GENERALITES SUR LE FONCTIONNEMENT PHOTOVOLTAIQUE

GENERALITES SUR LE FONCTIONNEMENT PHOTOVOLTAIQUE

Durant les dernières décennies, la consommation mondiale d’énergie a considérablement augmenté, en raison de l’augmentation de la population mondiale d’une part et de l’explosion du développement industriel des pays industrialisés d’autre part. Actuellement la production de l’énergie est basée sur les énergies non renouvelables à savoir le pétrole, le gaz naturel, le charbon et l’uranium. En plus des deux sérieux problèmes posés par ces énergies, sur le plan écologique et sur le plan politique, ces ressources sont épuisables. Et suite à l’augmentation du taux de consommation mondiale de l’énergie, l’homme sera condamné à trouver d’autres sources pour satisfaire les besoins énergétiques des futures générations. Les énergies dites renouvelables sont la meilleure solution pour dépasser ces problèmes.

Le rayonnement solaire 

Le soleil

Le Soleil est une étoile située à 149 597 870 km (soit 1210 rayons terrestres) de la Terre. Comme la plupart des étoiles, le soleil est entièrement composé de gaz: ces gaz sont en grande majorité l’hydrogène et l’hélium. C’est une sphère de gaz chaud dont la température interne atteindra plus de 20 millions de degrés Kelvin en raison de réactions de fusion nucléaire au cœur du soleil qui convertissent l’hydrogène en hélium. Sa lumière, à une vitesse de 300000km/s, met environ 8 minutes pour parvenir à la terre située à une distance de 1,5.1011m. 

Caractéristique du rayonnement solaire

Absorption dans l’atmosphère Comme le rayonnement solaire passe à travers l’atmosphère, des gaz, et des poussières, gaz spécifiques, notamment l’ozone (O3), le dioxyde de carbone (CO2) et la vapeur d’eau (H2O), ont une très grande absorption qui donne une fosse profonde de la courbe spectrale de rayonnement. Par exemple, une grande partie de la lumière infrarouge lointaine au-dessus de 2μm est absorbée par la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone. De même, la lumière ultraviolette inférieure à 0,3μm est absorbée par l’ozone. Le principal facteur de réduction de la puissance du rayonnement solaire est l’absorption et la diffusion de la lumière due à des molécules d’air et la poussière. Ce processus d’absorption ne produit pas des creux profonds dans l’éclairement énergétique spectral, mais provoque plutôt une fonction de réduction de la puissance sur la longueur du trajet à travers l’atmosphère. Lorsque le soleil est à son zénith, l’absorption due à ces éléments atmosphériques provoque une diminution relativement uniforme à travers le spectre visible, de sorte que la lumière incidente est blanche. Cependant,  pour des longueurs de trajet plus longues, la lumière de haute énergie (longueur d’onde inférieure) est plus efficacement absorbée et dispersée.

Masse d’Air

La masse d’air est la longueur du trajet de la lumière à travers l’atmosphère normalisée par rapport à la longueur du trajet le plus court possible. La masse d’air est définie comme suit: AM= (I-1) Où θ est l’angle de la verticale Lorsque le soleil est au zénith, la masse d’air est de 1. A la surface de la Terre, le spectre solaire n’est plus le même que dans l’espace, car il est pondéré par l’absorption des molécules présentes dans l’atmosphère (O3, CO2, H2O, …). Les conditions climatiques ainsi que la présence de particules influencent également la valeur réelle du spectre. Pour pouvoir comparer les performances des cellules solaires et qualifier les différents spectres solaires utilisés, la notion d’air-masse (AM), ou « masse atmosphérique» a été créée. Sa valeur dépend de la pression, de l’altitude et de l’angle d’incidence des rayons lumineux. [

Le spectre solaire

L’énergie du soleil est produite par réactions de fusion thermonucléaire. Cette énergie est émise dans l’espace sous forme d’ondes électromagnétique. Le spectre de ce rayonnement correspond à l’émission d’un corps noir porté à 5800°K, dont le maximum est dans le domaine du visible. L’énergie qui nous vient du soleil représente la quasi-totalité de l’énergie disponible sur terre. Une courbe standard, compilée selon les données recueillies par les satellites, est désignée sous le nom d’AM0. Sa distribution en énergie est répartie à la figure (I-1) [4] : Ultraviolet UV 200 < l < 400 nm 6.4% Visible 400 < l < 800 nm 48.0% Infrarouge IR 800 < l < 1400 nm 45.6% L’énergie de chaque photon est reliée à la fréquence ou à la longueur d’onde λ selon l’équation suivante : Eph=hγ= (I-2) h: constante de Planck c : vitesse de la lumière γ : fréquence λ : longueur d’onde