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Université des Sciences et de la Technologie d’Oran – MB
Faculté de Génie Electrique
Département d’Electrotechnique
L’intitulé de module : Systèmes Photovoltaïques
M. Touhami TERNFI
2023/2024

Plan du cours
• Généralités sur les systèmes photovoltaïques
• L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
• Le stockage d’électricité photovoltaïque
• Le pompage photovoltaïque
• Réglementations et normes

Généralités sur les systèmes photovoltaïques
• Un peu de vocabulaires ! (définitions)
• La découverte du photovoltaïque : histoire et rappels
• Le potentiel énergétique solaire
• Le principe de la conversion : le gisement solaire, les semi-
conducteurs et l’effet photovoltaïque
• Les composants d’un système photovoltaïque
• Les différents types de système photovoltaïque
• Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes
photovoltaïques
• Présentation de la notion de l’autoconsommation

Un peu de vocabulaire ! (Définitions)
Cellule photovoltaïque (photovoltaic cell):
dispositif photovoltaïque le plus élémentaire.
Effet photovoltaïque (photovoltaic effect) :
création d’une tension continue par absorption de l’énergie
lumineuse.

Matériau semi-conducteur : substance dont la
conductivité due aux porteurs de charges des deux signes
est normalement comprise entre celle des conducteurs et
celle des isolants, et dont les nombres volumiques des
porteurs de charge peuvent être modifiés par des
excitations extérieures.
NOTE - Le terme « semi-conducteur » s'applique
généralement au cas où les porteurs de charge sont des
électrons ou des trous.

Module photovoltaïque (photovoltaic module) :
assemblage de cellules photovoltaïques interconnectées
complètement protégé de l’environnement.
Branche (chaîne) photovoltaïque photovoltaic string :
circuit constitué par des modules photovoltaïques
connectés en série.

Champ photovoltaïque photovoltaic array field :
groupement de plusieurs champs de modules
photovoltaïques
Système photovoltaïque (photovoltaic system) : système
électrique incluant génération, transformation,
distribution, (voire stockage) d’énergie électrique obtenue
par conversion photovoltaïque de l’énergie solaire

Centrale photovoltaïque photovoltaic plant /power plant :
unité de production d’électricité photovoltaïque mettant en
œuvre les constituants d’un système photovoltaïque :
générateurs, convertisseurs, circuits, interfaces, surveillance
de fonctionnement….
Générateur photovoltaïque (photovoltaic generator) :
générateur d’énergie électrique qui utilise la conversion
photovoltaïque de l’énergie solaire

MPPT : abréviation de maximum power point tracking
Mode de pilotage d’un dispositif photovoltaïque pour qu’il
fonctionne au plus près de son point de fonctionnement à
puissance maximale.
Caractéristique courant-tension (Current-voltage
characteristic) : courant de sortie d’un dispositif
photovoltaïque établi en fonction de sa tension de sortie,
pour des conditions d’éclairement et de température
données

Watt crête watt (Watt peak) : unité de puissance utilisée
par certains professionnels pour désigner la puissance
maximale d’un dispositif photovoltaïque mesurée dans les
conditions normales d’essai (STC)
Azimut (angle) azimuth angle : angle formé par la
projection d’une ligne droite allant de la position apparente
du soleil au point d’observation avec une ligne horizontale
normale à l’équateur, angle entre la méridienne du lieu et
le plan vertical passant par le soleil, compté négativement
vers l’est.

