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Les caractéristiques électriques des modules photovoltaïques

La puissance électrique délivrée par le module photovoltaïque est le produit de la tension et du courant qu'il génère. Ces deux grandeurs courant-tension délivrées par le module photovoltaïque dépendent des propriétés du module mais aussi de la charge aux bornes du module.

Dans cette partie du cours, nous étudierons les propriétés électriques d'un module photovoltaïque. Cette étude sera effectuée à travers un exemple concret. Le plan du cours est le suivant :

LES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES

  1. Caractéristique courant-tension d'un module photovoltaïque
  2. Effet du niveau d'éclairement sur le module photovoltaïque
  3. Effet de la température des cellules sur le module photovoltaïque
  4. Détermination du point de fonctionnement électrique


Point de fonctionnement électrique d'un module photovoltaïque



Considérons l'exemple suivant :
Soit un module photovoltaïque de la marque SILLIA modèle SeT230G d'une puissance crête 230 Wc (télécharger la fiche technique ), aux bornes duquel est branchée une charge résistive de résistance R = 6.5 ohms. Nous considérerons que l'éclairement du module est de 1 000 W/m² et que la température de fonctionnement du module est de 50 °C.
Le schéma électrique de l'installation est le suivant :
Exemple - Résistance branchée aux bornes du module photovoltaïque Exemple - Résistance branchée aux bornes du module photovoltaïque

Questions :
Quelle est la valeur de la tension U aux bornes du module ? Quelle est la tension Ur aux bornes de la résistance ? Quelle est la valeur du courant I ?

Il est clair que la tension Ur aux bornes de la résistance est égale à la tension aux bornes du module : U = Ur.
Pour connaître le courant I et la tension U, il faut connaître les caractéristiques courant-tension du module et de la résistance.
La caractéristique courant-tension de la résistance est simple car Ur = R × I :
La caractéristique courant-tension de la résistance

Ainsi, il est possible de déterminer la caractéristique courant-tension du module photovoltaïque quelque-soit la température du module. Dans l'exemple que nous traitons, la température de fonctionnement du module est de 50 °C, et l'éclairement de 1 000 W/m² (éclairement maximale). Dans ce cas, Icc = 8.198 A et Vco = 34.6175 V, ce qui correspond à une caractéristique courant-tension comme ci-dessous :

Caractéristique courant-tension du module photovoltaïque SILLIA SeT2xxG 230 Wc, à une température de fonctionnement de 50 °C et un éclairement de 1 000 W/m².

En supersposant les caractéristiques courant-tension du module photovoltaïque et la charge résistive, on obtient le point de fonctionnement du système, qui détermine ainsi le courant I et la tension U recherchés :

Détermination du point de fonctionnement d'un système électrique composé d'un module photovoltaïque et d'une résistance



Nous avons ainsi déterminé le courant I
Exemple - Résistance branchée aux bornes du module photovoltaïque
Nous avons ainsi déterminé le courant I et la tension U de fonctionnement du système :
  • I = 5.12 A
  • U = 33.3 V
  • Bien évidemment Ur = U = 33.3 V
La puissance P fournie par le module photovoltaïque à la résistance est le produit du courant par la tension, soit :

P = U×I = 33.3×5.12 = 170.5 W.

        
La puissance calculée est de 170.5 W alors que la fiche technique annonce 230 Wc. Ceci est normal car la puissance crête (notée Wc) est la puissance maximale fournie par le module dans les conditions standard STC. Dans la réalité, La puissance est bien inférieure car la température de fonctionnement du module n'est pas de 25 °C (conditions STC) mais plutôt de l'ordre de 50 °C.
Le calcul de puissance que nous avons effectué est un calcul à une température de 50 °C. De plus, le point de fonctionnement du système ne correspond pas au point de puissance maximum.