III.7. Caractéristique courant - tension des
cellules photovoltaïques
L'utilisation d'un circuit électrique équivalent
c'est-à-dire l'association des composants électriques comme:
Source, résistance, diode, pour modéliser une cellule
photovoltaïque est fréquemment utilisé afin de
décrire sa comportement électrique. Dans l'obscurité, une
cellule solaire suit le comportement d'une diode classique. Les schémas
de la figure III.8 présentent les circuits électriques
équivalents d'une cellule solaire photovoltaïque idéale sous
éclairement [07].
Figure III.8 : Circuit électrique équivalent
d'une cellule solaire photovoltaïque idéale
sous
éclairement.
Si la tension appliquée est supérieure ou
inférieure à une tension seuil, la diode est respectivement
passante ou bloquante. Le courant de polarisation directe de la diode suit une
équation de type Schockley [10]:
1 ~ 1S
=
????
?? -
?eV?? ?expflKBT1 ??
(III.6)
Avec Is le courant de saturation, V--Vappliquee --VbI
où Vbi est barrière de potentiel interne et n le facteur
d'idéalité (0< n = 1 où 1 est le cas idéal).
Une source de courant a été mise en
parallèle à la jonction (diode). Cette source de courant
génère le photo- courant Iph sous illumination. Rc est la
résistance de charge du circuit extérieur. On modélise
sous éclairement le courant I du circuit extérieur comme
étant la somme de Id et de Iph :
?
S1ph
??-
eV
1 1-
? ?
= exp1
?? ?
??fl KBT? ?
(III.7)
Le courant de saturation suit la théorie d'émission
thermoïonique et s'écrit:
?
1AT ~~
E
*.2.exp? Ä
??
S.
=-KBT
? ?
(III.8)
T: la température,
A*: constante d'Anderson, KB : constante de Boltzmann,
ÄEac : énergie d'activation.
Pour passer aux cas des diodes réelles, il faut
modifier le circuit électrique, en prenant en compte les pertes dues aux
résistances série et shunt (Rs et Rsh) de la cellule comme il est
présenté sur la figure III.9 [08].
Figure III.9: Circuit électrique équivalent d'une
cellule solaire photovoltaïque réelle sous
éclairement
La loi des noeuds donne [07-08-10-13-14]:
? + R?V ?
?1ex~
S- += ? e
? II? ?
Ph ~
? R? ? ? nKBT
() ?
? ?
VIxR -?-1
S? ?
Ix
ShSh
R
(III.9)
D'autre façon l'équation précédente
peut s'écrire comme suit:
R? ? ?
Sh
I = ?I ? exp ?
S
RR
+ ? ? ?
S Sh
e () ?
??VIxR
- ?
S
VIxRI
-SPh
?-1?-+
??RSh ?
nKBT
(III.10)
On note que:
· La résistance série `Rs'
dépend de la résistivité du matériau, de celle des
électrodes et du contact Semi-conducteurs/ métal. On peut la
déterminer géomitriquement par l'inverse de la pente de la
caractéristique courant -tension pour une tension supérieure
à
la tension de circuit ouvert (Voc), comme il est monté sur
la figure III.10.
· La résistance shunt `Rsh' correspond
à la présence de courant de fuite dans la diode. Une mesure de la
résistance de shunt est la mesure de l'inverse de la pente de la
caractéristique courant -tension au point de court-circuit voire la
figure III.10.
Figure III.10: Définition des résistances
série et shunt.
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