
Constitution
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Caractéristiques électriques principales |
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Lorsqu'il ne circule aucun courant "I" dans un module, la tension à ses bornes est notée Uoc (tension à circuit ouvert).
Dans le cas inverse -c'est à dire aucune tension à ses bornes- le courant traversant un module est appelé Isc (intensité de court-circuit)
La tension Uoc se mesure aux bornes du module seul, non raccordé à un champ photovoltaïque.
L'intensité Isc se mesure en mettant le module en court-circuit (opération non destructrice).
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Le point MPP |
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Le fonctionnement normal d'un module ne se situe jamais
à
Isc maxi ou Uoc maxi.
Son meilleur rendement se situe au point MPP (ou MPPT) qui se trouve à l'intersection de deux droites caractéristiques d'un module
en ordonnée : droite verticale passant par P max
en abcisse : droite horizontale à l'intersection de la droite ci-dessus et de la courbe Isc/Uoc
Par projection, ces deux droites permettent de déterminer Up max et Ip max qui sont les deux valeurs fondamentales recherchées et gérées par l'onduleur.
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MPPT
Maximum Power Point Tracking en anglais
ou
MPP
Maxi Puissance Possible en français. |
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Une autre méthode de calcul est possible pour déterminer la tension Up max
Rappel : Up max = tension pour une puissance optimum
Sachant que la tension théorique aux bornes d'une cellule photovoltaïque est de 0,487 V, on peut déduire Up max en fonction du nombre de cellule montées en série dans un module :
Nbr cellules |
36 |
48 |
54 |
72 |
Up max |
36 x 0.487 =
17.5 V |
48 x 0.487 =
23.4 V |
54 x 0.487 =
26.3 V |
72 x 0.487 =
35.1 V |
Les diodes bypass |
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La tension aux borne d'une diode
bypass est de 0,6V. La puissance dissipée lorsqu'une diode est en fonctionnement
est donc très faible :
P diode = O,6 V x I pmax
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Les cellules étant montées en série dans un module photovoltaïque, une ou plusieurs cellules à l'ombre subissent une surchauffe qui peut entraîner leur destruction.
En effet, une cellule "masquée" voit l'intensité qui la traverse diminuer. De ce fait, elle bloque la circulation de l'intensité "normale" produite par les autres modules. La tension aux bornes de cette cellule "masquée" augmente, d’où apparition d’une surchauffe.
C'est l'effet d'autopolarisation inverse. Une telle cellule est appelée "Hot spot"
Les diodes bypass servent alors à protéger les cellules à l'ombre en dérivant l'intensité "normale" pour l'empêcher de passer dans la cellule "masquée". Un panneau solaire dispose d'une à trois diodes bypass, en fonction de son nombre de cellules (en moyenne 36 cellules pour 3 diodes bypass).
En cas de masque :
1 diode : 100% du module est en bypass
2 diodes: 50% du module est en bypass
3 diodes: 33% du module est en bypass
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Exemple
Soit un champ photovoltaïque constitué d'un ensemble de modules en série, avec un régime de fonctionnement au point MPP tel que
I pmax = 7.2 A
U pmax = 26.3 V
Si une des cellule est masquée, elle bloque l'intensité I pmax traversant toutes les autres cellules, et la tension à ses bornes augmente pour tendre à
U pmax = Uoc
Si Uoc = 30 V, alors l'échauffement (Hot spot) à ses bornes sera de
I pmax x Uco = 210 W
Les diodes de blocage |
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La tension aux borne d'une diode
de blocage est de 0,6V. La puissance
dissipée lorsqu'une diode est en
fonctionnement est donc très faible:
P diode = O,6 V x I
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Système raccordé réseau
Alors que les diodes bypass sont utilisée à l'intérieur d'un module pour compenser l'effet d'autopolarisation inverse (voir ci-dessus), le même phénomène peut être observé, entre les modules eux-même, lorsque un champ est constitué de modules en strings parallèles.
Les diodes de blocage évitent que le flux de courant soit inversé entre les strings de panneaux reliés en parallèle, quand il y a un masque sur l'un d'entre eux.
Système sur site isolé
Les diodes de blocage empêchent le déchargement de la batterie à travers les panneaux photovoltaïques en l'absence de lumière solaire.
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Influence de l'ensoleillement |
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Avant de s'équiper en modules photovoltaïques, il est intéressant de connâitre les conditions géographique d'ensoleillment du lieu concerné. Pour celà, on consulte la carte du gisement solaire [ci contre celle de la France].
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Si la tension à vide Uoc ne subit que de faibles variations, le courant de court-circuit Isc quant a lui est lineairement lié à l'ensoleillement.
Le point MPP, donc la performance du module dépendent donc fortement de l'ensoleillement
Le point MPP
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Un module solaire n'est qu'exceptionnellement exactement face au soleil puisque la terre tourne en permanence et que l'inclinaison du soleil par rapport aux modules évolue en permanence.
Au cours d'une journée sans nuage, la production électrique du module varie également en permanence en fonction de la position du soleil et n'est jamais à son maximum sauf au bref passage du plein midi solaire. La production totale en fin de journée est donc une somme de productions partielles.
Par temps couvert, donc en l'absence de soleil, la luminosité ambiante -alors que le soleil est caché- permet quand même une toute petite production électrique, et ces petites productions additionnées finissent par faire des kWh.
Le nombre d'heures d'ensoleillement, en équivalent kWh/kWc/an n'a rien à voir avec le nombre
d'heures d'ensoleillement au sens météo.
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Influence de la température |
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La tension à vide Uoc d'un module photovoltaïque augmente ou décroît fortement lorsque celui-ci est soumis à des variations de températures ambiantes. L'Isc quant à lui reste plutôt constant face à ces variations.
Les variations de la tension à vide Uoc conditionnent directement la puissance P max du module: la chaleur est donc un paramètre non négligeable dans les calculs et les moyens de mise en oeuvre d'un champ photovoltaïque :
Si on ne maîtrise pas la chaleur directe, due a l'ensoleillement lui-même, on peut tout de même constater qu'un module aura un meilleur rendement en haute montagne que dans un désert de sable.
Quant au module, en cas d'intégration toiture, il est nettement préférable de privilégier des technologies d'intégration laissant une lame d'air libre sous les panneaux, afin de facilier leur refroidissement.
Le point MPP, donc la performance du module dépendent donc fortement de la température.
Le point MPP
Coef de température |
Ces influences font partie des caratéristiques électriques des modules, indiquées par le fabriquant : |
αPmax |
Coefficient de température sur P max |
αUco |
Coefficient de température sur Uoc |
αIcc |
Coefficient de température sur Isc |
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