Principes PV
 


champ photovoltaïque en surimposition





Les modules
 

types de modules photovoltaïques

 

Constitution


module PV - connexion des cellules en série

Les modules solaires photovoltaïques regroupent des cellules photovoltaïques reliées entre elles en série.

La cellule photovoltaïque
La fabrication d'un module

Les modules sont ensuite reliés électriquement entre eux pour former le "champ photovoltaïque".

Le champ photovoltaïque




Caractéristiques électriques principales


Lorsqu'il ne circule aucun courant "I" dans un module, la tension à ses bornes est notée Uoc (tension à circuit ouvert).

Dans le cas inverse -c'est à dire aucune tension à ses bornes- le courant traversant un module est appelé Isc (intensité de court-circuit)

La tension Uoc se mesure aux bornes du module seul, non raccordé à un champ photovoltaïque.

L'intensité Isc se mesure en mettant le module en court-circuit (opération non destructrice).

 


Le point MPP


point MPPT d'un module photovoltaïque

Le fonctionnement normal d'un module ne se situe jamais à
Isc maxi ou Uoc maxi.

Son meilleur rendement se situe au point MPP (ou MPPT) qui se trouve à l'intersection de deux droites caractéristiques d'un module

en ordonnée : droite verticale passant par P max

en abcisse : droite horizontale à l'intersection de la droite ci-dessus et de la courbe Isc/Uoc

Par projection, ces deux droites permettent de déterminer Up max et Ip max qui sont les deux valeurs fondamentales recherchées et gérées par l'onduleur.

MPPT
Maximum Power Point Tracking en anglais

ou

MPP
Maxi Puissance Possible en français.


Une autre méthode de calcul est possible pour déterminer la tension Up max

Rappel : Up max = tension pour une puissance optimum

Sachant que la tension théorique aux bornes d'une cellule photovoltaïque est de 0,487 V, on peut déduire Up max en fonction du nombre de cellule montées en série dans un module :

Nbr cellules 36 48 54 72
Up max 36 x 0.487 =
17.5 V
48 x 0.487 =
23.4 V
54 x 0.487 =
26.3 V
72 x 0.487 =
35.1 V

 

 


Les diodes bypass


module PV - connexion des cellules en série

La tension aux borne d'une diode
bypass est de 0,6V. La puissance dissipée lorsqu'une diode est en fonctionnement
est donc très faible :
P diode = O,6 V x I pmax

Les cellules étant montées en série dans un module photovoltaïque, une ou plusieurs cellules à l'ombre subissent une surchauffe qui peut entraîner leur destruction.

En effet, une cellule "masquée" voit l'intensité qui la traverse diminuer. De ce fait, elle bloque la circulation de l'intensité "normale" produite par les autres modules. La tension aux bornes de cette cellule "masquée" augmente, d’où apparition d’une surchauffe.

C'est l'effet d'autopolarisation inverse. Une telle cellule est appelée "Hot spot"

Les diodes bypass servent alors à protéger les cellules à l'ombre en dérivant l'intensité "normale" pour l'empêcher de passer dans la cellule "masquée". Un panneau solaire dispose d'une à trois diodes bypass, en fonction de son nombre de cellules (en moyenne 36 cellules pour 3 diodes bypass).

En cas de masque :
1 diode  : 100% du module est en bypass
2 diodes:   50% du module est en bypass
3 diodes:   33% du module est en bypass

Exemple

Soit un champ photovoltaïque constitué d'un ensemble de modules en série, avec un régime de fonctionnement au point MPP tel que

  • I  pmax =   7.2 A
    U pmax = 26.3 V

Si une des cellule est masquée, elle bloque l'intensité I pmax traversant toutes les autres cellules, et la tension à ses bornes augmente pour tendre à

  • U pmax = Uoc

Si Uoc = 30 V, alors l'échauffement (Hot spot) à ses bornes sera de

  • I pmax x Uco = 210 W

 

 


Les diodes de blocage


module PV - connexion des cellules en série

La tension aux borne d'une diode
de blocage est de 0,6V. La puissance
dissipée lorsqu'une diode est en
fonctionnement est donc très faible:
P diode = O,6 V x I

Système raccordé réseau

Alors que les diodes bypass sont utilisée à l'intérieur d'un module pour compenser l'effet d'autopolarisation inverse (voir ci-dessus), le même phénomène peut être observé, entre les modules eux-même, lorsque un champ est constitué de modules en strings parallèles.

Les diodes de blocage évitent que le flux de courant soit inversé entre les strings de panneaux reliés en parallèle, quand il y a un masque sur l'un d'entre eux.

Système sur site isolé

Les diodes de blocage empêchent le déchargement de la batterie à travers les panneaux photovoltaïques en l'absence de lumière solaire.


Influence de l'ensoleillement


gisement solaire - France

Avant de s'équiper en modules photovoltaïques, il est intéressant de connâitre les conditions géographique d'ensoleillment du lieu concerné. Pour celà, on consulte la carte du gisement solaire [ci contre celle de la France].

Icc et Uoc en fonction de l'ensoleillement

Si la tension à vide Uoc ne subit que de faibles variations, le courant de court-circuit Isc quant a lui est lineairement lié à l'ensoleillement.

Le point MPP, donc la performance du module dépendent donc fortement de l'ensoleillement

Le point MPP



production solaire annuelle

 

Un module solaire n'est qu'exceptionnellement exactement face au soleil puisque la terre tourne en permanence et que l'inclinaison du soleil par rapport aux modules évolue en permanence.

Au cours d'une journée sans nuage, la production électrique du module varie également en permanence en fonction de la position du soleil et n'est jamais à son maximum sauf au bref passage du plein midi solaire. La production totale en fin de journée est donc une somme de productions partielles.

Par temps couvert, donc en l'absence de soleil, la luminosité ambiante -alors que le soleil est caché- permet quand même une toute petite production électrique, et ces petites productions additionnées finissent par faire des kWh.

Le nombre d'heures d'ensoleillement, en équivalent kWh/kWc/an n'a rien à voir avec le nombre d'heures d'ensoleillement au sens météo.

 


Influence de la température


influence de la temérature sur la production d'un module PV

 

La tension à vide Uoc d'un module photovoltaïque augmente ou décroît fortement lorsque celui-ci est soumis à des variations de températures ambiantes. L'Isc quant à lui reste plutôt constant face à ces variations.

Les variations de la tension à vide Uoc conditionnent directement la puissance P max du module: la chaleur est donc un paramètre non négligeable dans les calculs et les moyens de mise en oeuvre d'un champ photovoltaïque :

Si on ne maîtrise pas la chaleur directe, due a l'ensoleillement lui-même, on peut tout de même constater qu'un module aura un meilleur rendement en haute montagne que dans un désert de sable.

Quant au module, en cas d'intégration toiture, il est nettement préférable de privilégier des technologies d'intégration laissant une lame d'air libre sous les panneaux, afin de facilier leur refroidissement.

Le point MPP, donc la performance du module dépendent donc fortement de la température.

Le point MPP
Coef de température



Ces influences font partie des caratéristiques électriques des modules, indiquées par le fabriquant :

αPmax Coefficient de température sur P max
αUco Coefficient de température sur Uoc
αIcc Coefficient de température sur Isc

 



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