SOC : standard operating conditions abréviation de
standard operating conditions : conditions normales de
fonctionnement.
STC : standard test conditions abréviation de standard test
conditions : conditions normales d’essai

Conditions normales de fonctionnement (SOC) -
standard operating conditions (SOC) : valeurs de
l’éclairement dans le plan du dispositif photovoltaïque (800
W×m-2), de la température de jonction (conditions
nominales de température de la cellule en fonctionnement,
de l’indice de masse atmosphérique (AM = 1,5)
conditions normales d’essai (STC) standard test
conditions (STC) : valeurs de référence de l’éclairement
dans le plan du dispositif photovoltaïque (Gi,ref = 1 000
W×m-2), de la température de cellule (25 °C) et de l’indice
de masse atmosphérique (AM = 1,5) utilisées lors des
essais de ce dispositif photovoltaïque

Éclairement (irradiance) : puissance rayonnée incidente
sur une unité de surface. symbole : G ; unité : W×m-2
facteur de forme (fill factor) : rapport entre la puissance
maximale d’un dispositif photovoltaïque et le produit de la
tension en circuit ouvert par le courant de court circuit

Diode de dérivation (bypass) bypass diode : diode
connectée en parallèle avec un ou plusieurs modules
NOTE - Cette diode permet de shunter le courant du
module et éviter ainsi un suréchauffement et risque de feu,
résultat de la présence d’une tension de polarisation
inverse causée par d’autres modules du champ.
Jonction PN (PN junction) : jonction entre un semi-
conducteur de type P et un semi-conducteur de type N
NOTE - Ce type de jonction est largement utilisé dans les
cellules photovoltaïques en silicium cristallin.

La découverte du photovoltaïque
histoire et rappels
Quelques dates importantes dans l’histoire du photovoltaïque :
· 1839 : Le physicien français Edmond Becquerel découvre le processus de
l’utilisation de l’ensoleillement pour produire du courant électrique dans
un matériau solide. C’est l’effet photovoltaïque.
· 1875 : Werner Von Siemens expose devant l’Académie des Sciences de
Berlin un article sur l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs. Mais
jusqu’à la Seconde Guerre Mondiale, le phénomène reste encore une
curiosité de laboratoire.
. 1887 : L’effet photoélectrique a été compris et présenté en 1887 par
Heinrich Rudolf Hertz qui en publia les résultats dans la revue scientifique
Annalen der Physik.
. 1905 : Einstein expliqua le phénomène photoélectrique en 1905 et obtint
le prix Nobel de physique sur ses travaux en 1921.

histoire et rappels
· 1954 : Trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince, mettent
au point. Une cellule photovoltaïque à haut rendement au moment où
l’industrie spatiale naissante cherche des solutions nouvelles pour
alimenter ses satellites.
· 1958 : Une cellule avec un rendement de 9 % est mise au point. Les
premiers satellites alimentés par des cellules solaires sont envoyés dans
l’espace.
· 1973 : La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques
est construite à l’Université de Delaware.
· 1983 : La première voiture alimentée par énergie photovoltaïque
parcourt une distance de 4 000 km en Australie.
. 1995 : Des programmes de toits photovoltaïques raccordés au réseau
ont été lancés, au Japon et en Allemagne, et se généralisent depuis 2001.

histoire et rappels
. 2000 : Entrée en application le 1er avril 2000 et modifiée en 2004 et en
2009, l’EEG Renewable Energy Sources Act (EEG) est le résultat de la
transposition de la directive européenne relative à la promotion des
énergies renouvelables dans le secteur de l’électricité.
. 2005 : En décembre 2005 mise en réseau de la première centrale solaire
photovoltaïque du groupe PrimeEnergy à Weil am Rhein (Baden-
Württemberg)
. 2000-2012 : L’industrialisation du photovoltaïque

