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Caractéristiques électriques des cellules et modules PV
1
BE Alliance Soleil
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Transformation directe de la lumière en électricité
2
I
U
E= h x n = (h x C) / λ
h : constante de Planckν : fréquenceC : vitesse de la lumièreλ : longueur d’onde
E = U x I x t
Caractéristiques des cellules et modules PVCaractéristiques électriques – effet photovoltaïque : Energie du
rayonnement
E th = K x S x (Tc – Tamb) x t
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3
Caractéristiques électriques – analogie diode
Électrode
négative
Électrode positive
Silicium dopé n
Couche limite
Silicium dopé p
Caractéristiques des cellules et modules PV
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Caractéristiques physiques : Principales dimensions standards
Cellule multicristalline 5" / 6"
Jusqu’à 2.6 WJusqu’à 4.5 W
125,5 mm155,5 mm
125,5 mm155,5 mm
Cellule monocristalline 5" / 6"
125,5 mm155,5 mm
Jusqu’à 2.8 WJusqu’à 5 W
Caractéristiques des cellules et modules PV
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5
Caractéristiques physiques : Taille des cellules
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
I (A
)
U (V)
Courbe caractéristique (U,I)
demi cellule cellule entière
Caractéristiques des cellules et modules PV
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6
Caractéristiques physiques : Taille des cellules
Caractéristiques des cellules et modules PV
101 x 101 101 x 50,5 50,5 x 50,5
Performance à 1 kW/m² et 25°CValeurs typiques, cellule nue
Cellule ½ cellule ¼ cellule
Tension circuit ouvert Voc (V) 0,6 0,6 0,6
Courant de court-circuit Isc (A) 3 1,5 0,75
Puissance Max. (env. 10%) P mpp (W) 1,3 0,65 0,32
Tension à puissance Max Vmpp (V) 0,47 0,47 0,47
Courant à puissance Max Impp (A) 2,7 1,36 0,68
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7
Courbes de puissance
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
I (A
)
U (V)
Caractéristique d'une cellule6 pouces
Uco
Icc
Uoc
Isc
U
I
P = U x I
Eclairement 1000 W/m², spectre AM 1,5, T° cellule 25°C
Caractéristiques des cellules et modules PV
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0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
I (A
)
U (V)
Caractéristique d'une cellule 6 pouces
8
Courbes de puissance
Uoc
Isc
Eclairement 1000 W/m², spectre AM 1,5, T° cellule 25°C
Caractéristiques des cellules et modules PV
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9
Courbes de puissance
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
P (
W)
I (A
)
U (V)
Courbe caractéristique et puissance maximale
I = f(U)
P = f(U,I)
Uoc
Isc Point de fonctionnement à puissance maximale (Pmpp)Impp
Umpp
Eclairement 1000 W/m², spectre AM 1,5, T° cellule 25°C
Caractéristiques des cellules et modules PV
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10
Influence de l’éclairement : Tension et intensité
Eclairement W/m2
Caractéristiques des cellules et modules PV
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11
Influence de l’éclairement : Rendement
0
2
4
6
8
10
12
14
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
rdt
(%)
Eclairement (W/m²)
Evolution du rendement d'une cellule en fonction de l'éclairement
Cellule de module silicium multicristallin
Caractéristiques des cellules et modules PV
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12
Influence de la température : Rendement
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 10 20 30 40 50 60 70 80
rdt
(%)
T° (°C)
Evolution du rendement en fonctionde la T° cellule
(pour E= 1000 W/ m²)
Cellule de module, silicium multicristallin
Caractéristiques des cellules et modules PV
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13
Influence de la température : Courant de court circuit
7,320
7,340
7,360
7,380
7,400
7,420
7,440
7,460
7,480
0 10 20 30 40 50 60 70
Isc
(A)
T° de cellule (°C)
Evolution de Isc en fonction de T°
I
U
Isc
avec T°
Cellule de module, silicium multicristallin : + 2,09 mA/°C
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Influence de la température : Tension à vide
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0 10 20 30 40 50 60 70
Uo
c(V
)
T° de cellule (°C)
Evolution de Uoc en fonction de T° cellule
I
U
Uoc
avec T°
Cellule de module, silicium multicristallin : - 2,08 mV/°C…..attention par cellule !!!!!!
