SYSTEME PV-FC

Panneaux photovoltaïques

Caractéristiques électriques et paramètres

Un panneau photovoltaïque, appelé module, est constitué de cellules photovoltaïques connectées en série et en parallèle. Il est défini par sa puissance crête aux conditions standards de tests, sa tension et son intensité à la puissance crête ainsi que par sa tension de circuit ouvert et son courant de court circuit. Les conditions standards de tests (STC) correspondent à un ensoleillement de 1000 W/m2 , à une température de cellule de 25 °C et une masse d’air optique AM (Air Mass) égale à 1,5. Les caractéristiques électriques des modules commercialisés peuvent être sensiblement différentes à puissance identique selon que le niveau de courant ou de tension est privilégié. Un champ photovoltaïque ou champ solaire est constitué d’un ensemble de modules connectés en série et/ou en parallèle. La caractéristique électrique d’un champ solaire dépend de la façon dont les modules sont câblés : les modules connectés en série définissent la tension d’une « branche » et donc du champ ; les branches sont ensuite connectées en parallèle déterminant l’intensité délivrée par le champ. Le choix de la caractéristique du champ solaire va dépendre du point de fonctionnement requis par les composants associés (batteries, convertisseurs, électrolyseur …). Les générateurs photovoltaïques sont modulaires. Leur puissance varie de manière discrète par pas équivalent à la puissance d’une branche. Le rendement d’un champ photovoltaïque est le rapport de la puissance qu’il délivre sur la puissance solaire reçue par sa surface. Le rendement est de l’ordre de 10 %, c’est-à-dire qu’un module de 1 m2 recevant 1000 W/m2 produit environ 100 W. La Figure II-2 décrit les courbes I-U d’un champ solaire de 3 kWc, sous différentes conditions d’ensoleillement et de température ambiante. Le champ photovoltaïque est constitué 72 modules de 45 Wc (18 branches en parallèle de 4 modules en série). Il est connecté à une charge par l’intermédiaire d’un onduleur. La puissance demandée augmente au cours des essais. Lorsque la puissance de la charge est nulle, le courant délivré par le champ est nul et la tension de circuit ouvert est comprise entre 70 V et 80 V. L’augmentation de la température ambiante entraîne une diminution de la tension. L’ensoleillement a une très faible influence sur cette tension. Lorsque la puissance demandée augmente, le courant délivré augmente. La tension diminue jusqu’à un point de fonctionnement qui correspond au point de puissance maximale (MPP). Ce MPP dépend de la température ambiante mais surtout de l’ensoleillement. Les points de fonctionnement dont la tension est inférieure à 30 V correspondent à une demande de puissance supérieure à la puissance solaire disponible. La charge totale n’est pas délivrée par le champ. Ce protocole expérimentale ne permet pas d’obtenir la totalité de la courbe caractéristique. La courbe complète s’obtient par prolongement. Le courant de court circuit varie selon l’ensoleillement et la température. La température ambiante à une faible influence sur ce courant. L’ensoleillement est un paramètre beaucoup plus important : le courant délivré par les modules est proportionnel à l’éclairement reçu par la surface des panneaux.

Périphérique

Un champ solaire est constitué d’un ensemble de modules connectés en série et/ou en parallèle. Lors de la connexion en série, on protège les éléments avec des diodes by-pass (souvent intégrées au module) afin d’éviter le fonctionnement inverse des cellules occultées, entraînant une surchauffe voire une destruction des cellules. Lors de la connexion en parallèle, on place des diodes dites « séries », empêchant aussi le fonctionnement inverse. Les diodes Schottky sont généralement utilisées car les chutes de tension dans ces diodes sont seulement de 0,4 V / diode (diode classique 0,7 V). Diverses mesures de sécurité doivent être prises telles que des parafoudres et la mise à la terre des châssis. Lors de la mise en place d’un champ solaire, il est important d’installer un interrupteur général, unique moyen de couper spontanément la production de ce générateur.

Applications et commercialisation

La durée de vie des panneaux photovoltaïques est très longue. Certains producteurs garantissent les panneaux solaires pour une durée de 25 ans. Le vieillissement des modules induit une légère diminution du rendement. Ce composant nécessite un très faible entretien consistant en un nettoyage des surfaces, généralement réalisé par la pluie. Actuellement, deux applications dominent: génération en site isolé ou connexion au réseau. Le prix des panneaux photovoltaïques est compris entre 3 et 4 € / Wc.

Conclusion

Cette technologie présente de nombreux avantages : fiabilité, durabilité, faible entretien, sans bruit. Les inconvénients majeurs sont leur prix important et le faible rendement impliquant des surfaces importantes. 

Piles à combustible

Une pile à combustible produit de l’énergie électrique provenant de la formation de l’eau par recombinaison d’hydrogène et d’oxygène (Figure II-3). Elle est composée de cellules électrochimiques, constituées de 2 électrodes où se déroulent les réactions électrochimiques, d’un électrolyte assurant le transfert des ions et d’une membrane séparant la partie cathodique de la partie anodique de la cellule.