Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 10 : Modélisation des modules photovoltaïques

La première partie du modèle lumineux est de nature optique. En effet, pour que le rayonnement solaire puisse avoir un effet photovoltaïque, il doit atteindre la jonction semiconductrice.

Or, une partie du rayonnement qui frappe la surface du module est perdue par réflexion sur la surface du module, par absorption dans la vitre, par réflexion sur la surface interne de la vitre, sur la surface de la cellule, par absorption dans le matériau semiconducteur qui couvre la jonction. Une partie du rayonnement qui atteint la jonction va aussi la traverser sans être absorbée, donc sans produire d'effet utile (sauf si elle est réfléchie sur une surface située sous la jonction et qu'elle retraverse une deuxième fois celle-ci). Ces phénomènes optiques, qui diminuent l'efficacité du module, dépendent de l'inclinaison du rayonnement par rapport au module. En général, plus l'inclinaison du rayonnement incident est grande et plus ces phénomènes sont pénalisants.

La dépendance de ces phénomènes vis à vis de l'inclinaison est souvent négligée car elle n'affecte de façon significative que les rayons fortement inclinés, donc qui n'apportent de toute façon que peu d'énergie au module.

Si au contraire on ne néglige pas cet effet, on est amené à définir pour chaque éclairement une valeur efficace qui est l'éclairement qui, venant de la direction perpendiculaire aux modules, y produirait le même effet photoélectrique.

Comme nous l'avons dit en semaine 8, on admet à titre d'approximation que l'éclairement direct et l'éclairement diffus directionnels proviennent uniquement de la direction correspondant au centre du disque solaire.

La formule vue en semaine 8 , à savoir (S08-05) (référence page S08P10) , ne permet pas telle quelle de calculer l'éclairement efficace correspondant : elle doit être corrigée pour tenir compte de la dépendance vis à vis de l'angle d'incidence due aux phénomènes du type décrit ci-dessus.

En effet, l'expression (S08-05) fournit la valeur correcte du rayonnement direct et circumsolaire qui atteint la surface du module, mais l'efficacité de ce rayonnement est moindre lorsque l'incidence est oblique. On est donc amené à introduire dans cette expression un facteur de correction qui tient compte du fait que l'angle d'incidence n'est pas nul.

Ce facteur "Incidence Angle Modifier" est souvent pris de la forme

(S10-1) F_IAM = 1 - b_o (1/cos i -1 )

On notera qu'il existe un angle limite, inférieur à 90°, pour lequel la formule (S10-1) fournit la valeur nulle. Au-delà de cet angle limite, la valeur devient négative, ce qui est absurde. Au-delà de l'angle limite, on considèrera donc que le rayonnement utile reçu par le module est nul.

Si on en tient compte, la dépendance vis à vis de l'angle d'incidence obtenue en multipliant (S08-5) par (S10-1) fait que l'éclairement unidirectionnel "efficace" devient

(S10-2a) (s_n + d_d )[(1+b_o) cos i - b_o ] si i < i_lim

(S10-2b) 0 si i > i_lim

Les autres composantes du rayonnement sont aussi affectées par les phénomènes optiques se déroulant dans le module. Il faudrait donc en principe corriger également les formules (S08-11), (S08-12) et (S08-13) , autrement dit tous les facteurs de forme définis en semaine 8. Les facteurs de correction peuvent se déduire de (S10-1) en utilisant des techniques similaires à celle de l'exercice S08-3.

Exercice S10-2 : corriger les facteurs de forme pour tenir compte du F_IAM.

J'admets ne pas connaître le résultat de cet exercice. Si quelqu'un peut éclairer ma lanterne, je serai heureux d'en faire profiter les visiteurs du site.

Dernière mise à jour le 27-04-2004