Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 2 : Aspects du comportement des installations photovoltaïques en conditions réelles
Guidance

La caractéristique tension-courant examinée à la page précédente correspond à un éclairement donné (par exemple l'éclairement nominal, de 1000 W/m² ). Pour un éclairement différent, on obtient une courbe présentant la même allure, mais située au-dessus (si l'éclairement est supérieur à 1000 W/m² ) ou en dessous (si l'éclairement est inférieur à 1000 W/m² ).

Si l'éclairement est nul, la caractéristique tension-courant passe par l'origine des axes. En effet, dans le cas contraire, certains points de la caractéristique correspondraient à une production d'énergie, ce qui est impossible dans l'obscurité. Cette caractéristique porte le nom de caractéristique d'obscurité. Tous ses points correspondent à des situations où la cellule absorbe de l'énergie électrique.

On observe (et on peut le justifier par des considérations théoriques) que les différentes caractéristiques tension-courant correspondant à des éclairements différents ont pratiquement la même forme. Elles sont décalées par rapport à la caractéristique d'obscurité d'une distance proportionnelle au rayonnement solaire incident. Ce décalage s'effectue dans une direction presque verticale du diagramme (voir droite en pointillés sur le diagramme de la figure ci-dessous).

La tension à vide, nulle dans l'obscurité, croît d'abord rapidement avec le rayonnement mais prend bientôt une valeur presque constante. Le courant de court-circuit, par contre, reste à peu près proportionnel à l'éclairement jusqu'à des valeurs très élevées de celui-ci.

La tension et le courant correspondant à la puissance optimum croissent aussi avec le rayonnement incident. Attention ! Les points optimaux des différentes courbes ne sont pas obtenus en faisant glisser le point optimum de la courbe à éclairement nominal ! En particulier, le point optimum de la caractéristique d'obscurité est l'origine du graphe puisque, aux autres points, le module absorberait de la puissance. La figure suivante indique quelle est l'allure du lieu des points à puissance optimum.

La puissance optimale augmente avec l'éclairement, mais l'augmentation devient moins rapide aux forts niveaux d'éclairement.

Remarque 1 : Beaucoup de chercheurs ont tenté de concevoir des charges telles que la caractéristique u-i de la charge corresponde au lieu des points à fonctionnement optimum du champ photovoltaïque.
Par exemple, dans le cas du pompage, connaissant la caractéristique couple-vitesse du groupe moto-pompe (qui dépend de la hauteur d'eau), on peut choisir un type de moteur électrique tel que la caractéristique u-i corresponde bien à la caractéristique idéale.
C'est cependant illusoire, car la caractéristique u-i des modules n'est pas déterminée de façon unique par l'éclairement : en particulier, la température a une forte influence sur cette caractéristique.

Remarque 2 : Aux éclairements moyens et faibles, la puissance fournie n'est pas proportionnelle à l'éclairement. Il en résulte que l'on ne peut pas calculer l'énergie produite pendant une période de temps où l'éclairement n'est pas constant en multipliant l'énergie reçue par "le" rendement du module. La méthode présentée la semaine passée pour obtenir un premier dimensionnement est donc fort imprécise.
Si on dispose d'un dispositif de stockage d'énergie infini, on peut améliorer ce calcul en utilisant une répartition statistique de l'éclairement (tant d'heures entre 0 et 10 W/m², tant d'heures entre 10 et 20 W/m²,....) sommer les puissances électriques correspondantes multipliées par la durée moyenne de chacune.
Si on doit passer par une simulation temporelle, il faut prendre des intervalles de temps assez petits pour que l'éclairement puisse y être considéré comme constant, et sommer les puissance électriques correspondantes multipliées par le pas du calcul. On voit qu'un pas de calcul de la journée est beaucoup trop grand !

Dernière mise à jour le 21-02-2005