Caractéristiques des cellules et modules PV
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Influence de la température : Puissance
Cellule de module PW BIPV 120 Wc, silicium multicristallin :- 0,43 %/°C
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0 10 20 30 40 50 60 70
Pm
pp
(W)
T° (°C)
Evolution de Pmpp en fonction de la T°
Caractéristiques des cellules et modules PV
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U0c ≈ 0,55 V
Isc ≈ 7 A
Courbe caractéristique
16
Interconnexion de cellules : Branchement en série
1 cellule
Schéma électrique
2xU0c ≈ 1,1 V
Isc ≈ 7 A
I
UR
2 cellules en série
IU1 U2
U= U1 + U2
R
1/R
1/R
Caractéristiques des cellules et modules PV
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17
Interconnexion de cellules : Branchement en parallèle
1 cellule
Schéma électrique
I
U
2xIsc ≈ 14 A
Isc ≈ 7 A
Uoc ≈ 0,55 V
R
Courbe caractéristique
Isc ≈ 7 A
Uoc ≈ 0,55 V
1/R1
1/R2
2 cellules en parallèle
I1
I2
I= I2 + I2
UR
Caractéristiques des cellules et modules PV
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Éléments constitutifs d’un module PV
Cellule photovoltaïque
module photovoltaïque
Boîte de jonction(à l’arrière)
Câbles de liaison (éventuellement)
Fiche signalétique
Caractéristiques des cellules et modules PV
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19
Caractéristiques électriques : Raccordement des cellules
Exemple : 36 Cellules en série
Uoc module = 36 x Uoc celluleIsc module = Isc cellule
U
I
Caractéristiques des cellules et modules PV
La plupart des modules désormais ont 60 ou 72 cellules
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20
Caractéristiques électriques : Courbe caractéristique type
Cellule 1Cellule 2 … Cellule 35
Cellule 36
Courbe enveloppe caractéristique
U (V)
I (A
)
Uoc cellule ≈ 0,6 V
Uoc module ≈ 36 x 0,6 V = 21,6 V
Isc cellule = Isc module
≈ 7 A
Eclairement 1000 W/m², spectre AM 1,5, T° cellule 25°C
Caractéristiques des cellules et modules PV
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Influence de l’éclairement (avec Tcell = 25°C)
U (V)
I (A
)
VPPM 25°C 200W/m²
VPPM 25°C 1000W/m²
Plage de tension PPM
T° de cellule : 25°C
Caractéristiques des cellules et modules PV
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22
Influence de la température
U (V)
I (A
) Module PW BIPV 120 Wcsilicium multicristallin1000 W/m²
Caractéristiques des cellules et modules PV
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23
Influence de la température
Caractéristiques électriques du module Photowatt BIPV 120 Wc :
Puissance typique 120 Wc
Umpp STC 17,4 V
Impp STC 6,9 A
Isc STC 7,2 A
Uoc STC 21,5 V
Coefficients de température
α= + 2,085 m A/°Cβ= - 79 m V/°C
δP/P = - 0,43 % /°C
Spécifications à 1000 W/m2, T°cell 25°C, AM 1,5 à 1000 W/m2 : AM 1,5 T :?
Umpp T = Umpp STC + β x (T – TSTC) = …
Impp T = Impp STC + α x (T – TSTC) = …
Isc T = Isc STC + α x (T – TSTC) = …
Uoc T = Uoc STC + β x (T – TSTC) = …
P T = P STC x (1+δP/P x (T – TSTC))= …
Caractéristiques des cellules et modules PV
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24
Influence de la température et de l’éclairement
E (W/m²)
Rd
t(%
)
A B C
Cas du module PW BIPV 120 Wc, silicium multicristallin
Caractéristiques des cellules et modules PV
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Modules PV aujourd’hui en 2015
25
Module « type »
1,6 m² hors-tout / 250 à 330 Wc / mono ou polycristallin
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Modules PV « type » aujourd’hui en 2015
26
Module type
1,6 m² hors-tout / 250 à 330 Wc / mono ou plycristallin
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Modules PV « type » aujourd’hui en 2015
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1,6 m² hors-tout / 250 à 330 Wc / mono ou plycristallin
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Cellules et modules photovoltaïques
• Un module PV est un assemblage de cellules PV reliées en série (et quelque fois parallèle), protégées des agressions extérieures
• Une cellule PV possède une caractéristique électrique similaire à celle d’une diode (jonction p-n)
• Caractéristiques électriques d’un module PV dépendent principalement :o Du nombre de cellule connectées en série / parallèleo De la taille des cellules
• Caractéristiques de fonctionnement d’une cellule / module dépendent principalement :o De l’éclairemento De la températureo Du point de fonctionnement
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Résumé
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Cellules et modules photovoltaïques
• Il faut vérifier :
o Plaque signalétique (faire attention à Tension maximum de système, en général 1000 V)
o Noter les points de fixation des modules (1/4-1/2-1/4)
o Prendre une photo de la plaque signalétique : noter Impp, Vmpp, Uoc, Isc, Pc
o Décoloration éventuelle de cellules
o Mesure et évaluation de Uoc ou U chaine toujours en tenant compte de la chute de tension liée à la température
o Mesure et évaluation de I chaine toujours en tenant compte de l’éclairement
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Résumé : utiles pour les réceptions
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Cellules et modules photovoltaïques
• Alliance Soleil sarl, France
• Planning and installing photovoltaic systems, earthscan
• Le photovoltaïque pour tous, manuel de conception et réalisation d’installations, Observer / Solarpraxis
• Wikipedia
• Doc fabricants
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Sources et références