Chapitre 5: Capteurs solaires photovoltaïques
2 .Cellule photovoltaïque
2.4 . Caractéristiques électriques d'une cellule photovoltaïque
2.4.1. Schéma électrique équivalent d’une cellule photovoltaïque
Le schéma électrique équivalent d'une cellule photovoltaïque peut être décrit par le modèle à une exponentielle
Figure 4: Schéma équivalent d'une cellule photovoltaïque
-Pour la cellule idéale:
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où
I(V) : courant disponible
V : tension aux bornes de la jonction
Iph(ø) : courant produit par la photopile, ce courant est proportionnel au flux lumineux (ø).
(3)
VT=kT/q; VT=26 mV à T=300 K pour le silicium.
: facteur technologique dépendant du type de diode et de la manière dont elle est fabriquée ; 1<a<2 pour les diodes
Is : courant de saturation inverse de la diode
-Une photopile comporte en réalité une résistance série (Rs) et une résistance en dérivation ou shunt (Rsh).
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Ces résistances auront une certaine influence sur la caractéristique I=f(V) de la photopile :
- la résistance série (Rs) est la résistance interne de la cellule ; elle dépend principalement de la résistance du semi-conducteur utilisé, de la résistance de contact des grilles collectrices et de la résistivité de ces grilles ;
• 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.
Figure 5: Influence des résistances série et shunt sur la caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque
2.4.2. La caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque
Figure 6: Caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque
La courbe caractéristique d'une cellule PV représente la variation du courant qu'elle produit en fonction de la tension aux bornes de la cellule. Cette courbe est établie dans des conditions ambiantes de fonctionnement données. En effet, le fonctionnement des cellules photovoltaïques dépend des conditions d’ensoleillement et de température à la surface de la cellule. Ainsi, chaque courbe courant-tension correspond à des conditions spécifiques de fonctionnement. Si par exemple la température de la surface évolue, la courbe n’est plus la même.
2.4.3. Grandeurs caractéristiques
a. Tension de circuit ouvert VCO (pour ICO = 0)
On l’obtient en branchant directement un voltmètre aux bornes de la cellule.
b. Courant de court-circuit ICC (pour VCC = 0) : tension nulle correspondant au courant maximum
.On obtient sa valeur en branchant un ampèremètre aux bornes de la cellule.
c. La puissance maximale d’une cellule
Une cellule PV possède un point pour lequel sa puissance débitée est maximum. Ce point est tangent à une courbe d’isopuissance. On la nomme Pmax.
d. Facteur de forme
On appelle facteur de forme f le rapport entre la puissance maximum fournie par la cellule Pmax , dans des conditions d'éclairement, de température et de vitesse de circulation de l’air ambiant donnés, et le produit du courant de court-circuit ICC par la tension de circuit ouvert VCO (c’est à dire la puissance maximale d’une cellule idéale) :
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e. La puissance crête d’une cellule PV
Dans le cas d’utilisation de photopiles avec le rayonnement solaire, la puissance crête d'une photopile, notée Wc (Watt crête) ou Wp (Watt peak), représente la puissance électrique maximum délivrée dans les conditions suivantes dites conditions standard :
- éclairement solaire de 1 kW / m2
- température de la cellule PV égale à + 25 °C.
- répartition spectrale du rayonnement dit AM.1,5
f. Influence de la température
L’influence de la température est non négligeable sur une cellule photovoltaïque. Pour le silicium, lorsque la température augmente, le courant augmente d’environ 0,025 mA/cm2/°C alors que la tension décroît de 2,2 mV/°C/cellule. Cela se traduit par une
baisse de puissance d’environ 0,4%/°C. Cette influence devra être prise en
compte lors du dimensionnement du générateur photovoltaïque.