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

Comme nous l'avons déjà mentionné à propos de la constitution des modules, la courbe courant-tension du montage en série de plusieurs cellules est obtenue en additionnant les tensions de chacune des cellules pour chacune des valeurs de courant.

La caractéristique courant-tension obtenue lors du montage en série de deux cellules est représentée à la figure S02-12. Dans les deux cas, la puissance maximale de l'ensemble est égale au double de la puissance maximale d'une cellule. Pour le montage en série, le courant optimal est le même que pour une seule cellule et la tension optimale est le double de la tension optimale d'une cellule.

Ces résultats se généralisent sans difficulté au cas de n cellules identiques montées en série.

Il suffit de dilater la caractéristique d'une cellule d'un facteur n dans la direction de l'axe des tensions.

En pratique, les cellules ne sont jamais tout à fait identiques. Une différence de courant de court-circuit peut provenir d'une différence au niveau de la fabrication des cellules, mais elle peut également être causée par une différence dans le rayonnement solaire reçu (ombres).

La mise en série de cellules non identiques peut gravement handicaper les performances de l'ensemble, comme le montre la figure S02-13, qui correspond à la mise en série de deux cellules non identiques.

Lorsque le courant débité tend à devenir plus grand que le courant de court-circuit le plus faible des deux, la cellule la plus faible devient le siège d'une tension négative et s'oppose à la croissance du courant. Il apparaît que le courant de court-circuit de l'ensemble des deux cellules est pratiquement égal au plus faible des deux courants de court-circuit. La puissance totale générée est inférieure à la somme des puissances que chaque cellule pourrait générer individuellement.

La conclusion ci-dessus se généralise au cas de nombreuses cellules interconnectées. Les problèmes relatifs à la mise en série de cellules différentes sont plus graves encore lorsque le nombre de cellules en série augmente, ce qui est malheureusement nécessaire pour obtenir une tension suffisante. C'est ce qui est représenté à la figure S02-14 dans le cas d'un groupe de cellules connectées en série comportant 17 cellules identiques et une cellule (partiellement à l'ombre) dont le courant de court-circuit n'est que de 50% du courant de court-circuit des autres. On obtient la courbe courant-tension totale en additionnant pour chaque valeur du courant la tension d'une cellule normale, multipliée par 17, avec la tension de la cellule plus faible.

Lorsque le courant débité est supérieur au courant de court-circuit de la cellule faible, la tension de celle-ci devient négative, ce qui détériore fortement les caractéristiques de l'ensemble (la puissance optimum de l'ensemble est inférieure à la puissance optimum des 17 cellules normales).

On notera que les modules constitués de cellules de haute qualité sont plus sensibles à ce phénomène. En effet, si le module est constitué de cellules ayant un courant de fuite important, la tension négative qui apparaît aux bornes d'une cellule mal éclairée sera moins grande, et donc la tension de sortie sera moins affectée par la mise à l'ombre partielle d'une cellule.

Une autre façon de réduire l'impact d'un désappariement serait de munir chaque cellule d'une diode en antiparallèle. Lorsqu'une cellule est plus faible, sa diode en antiparallèle devient conductrice, ce qui permet aux autres cellules de fonctionner à leur courant optimal. Dans ce cas, les cellules plus faibles sont toujours non exploitées, mais elles n'ont qu'une influence limitée sur la tension de l'ensemble (en fait, on perd une tension égale à la tension des diodes en antiparallèle qui sont devenues conductrices).

Les panneaux commerciaux ne sont malheureusement pas munis d'un tel dispositif (qui n'aurait de toute façon pas d'effet sur leurs caractéristiques nominales).

Lorsqu'une "mauvaise" cellule, ou une cellule mal éclairée, fait partie d'un ensemble de cellules montées en série, et que ces cellules ne sont pas munies de diodes en antiparallèle, la tension sur la cellule défectueuse peut devenir grande (jonction polarisée en sens bloquant) sans pour autant que le courant qui circule dans l'ensemble devienne négligeable (les cellules solaires ont un courant inverse relativement grand). La "mauvaise" cellule est donc le siège d'une dissipation importante d'énergie sous forme de chaleur, ce qui est dangereux pour l'encapsulation, pour elle-même et pour ses voisines.

La formation d'un point chaud est particulièrement à craindre dans le cas où une branche est court-circuitée, ce qui n'est nullement une situation exceptionnelle (en fait, on court-circuite parfois une branche intentionnellement pour annuler sa tension).

Pour éviter le phénomène du point chaud, on utilise des diodes en antiparallèle (diodes de "by-pass"), mais il n'est pas nécessaire d'en prévoir une pour chaque cellule. En pratique, il suffit de prévoir une diode en antiparallèle par groupe de 18 ou 36 cellules pour que la tension inverse susceptible de se développer sur une diode "mauvaise" soit limitée à une valeur acceptable. Ces diodes en nombre réduit jouent un rôle de protection, mais ne permettent pas une utilisation correcte d'un branchement comportant une "mauvaise" cellule.

Dernière mise à jour le 15-03-2003