Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 10 : Modélisation des modules photovoltaïques

Pour décrire le fonctionnement de dispositifs électriques, i l est d'usage d'utiliser des modèles électriques équivalents de type "circuit électrique", c'est-à-dire constitués d'éléments relativement simples (sources de tension ou de courant, résistances...) interconnectés en respectant les lois de Kirchhoff (loi des noeuds en ce qui concerne le courant, loi des mailles en ce qui concerne les tensions électriques). Il s'agit à nouveau d'une approximation, mais elle est très commode pour deux raisons :

• Les circuits de Kirchhoff présentent des propriétés bien connues, notamment la conservation de la puissance, que l'on peut utiliser pour analyser le comportement du dispositif.
• En utilisant un modèle de ce type, on peut représenter les différents phénomènes physiques impliqués en attribuant à des éléments distincts du circuit des propriétés ad hoc.

Comme indiqué aux pages précédentes, l'effet de l'éclairement d'une cellule photoélectrique est l'apparition d'un courant photogénéré i_L . Le modèle électrique de la cellule comportera donc une source de courant de valeur i_L , dont la valeur est déterminée comme expliqué aux pages précédentes.

Ce courant n'atteint pas entièrement les bornes de la cellule : une partie plus ou moins importante de ce courant est perdue par différents phénomènes de recombinaison des porteurs N et P .

Les phénomènes de recombinaison sont d'autant plus importants que la tension électrique de la cellule est plus grande, ce qui conduit pour la cellule à une caractéristique tension-courant ayant l'allure indiquée en semaine 2. On peut donc les représenter en plaçant une résistance (non linéaire) en parallèle avec la source de courant i_L .

Enfin, on incorporera dans le circuit équivalent une résistance linéaire R_s , en série avec le circuit extérieur, pour tenir compte de la résistance des liaisons électriques internes à la cellule et du matériau de la cellule proprement dite. On arrive ainsi au circuit équivalent de la figure ci-dessous.

Figure S10-15 : structure du modèle circuit d'une cellule

Notons que le même circuit équivalent est utilisable pour modéliser un module complet constitué de plusieurs cellules en série, pourvu que les cellules soient identiques et éclairées de la même façon. Dans ce cas, les résistances correspondant au modèle d'une cellule doivent être multipliées par le nombre de cellules en série, et la résistance R_S peut englober la résistance des connexions entre les cellules.

Si le modèle est utilisé pour représenter une seule cellule, la tension u_p est appelée "tension de jonction" et on peut la désigner par u_jonct. .

Insistons sur le fait que le circuit de la figure S10-15 est un circuit équivalent : les différents éléments ne correspondent pas à des phénomènes distincts et bien localisés.

On remarquera aussi la similitude entre le circuit équivalent de la figure S10-15 et les circuits équivalents habituellement utilisés en électrotechnique pour modéliser les transformateurs et les machines électriques classiques. Comme en électrotechniques, les non-linéarités sont attribuées à un seul élément du circuit équivalent, celui de la branche parallèle. L'impédance série du circuit équivalent est par contre supposée linéaire. La conséquence est que certaines méthodes, utilisées en électrotechnique pour utiliser le circuit équivalent et en déterminer les paramètres, peuvent être transposées à l'étude des cellules et modules photovoltaïques.

Dernière mise à jour le 30-04-2004