Le potentiel énergétique solaire
ALGER- Le potentiel photovoltaïque de l'Algérie est estimé à près de 2,6 millions
de térawatts/heure (TW/h) par an, soit 105 fois la consommation mondiale
d'électricité, a indiqué mardi à Alger le consultant et chercheur dans le secteur
des énergies renouvelables.
Intervenant lors de la conférence-débat "Le potentiel, les opportunités et les
défis de la mise en place des énergies renouvelables en Algérie" organisée par le
collectif de réflexion CARE, ce consultant a fait savoir que "logiquement", les
wilayas du sud sont celles pouvant contribuer le plus dans la production des
énergies renouvelables au vu de la surface disponible et du taux
d’ensoleillement.
Le consultant a également indiqué que l'Algérie bénéficie d'un potentiel
important d'énergie éolienne alors que cela n'est pas assez pris en considération.
Il a ainsi cité les wilayas d'Oran, Médéa et Alger dans le top 3 en terme de
potentiel éolien.
Dans le cadre de la mise en place du programme national de développement des
énergies renouvelables (PNDER), l'Algérie ambitionne l'installation de 22.000
MW, soit un investissement de 34 milliards de dollars
"Il y a 5 ans, le même projet aurait coûté 60 milliards de dollars", a fait savoir M.
Hammoudi se félicitant de l'actualisation du PNDER en 2015.
Cette actualisation a permis d'offrir la plus grande part de ce programme à
l'énergie photovoltaïque (61,7%) et à l'éolien (22,77%) et à différer
l'investissement dans certaines technologies plus onéreuses sur du plus long
terme, notamment concernant la technologie solaire thermique.
De plus, d’ici 2030, ce programme permettra d'atteindre 27% de renouvelable
dans le mix national énergétique, ce qui induirait pour le pays une économie
annuelle de 38 milliards de m3 de gaz naturel.
Actuellement, la part de consommation locale de gaz par rapport à la production
nationale ne cesse d’augmenter passant de 31% à 46% entre 1991 à 2017.
Par ailleurs, M. Hammoudi a salué la volonté d'adhésion de l'Algérie au marché
spot européen afin de fournir l'Europe en énergie, soulignant que l'Italie et la
Finlande sont les plus importants importateurs européens d'énergie électrique.
Il a également mis en lumière le potentiel du marché africain que l'Algérie pourra
intégrer par l'établissement d'une liaison avec la Mauritanie.
En Afrique, 640 millions de personnes n’ont pas accès de manière régulière à
l’électricité.
L'Europe et l'Afrique pourraient ainsi constituer des marchés porteurs pour le
renouvelable algérien, surtout si l'Algérie installe des capacités de stockage de
cette énergie pour la commercialiser à des moments où la demande extérieure
est plus forte au cours de l'année, a-t-il souligné.
En effet, les prix spot moyens du marché européen atteignent 120 euros/MWh,
en Italie le MWh se commercialise à 276 dollars et en Espagne à 228 dollars.
En Afrique, le prix moyen est de 140 dollars/MWh, tandis qu'en Algérie, celui-ci
coûte 42 dollars.
Concernant les moyens de stockage, des technologies existent permettant de
stocker les surplus de production et ainsi remédier à l'instabilité de la
disponibilité des ENR.
Pour ce faire, le chercheur a évoqué plusieurs moyens de stockage telles que des
batteries spécifique (stockage de l'énergie de quelques heures à quelques jours),
un autre stockage sous forme d’air comprimé ou bien à travers la transformation
de l'énergie en gaz (hydrogène puis méthane) dont le stockage peut durer entre
plusieurs mois à quelques années.
A noter qu'en 2017, la consommation électrique mondiale était de 24.800
TWh/an. L’Algérie consomme annuellement 78 TW/an.
Selon M. Hammoudi, les prévisions scientifiques affirment que d'ici 2025,
l'Algérie consommera entre 123 à 160 TWh/an.
De plus, l'électricité à travers le monde provient de sources non renouvelables
carbonées à hauteur de 73,5%. En Algérie, la production électrique provient
pour sa part à 97% du gaz naturel.

