(point de fonctionnement) et
Rendement
La partie intéressante de la caractéristique
courant- tension, pour un utilisateur est celle qui génère
l'énergie. Donc ce ne sera ni au point de tension de circuit ouvert
(UCO) ni à celui du courant de court circuit
(ICC) qui ne génère aucune énergie car la
puissance est le produit du courant par la tension.
Um
U2
Point de Puissance maximale
Pm :
Courbes de puissance croissante
Courbe caractéristique de la cellule
UCO Tension
Courant
ICC
Im
P2
Figure I.7.- Puissance maximale sur une caractéristique
courant- tension
Au point Pm situé au coude de la
caractéristique, la puissance de la cellule est
maximale pour un
éclairement considéré. Ce point dit de puissance maximale,
est
associé à une tension dite tension maximale
Um et à un courant dit courant maximal Im.
En se référant à la figure, on voit bien
que plus la courbe est carrée, plus la puissance maximale est
élevée. On mesure donc cette propriété par le
facteur de forme défini comme suit :
Pm
FF= Uco Icc (I.6)
Le Rendement énergétique (?) est défini
quant à lui, comme le rapport de la puissance maximale produite(Pm) et
de la puissance du rayonnement solaire qui arrive sur le module.
Soient S, la surface du module et E, l'éclairement en
W/m2, le rendement énergétique s'écrit :
?= PmES (I.7)
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