Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 10 : Modélisation des modules photovoltaïques

Nous avons vu lors de la guidance des semaines précédentes comment obtenir un profil des composantes de l'éclairement en fonction du temps, afin de pouvoir par simulation déterminer les performances d'une installation et comparer différentes possibilités.

L'étape suivante est de modéliser les modules, ce à quoi nous allons nous attacher cette semaine.

Pour aborder cette question, commencons par une description sommaire du phénomène de conversion photovoltaïque. Ce rapide survol physique va nous aider à structurer le modèle cherché.

Les cellules solaires sont constituées d'une jonction entre matériaux à conduction électronique, l'un de type N et l'autre de type P .

Dans le matériau de type N, la conduction est assurée par le déplacement de "porteurs" chargés négativement (électrons avec une énergie suffisante pour devenir mobiles). Au contraire, dans un matériau de type P , la conduction est assurée par le déplacement de porteurs chargés positivement (trous correspondant au manque d'un électron).

La jonction entre deux matériaux de types différents comporte une zone (zone de déplétion) dans laquelle il y a peu de porteurs. L'effet du rayonnement est de fournir assez d'énergie pour faire apparaître dans cette zone des paires de porteur (apparition simultanée d'un porteur N et d'un porteur P). On montre que les porteurs P ainsi créés ont tendance à migrer vers le matériau P et les porteurs N vers le matériau N . Il "suffit" de munir ces matériaux d'une électrode chacun et de connecter à ces électrodes un circuit électrique pour qu'un courant circule dans ce circuit. On notera cependant qu'une partie des porteurs générés par le rayonnement disparaît suite à divers phénomènes de recombinaison (disparition simultanée d'une porteur N et d'un porteur P). Enfin, puisque la conversion utilise au moins un matériau semiconducteur, elle sera très sensible à la température.

Lorsqu'on doit modéliser un phénomène complexe, on cherche un modèle qui se divise en plusieurs parties plus simples dont les interactions sont faciles à décrire. La description sommaire effectuée ci-dessus permet d'espérer pouvoir partager le modèle en trois parties :

• un modèle "lumineux" qui permet de déterminer à partir des caractéristiques d'éclairement un courant électrique (le courant photogénéré) ;
• un modèle électrique permettant de calculer quelle est la partie du courant photogénéré qui circulera dans le circuit électrique extérieur ;
• un modèle thermique permettant de calculer la température interne du module, et donc de prendre en compte cette température dans les deux parties de modèle citées ci-dessus.

La guidance de cette semaine va examiner ces trois parties successivement.

Dernière mise à jour le 27-04-2004