Généralités sur les systèmes photovoltaïques
• Un peu de vocabulaires ! (définitions)
• La découverte du photovoltaïque : histoire et rappels
• Le potentiel énergétique solaire
• Le principe de la conversion : le gisement solaire, les
semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
• Les composants d’un système photovoltaïque
• Les différents types de système photovoltaïque
• Les différents programmes nationaux intégrants les systèmes
photovoltaïques
• Présentation de la notion de l’autoconsommation

Le principe de la conversion : le gisement solaire,
les semi-conducteurs et l’effet photovoltaïque
Selon le dictionnaire Larousse le gisement est un nom masculin qui veut dire
Lieu où un matériel géologique donné s'est accumulé et que l'on peut exploiter
en totalité ou en partie : Un gisement d'or. Gisement pétrolier.
Dans le lexique des énergies-renouvelables le gisement est le lieu de
concentration naturel de matières minérales solides, liquides ou gazeuses.
On peut dire que le gisement solaire est le lieu de concentration du rayonnement
solaire incident à un milieu urbain.
Le gisement solaire est un ensemble de données décrivant l'évolution du
rayonnement solaire disponible au cours d'une période donnée. Son évolution
peut se faire à partir des données de l'irradiation solaire globale. Elle est utilisée
pour simuler le fonctionnement probable d'un système énergétique solaire et
donc faire le dimensionnement le plus exact possible compte tenu des
demandes à satisfaire”.

La position d'un lieu sur la terre est déterminée par sa latitude, une
coordonnée géographique représentée par une valeur angulaire correspond
à la distance angulaire, par rapport au Nord ou au Sud de l'équateur qui est le
plan de référence.

L’azimut solaire est l’angle que fait le
plan vertical du soleil avec le plan
méridien du lieu. Cet angle vaut 0° au
Sud et est conventionnellement positif
vers l'Ouest et négatif vers l'Est
La hauteur α du soleil est l‘angle que
fait la direction du soleil avec le plan
horizontal.
Elle se compte de 0° à 90° à partir de
l'horizon vers la voûte céleste.

Les matériaux semi-conducteurs sont des corps dont la résistivité
est intermédiaire entre celle des conducteurs et celle des isolants.

Les quatre électrons de valence du silicium
permettent de former quatre liaisons
covalentes avec un atome voisin.
Dans ce cas, tous les électrons sont utilisés et
aucun n’est disponible pour créer un courant
électrique.
Les semi-conducteurs intrinsèques :
Les électrons situés sur la couche la plus
éloignée du noyau, qui participent aux liaisons
covalentes peuvent, sous l’effet de l’agitation
thermique, devenir porteur de charge.
Le diagramme énergétique est constitué de
deux bandes (conduction et valence) séparé
par une bande interdite. Pour franchir cette
bande l’électron doit acquérir de l’énergie
(thermique, photon, …)
Mais le nombre d’électrons libres dans
un semi-conducteur intrinsèque
reste très faible. Ici le nombre de trou et
d’électron est égal.

Les semi-conducteurs extrinsèques :
Pour augmenter la conductivité des semi-conducteurs on y introduit
des impuretés. Ce procédé est appelé dopage.
Dopage de type N :
On remplace un atome de silicium par un atome
pentavalent. Quatre d’entre eux assurent les liaisons
avec les atomes voisins de silicium et le cinquième
resté disponible va être excité vers la bande de
conduction très facilement
par l’agitation thermique.
D’où le nombre d’électron
libre qui va fortement
augmenter : dans ce cas le
Nombre de trou est très
inférieur au nombre
d’électron libre.
On obtient ainsi un cristal dopé N (négatif).

Dopage de type P :
De la même façon on introduit des
atomes trivalents, ses trois électrons vont
assurer les liaisons covalentes avec trois
atomes voisins mais laisser un trou au
quatrième. Ce trou se déplace de proche
en proche dans le cristal pour créer un
courant.
Ici le nombre de trous est très supérieur au
nombre d’électrons libres du cristal
intrinsèque, on obtient donc un cristal
dopé P (positif), les impuretés utilisées
sont souvent du Bore.

