GENERATEUR PHOTOVOLTAIQUE

Le générateur photovoltaïque dont nous disposons est implanté dans un environnement sahélien : vents de sable, chaleur, et humidité tropicale à certaines époques. Nous avons pu observer son fonctionnement dans ces conditions pendant quatre années au Parc des Energies Renouvelables (PER). Le dimensionnement de cette installation correspond effectivement à celui d’une application fonctionnant dans le but d’alimenter un système de différentes charges parmi lesquelles on peut citer, l’installation pilote d’osmose inverse d’eau saumâtre pour un village isolé. L’étude expérimentale présente donc un grand intérêt. Nous rappelons les bases théoriques concernant l’énergie photovoltaïque et nous proposons une analyse des systèmes de cette forme d’énergie. Nous mettons ainsi en évidence la conception d’un système photovoltaïque, tant au niveau électrotechnique qu’automatique qui doit impérativement prendre en compte des phénomènes régissant les points de fonctionnement.

Cellule photovoltaïque

La cellule photovoltaïque est un dispositif en matériau semi-conducteur qui réalise laconversion directe de l’énergie lumineuse en énergie électrique. Dans une cellule à jonction PN cette conversion est à l’origine d’un courant de porteurs minoritaires appelé courant photovoltaïque Iph proportionnel à l’énergie lumineuse incidente. Le comportement de la cellule à jonction P N est donc équivalent à une source de courant shunté par une diode. Le schéma équivalent et la caractéristique des cellules présentent donc bien un fonctionnement générateur dans le quadrant Ip > 0. et Vp > 0.

Caractéristiques électriques du générateur PV :

On trouve dans le commerce des modules photovoltaïques constitués par Le générateur est lui même constitué de l’association série et parallèle de modules en fonction des besoins énergétiques et des conditions de consommation de l’utilisateur. La caractéristique globale du générateur se déduit de la combinaison des caractéristiques des cellules élémentaires.  Le courant de court-circuit Icc, pratiquement indépendant de la température à éclairement donné, il en est donc une image et nous utiliserons par la suite Icc comme grandeur d’entrée électrique de notre modèle d’étude.  La puissance délivrée par le générateur photovoltaïque correspond pour des conditions d’éclairement et de température données par l’intersection d’un maximum au point de tangence horizontale de la caractéristique avec l’hyperbole d’équipuissance. Ce point est qualifié de point optimal de fonctionnement (Vopt, Iopt).

Groupement des modules en série :

On constate Fig.1-5 que le courant qui traverse chaque module est le même que celui dans la charge. Si les modules sont identiques comme le cas du PER (même condition d’éclairement et de température), leurs tensions sont égales et dans ce cas la tension délivrée par le générateur photovoltaïque est multipliée par le nombre de modules en série . IS = IiFig.1-5 Schéma de groupement des modules en séries Il peut arriver que des modules non identiques soient couplés en série (disparités dues au masquage par la poussière de certains modules) , la tension d’utilisation des modules en série sera légèrement diminuée pour une impédance de charge faible , les cellules moins efficaces peuvent devenir réceptrices si le courant d’utilisation est inférieur au courant produit par ces cellules. Ainsi, pour une impédance nulle (courant de court – circuit), une cellule ombragée sera soumise à ses bornes à une tension inverse égale à la somme des tensions délivrées par les autres cellules. Pour éviter cela, on met en parallèle avec chaque module une diode de protection D qui se met à conduire dès l’apparitions d’une tension inverse. La diode en parallèle limite la tension inverse par sa tension directe, puisqu’ elle devient passante.

Groupement des modules en parallèle :

Il possible d’augmenter le courant fourni à une charge en disposant en parallèle plusieurs modules Si les modules sont identiques, comme le cas du PER ,leurs courants sont égaux et dans ce cas les relations comme suit : Vi = VS IS = np.Ii , avec np : nombre de modules en parallèle. Si les modules ne sont pas identiques, le courant d’utilisation total des modules sera plus faible pour une impédance de charge élevée, les modules moins performants deviendront récepteurs. Ainsi, le cas le plus critique ou la charge est nulle et le circuit ouvert, le courant des branches des modules performants se dissipera dans la branche la moins performante. Bien que la cellule puisse dissiper un courant important, il est préférable de disposer d’une diode anti-retour. Celle-ci empêchera les gaspillage dans le module occulté une partie de la puissance produite par les modules fonctionnant normalement. En effet, cette diode est traversée en fonctionnement normal par un courant qui introduit une perte de puissance permanente.