Modélisation d’une cellule PV

Une cellule photovoltaïque idéale est présentée comme un générateur de courant électrique dont le comportement est équivalent à une source de courant shuntée par une diode.Dans ce modèle à « une seule diode », la résistance série (Rs) est la résistance interne de la cellule qui est due à la contribution des résistances de base et du front de la jonction et des contacts en face avant et arrière. La résistance shunt (RSh) est due à un courant de fuite au niveau de la jonction ; elle dépend de la façon dont celle-ci a été réalisée.

La caractéristique courant-tension I-V d’une cellule photovoltaïque réelle est dérivée de l’équation suivante : 𝐼𝑝𝑣 = 𝐼𝑝ℎ − 𝐼𝐷 − 𝐼𝑅𝑠ℎ

Module photovoltaïque

Une cellule photovoltaïque simple produit une tension de sortie de moins de 1V, environ 0.6V pour des cellules cristalline-silicone (SI). Pour atteindre la tension de sortie désirée, les cellules PV sont connectées en série formant ce qu’on appelle le module photovoltaïque. La plupart des modules photovoltaïques disponibles dans le commerce utilisant des cellules cristallin-SI ont 36 ou 72 cellules connectées en série dans un seul module. Par exemple, un module photovoltaïque de 36 cellules fournit une tension appropriée pour charger une batterie de 12V qui est pareil à un module de 72 cellules utilisé pour charger une batterie de 24V ou bien connecté au réseaux par l’intermédiaire des convertisseurs à courant continue avec des tensions spécifique .

Il est important dans la conception des systèmes photovoltaïque de décider combien de modules doivent être connectées en série et combien en parallèle (pour augmenter le courant) pour fournir l’énergie nécessaire.

Caractérisation et Modélisation d’un générateur photovoltaïque (GPV)

Caractéristiques électriques
La prédiction du comportement électrique d’un GPV est primordiale, car elle est à la base de la prédiction de l’énergie qui sera délivrée. Ceci est une étape cruciale de la conception de n’importe quel système PV. Les données disponibles généralement pour faire cette prédiction sont les informations données par le fabricant du module ou panneau PV, l’emplacement géographique et le climat local.

Les caractéristiques électriques d’un module donné par le fabricant correspondent aux conditions de test standard (STC : Standard Test Conditions, ensoleillement 1000 W/m2, température 25°C). Ces caractéristiques électriques se résument généralement par le courant de court-circuit Isc, la tension du circuit ouvert Voc et la puissance maximale Pmax. Une autre donnée, tout aussi importante, est la température de fonctionnement nominale de la cellule (NOCT : Nominal Operating Cell Température), qui est définie comme étant la température atteinte par les cellules lorsque le panneau est soumis à une irradiance de 1000W/m² et une température ambiante de 25 °C.

Rendement d’un générateur photovoltaïque
Nous avons vu que l’intensité du rayonnement solaire reçu à la surface de la terre est une valeur dépendante de plusieurs facteurs en particulier de la latitude, de la saison et des conditions météorologiques. La puissance fournie par un GPV dépend aussi de ces paramètres. Les performances d’un GPV dans la réalité sont inférieures à celles indiquées dans la condition standard de test STC.

À titre d’exemple, le rendement d’un module composé de cellules au silicium monocristallin d’un rendement de 10% vaut approximativement 9.23%. La différence est de l’ordre de 0.77% est attribuée aux connexions, encapsulation et à la diode de blocage. En général, le rendement global, défini comme le rapport de l’énergie électrique produite et de l’énergie lumineuse incidente, varie en pratique de 10 à 17% selon le type de cellules.

Notons également que d’autres paramètres peuvent intervenir sur le rendement des modules. Parmi ceux-ci, on peut citer :
– L’inclinaison du panneau : en fonction de divers angles d’inclinaison compris entre l’horizontale (0°) et la verticale (90°), le rendement de puissance est maximum lorsque le panneau est tourné vers le ciel, les rayons du soleil frappent perpendiculairement le panneau.
– Influence de l’ombre : toutes les cellules sont en série, il suffit qu’une seule cellule sur 36 (3% de la surface) soit placée dans l’ombre pour que la baisse de puissance soit considérable.

Caractéristique I(V)
Comme pour une cellule PV, la caractéristique I(V) d’un GPV est non linéaire . Le module photovoltaïque produit une puissance à un point appelé point de fonctionnement qui appartient à la courbe caractéristique. Les coordonnées de ce point sont la tension et le courant de fonctionnement. De même que pour la cellule, le MPP correspond au point de fonctionnement pour lequel le GPV opère avec un maximum de rendement et de puissance.