La jonction PN :
Une jonction PN est l’accolement d’une
région dopé P et d’une région dopée N.
Lors de cet assemblage les porteurs de
charges libres s’attirent et se
recombinent dans la zone de jonction où
les porteurs libres disparaissent : c’est la
zone de transition.
Il ne reste donc plus que les ions dans
cette zone qui vont créent un champ
électrique interne au niveau de la
jonction et qui empêche les charges
libres restantes dans chaque zone de
traverser la jonction pour se recombiner.

La jonction PN est obtenue en dopant les deux faces d’une tranche de
silicium. Sous l’action d’un rayonnement solaire, les atomes de la jonction
libèrent des charges électriques de signes opposés qui s’accumulent de part
et d‘autre de la jonction pour former un générateur
électrique.

Les différents types de cellules PV
La filière silicium représente actuellement
99% du marché des modules photovoltaïques
comme le montre la Figure. Il est l’un des
éléments les plus abondants sur Terre,
parfaitement stable et non toxique.
On trouve plusieurs technologies pour le photovoltaïque
silicium détaillées ci-après; d’une part les cellules à base
de silicium massif (monocristallin, polycristallin, rubans)
dites de première génération, et qui constituent à l’heure
actuelle l’essentiel des modules photovoltaïques
commercialisés et d’autre part la technologie à base de
silicium en couche mince.

Silicium monocristallin
Les cellules en silicium monocristallin
représentent la première génération des
générateurs photovoltaïques.
Pour les fabriquer, on fond du silicium en forme
de barreau. Lors d’un refroidissement lent et
maîtrisé, le silicium se solidifie en ne formant
qu'un seul cristal de grande dimension. On
découpe ensuite le cristal en fines tranches qui
donneront les cellules. Ces cellules sont en
général d'un bleu uniforme. Durée de vie : 20 à
30 ans.
avantages :
bon rendement, de 12% à 18%
bon ratio Wc/m2 (environ 150 Wc/m2) ce qui
permet un gain de place si nécessaire
nombre de fabricants élevé
inconvénients :
coût élevé
rendement faible sous un faible éclairement.

Silicium polycristallin (multicristallin)
Pendant le refroidissement du silicium dans une
lingotière, il se forme plusieurs cristaux.
La cellule photovoltaïque est d'aspect bleuté,
mais pas uniforme, on distingue des motifs
créés par les différents cristaux.
· avantages :
cellule carrée (à coins arrondis dans le
cas du Si monocristallin) permettant un
meilleur foisonnement dans un module
moins cher qu’une cellule
monocristalline
· inconvénient :
moins bon rendement qu’un cellule
monocristalline : 11 à 15%
ratio Wc/m² moins bon que pour le
monocristallin (environ 100 Wc/m2)
rendement faible sous un faible
éclairement.

Silicium amorphe
Le silicium lors de sa transformation, produit un
gaz, qui est projeté sur une feuille de
verre. La cellule est gris très foncé. C'est la cellule
des calculatrices et des montres dites
"solaires".
· Avantages :
fonctionne avec un éclairement faible ou diffus
(même par temps couvert)
un peu moins chère que les autres technologies
intégration sur supports souples ou rigides.
· Inconvénients :
rendement faible en plein soleil, de 6% à 8%
nécessité de couvrir des surfaces plus
importantes que lors de l’utilisation de
silicium cristallin (ratio Wc/m² plus faible, environ
60 Wc/m2)
performances qui diminuent avec le temps
(environ 7%)..

Les composants d’un système photovoltaïque

Les différents types de système photovoltaïque

Les différents programmes nationaux intégrants
les systèmes photovoltaïques
L’Algérie amorce une dynamique d’énergie verte en lançant un programme
ambitieux de développement des énergies renouvelables (EnR) et d’efficacité
énergétique. Cette vision du gouvernement algérien s’appuie sur une stratégie axée
sur la mise en valeur des ressources inépuisables comme le solaire et leur
utilisation pour diversifier les sources d’énergie et préparer l’Algérie de demain.
Grâce à la combinaison des initiatives et des intelligences, l’Algérie s’engage dans
une nouvelle ère énergétique durable.
Le programme des énergies renouvelables actualisé consiste à installer une
puissance d’origine renouvelable de l’ordre de 22 000 MW à l’horizon 2030 pour le
marché national, avec le maintien de l’option de l’exportation comme objectif
stratégique, si les conditions du marché le permettent.
Le programme d’efficacité énergétique actualisé vise à réaliser des économies
d’énergies à l’horizon 2030 de l’ordre de 63 millions de TEP, pour l’ensemble des
secteurs (bâtiment et éclairage publique, transport, industrie) et ce, en introduisant
l’éclairage performant, l’isolation thermique et les chauffe-eau solaires, les
carburants propres (GPLc et GNc), et les équipements industriels performants.
Le programme de l’efficacité énergétique permettra de réduire les émissions de
CO2 de 193 millions de tonnes.
37 % de la capacité installée d’ici 2030 et 27 % de la production d’électricité
destinée à la consommation nationale, seront d’origine renouvelable
Les projets EnR de production de l’électricité dédiés au marché national seront
menés en deux étapes:
Première phase 2015 - 2020 : Cette phase verra la réalisation d’une puissance de
4010 MW, entre photovoltaïque et éolien, ainsi que 515 MW, entre biomasse,
cogénération et géothermie.
Deuxième phase 2021 - 2030 : Le développement de l’interconnexion électrique
entre le Nord et le Sahara (Adrar), permettra l’installation de grandes centrales
d’énergies renouvelables dans les régions d’In Salah, Adrar, Timimoune et Bechar et
leur intégration dans le système énergétique national. A cette échéance, le solaire
thermique pourrait être économiquement viable.
Consistance du programme de développement des énergies renouvelables
La consistance du programme en énergie renouvelables à réaliser pour le marché
national sur la période 2015-2030 est de 22 000 MW, répartie par filière comme
suit:

Projets et actions de la phase 2011-2014 du Programme national des énergies
renouvelables (2011-2014)
A.1 Centrale Hybride Solaire-Gaz
de 150 MW :
Localité : Hassi R’mel (Laghouat)
Capacité : 150 MW Technologie :
Système ISCC (Integrated solar
Combined Cycle), 120 MW cycle
combiné, 30 MW Solaire Thermique
(CSP parabolique) ; Système HTF
(Heat Transfert Fluide) 393°c ;
Système de poursuite du soleil
(Trackeur) ;
Mise en service : juillet 2011

A.2 Ferme Eolienne de 10MW de :
Localité : Kabertène (ADRAR)
Capacité : 10,2 MW
Technologie :
Gamesa 850 KW (12 x 850 KW)
Mise en service : juin 2014

A.3 Centrale Pilote Photovoltaïque
d’Oued N’Chou 1,1 MWc :
Localité : Oued N’chou (Ghardaïa) ;
Capacité : 1 131 816 Wc ;
Technologie : huit sous champs des
quatre technologies (Monocristallin,
polycristallin, amorphe et couche
mince CdTe) montées sur des
structures fixes et motorisées ;
Mise en service : juin 2014.

L’électrotechnique des systèmes photovoltaïques
Rappels sur les lois d’électricité

Générateurs et récepteurs
Il y a seulement deux possibilités :
les flèches sont dans le même sens, et on
dit qu’il s’agit de la convention
générateur ;
les flèches sont de sens opposés, et on dit
qu’il s’agit de la convention récepteur.
https://zestedesavoir.com/tutoriels/3491/les-conventions-generateur-et-recepteur-en-
electronique/

Conventions et lois des composants
Vous êtes probablement déjà familier avec les lois des composants usuels :

Absence de lien avec la loi des mailles et la loi des nœuds:
Disons-le clairement : il n’y a aucun lien entre les conventions générateur et récepteur
et les lois des mailles et des nœuds. Ces deux lois ne dépendent absolument pas des
conventions adoptées pour décrire les différents dipôles du circuit.
Les conventions ne prennent leur sens que dans la relation entre le courant et la
tension. Puisque les lois des mailles et des nœuds ne parlent respectivement que des
tensions ou que des courants, les conventions n’ont aucun rôle à y jouer.

La formule pour calculer la puissance pour un dipôle est toute simple ; il s’agit de p=ui.
En fonction de la convention, l’interprétation qui doit être faite de p est différente :
 en convention récepteur, elle doit être interprétée comme la puissance
consommée par le dipôle ;
 en convention générateur, elle doit être interprétée comme la puissance
produite par le dipôle.

Il faut cependant garder en tête que la puissance aussi a un signe ; elle est positive ou
négative. En plus de la convention il est nécessaire de connaître ce signe pour avoir la
signification physique de la puissance.
• En convention récepteur, on parle de puissance consommée. Une puissance positive
est alors physiquement consommée, alors qu’une puissance négative est
physiquement produite.
• En convention générateur, on parle de puissance produite. Une puissance positive
est alors physiquement produite, alors qu’une puissance négative est physiquement
consommée.

Calcul de la puissance en convention récepteur
En convention récepteur, le courant et la tension
sont reliés par la loi d’Ohm :
Puisqu’on est en convention récepteur, c’est
bien la puissance consommée qui est donnée
par la relation :
p=ui
En utilisant la loi d’Ohm, on peut remplacer, la
tension dans l’expression de la puissance, et
obtenir :
p=Ri²

Calcul de la puissance en convention générateur
En convention générateur, la loi d’Ohm change de
signe pour devenir :
La puissance (qui s’interprète comme la
puissance produite) s’écrit :
p=−Ri²
Cette fois-ci, la puissance est négative. En convention générateur, la puissance doit être
interprétée comme une puissance produite. Comme la puissance produite est négative, la
puissance est en fait physiquement consommée, ce qui est de nouveau en accord avec le
fait qu’une résistance est un récepteur physique. La physique est sauve !

Les caractéristiques électriques de la cellule PV
Le schéma électrique équivalent d'une cellule photovoltaïque peut être
décrit par le modèle à une exponentielle:

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.

Caractéristiques courant / tension
A température et éclairement fixés, la caractéristique courant / tension d’une
cellule a l’allure suivante :
Sur cette courbe, on repère :
le point de fonctionnement à vide :
Uv pour I = 0A
le point de fonctionnement en court-circuit :
Icc pour U = 0V
Pour une cellule monocristalline de
10x10cm, les valeurs caractéristiques sont :
Icc = 3A et Uv = 0,57V (G = 1000W/m² et
q = 25°C)

Caractéristiques puissance / tension
La puissance délivrée par la cellule a pour expression P = U.I. Pour chaque point de
la courbe précédente, on peut calculer la puissance P et tracer la courbe P = f(U).
Cette courbe a l’allure suivante :
Cette courbe passe par un maximum de
puissance (PM).
A cette puissance correspond, une tension
Upm et un courant Ipm que l’on peut aussi
repérer sur la courbe I = f(U).
Pour une cellule monocristalline de
10x10cm, les valeurs caractéristiques sont :
PM = 1,24W , Upm = 0,45V , Ipm = 2,75A
(G = 1000W/m² et q = 25°C)

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’iso puissance. 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) :

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

Influence de l’éclairement
A température constante, la caractéristique I = f(U) dépend fortement de
l’éclairement :
Sur cette courbe, on remarque que le
courant de court-circuit augmente
avec l’éclairement alors que la
tension à vide varie peu.

A partir de ces courbes, on peut tracer les courbes de puissance P = f(U) :
Sur ces courbes, on remarque que la
puissance maximum délivrée par la
cellule augmente avec l’éclairement.

Influence e la température
Pour un éclairement fixé, les caractéristiques I = f(U) et P = f(U) varient avec la
température de la cellule photovoltaïque :
Sur ces courbes, on remarque que la tension à vide et la puissance maximum
diminuent lorsque la température augmente.

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