Etude comparative entre les deux méthodes de détermination des paramètres électriques d'un module photovoltaïque.

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1 ®emerciemen(s

Louanges à Dieu tout puissant, clément et

miséricordieux de nous avoir donné la chance de

terminer ce travail et de vivre cet heureux

évènement.

Nous tenons à formuler notre gratitude et nos

profonds remerciements à notre encadreur Mme

Souad MERABET pour sa disponibilité et son aide

précieuse et qui nous a toujours accueillies avec

bienveillance, qui n'a pas ménagé ses efforts pou

nous guider.

Mes remerciements vont aussi a" membres de jury

qui ont bien voulus accepter de jurer ce travail.

Un grand remerciement à notre Enseignant 0.

Tekkouk.

Nos remerciements s'adressent aussi à 1'ensemble

des Enseignants qui ont contribué par leurs

compétences à notre formation.

Enfin, nous remercions toutes les persomes qui

nous ont aidé de loin ou de prés.

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1 Dédicace

A ma chère ma:mam qu± été j)our i'iiwn corps mieux

qu'um cœur ;

A mcm cher ÏiûLpa qu± a sacrtfiié scm te:mps poru;r nous;

A mon cher conjotmt ;

A mes soeurs : gcart:im, `^JidhÆ 9`liddgj et et saf iûû3

JAssi[ ;

A mes frères : JMdbu, Soufi et fa;res, ms niÀces ei

ms mveux

A ma gmndè fmiûïè BEf o`UT:D

A toutes i'm3s amies, tous mes ca;maradès

j]ariicuûürememt :

Saf,f:ia, Taiiha, Wæfia, Sara. imæme, Kari;wna, Ari:na

Kenza

A torus ms coægues dès étudès et pa:rticuaère"m±

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Dédicace

A ma chère ma:mam qui été j)ow mon corps mieux

qu'um cœur ;

JA. mom chw poLpa qul a sacrif té scm temps Ï]o'w nous;

A ma sœur :J+meG

A mes frères :Mohemed; Issa:rrb JAftmd

A rm grcmde fiamfflü3 Boudbudd et Jcahakt

A torutes niu3s amies, tous mes ca:ma;radès

jiarticuaèrememt :

Waftffia,Saf ia,Ari:m, Asma. Wæfia, Sa;ra, Wessem

Mi;mL gce:nza. T¢±:riria, Nasst:rim, Nozha,

J\4otu;riÆL g\4ery a:m, gchaf tüa. Jk:m,e[

Bd;iaa.Saya,Sa4t:i'ia,KhÆ;wdbftmdd,TOLliha.

A tcrus mes coŒègues dès énÆd;es et Ï}articuaère:mm±

ûk ïyromotion 20i7.

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1 Table des matiérs

lntroduction générale ... 1

Cliapitre I :Généralités sur la conversion photovolta.i.que

1.1 -Introduction

I.2-La cellule photovoltaïque

1.2.1-Le principe de fonctionnement d'une cellule photovoltaïque ... 3

I.2.2-La jonction PN

1.2.3-Diagramme de bande d'énergie

I.3-Cellule solaire idéale

I.4.Cellule solaire réelle

1.5-Caractéristique d'une cellule solaire

1.5.1-Le courant de court-circuit « Icc »

I.5.2-La tension de circuit ouvert « Vco »

I.5.3-La réponse spectrale « SR (À,) »

I.5.4-La puissance maximale « Pm »

I.5.5-Le facteu de fome « FF »

1.5.6-Le rendement de conversion « n »

1.6-Le module photovoltaïque ... 9 1.6.1-Association en série

1.6.2-Association en parallèle

1.6.3-Association mixte

1. 7-Générateur photovolta.i.que

1. 8-Matériaux adéquats

1.9- Les différentes filières

1.9.1 -Filières cellules photovoltaïques au silicium cristallin

1.9.2-Filières cellules photovoltaïques en couche mince

I.9.2. l-Les cellules photovoltaïques en silicium amorphe (Si-H) ... 14 I.9.2.2-Les cellules photovoltaïques à base cu (In, Ga) Se2 ... 14 1. 10- Conclusion

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Chapitre 11 : Mode]é mathématique et méthode analytique.

11.1 -Introduction

11.2-Modèle à une diode

11.2.1 -Modèle à cinq paramètres

11.2.1.1 - Calcul du photocouant lph 11.2.1.2-Couamt de saturation ls

11.2.2-Modèle à quatre paramètres

11.3-Méthodes d'identification des différents paramètres

11.3 .1 -Méthode explicite simplifiée

11.3.2-Méthode de la pente au point (Vco, 0)

11. 3.3-Méthode itérative

11.4- Conclusion

Chapitre 111 : Résultat et discutions.

111. 1 - Introduction

111.2- Caractérjsation paramétrique du module photovoltaïque

111.2.1-Influence de l'éclairement

111.2.1.1 -Pztramètres inconnus aux conditions standards

111.2.1.2-Paramètres inconnus à G= 800w / m2, T = 25 °C

111.2.1.3-Paramètres inconnus à G= 400w / m2, T = 25 °C

111.2.2- Influence de la température III.2.2.1-Paramètres inconnus à T = 40 °C, G= 1000w / m2 ...,. 29 III.2.2.2-Paramètres inconnus à T = 60 °C, G= 1000w / m2 ... 29 111. 3 -Résultats et discussions 111.3,1 -Méthode Explicite 111.3.1,1 -Variation de l'éclairement 111.3 .1.2-Variation de la température

111.3.1.3-Confrontation des résultats simulés avec les données

expérimentales

111.3.2-Méthode de la pente au point (Voc, 0)

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111.3.2.1 -Variation de l'éclairement 111.3.2.2-Variation de la température

111.3.2.3-Superposition des caractéristiques simulées et expérimentales .... 37

III.4-Conclusion

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Liste des figures

Figure 1.1 : Coupe transversale d'une cellule PV typique Figure 1.2 : Structue d'une jonction

Figure 1. 3 : Pnncipe de fonctionnement

Figure 1.4 : Diagramme de bande d'énergie d'une cellule photovoltaïque

Figure 1. 5 : Circuit équivalent d'une cellule solaire idéale

Figure 1`6 : Circuit électrique équivalent d'une cellule solaire réelle Figure 1.7: Caractéristique I(V) et P(V)

Figure 1.8: Module photovolta.i.que

Figure 1.9 : Association de cellules en série Figure 1.10 : Association de cellules en parallèle Figure 1.11 : Présentation d'une association mixte

Fïgure 1.12 : Présentation d'une cellule, d'un panneau et d'un champ photovoltai.que ... 12 Fjgure 1.13 : Structue d'une cellule photovolta.i.que

Figure 11. 1 : Schéma équivalent du modèle à une diode à cinq paramètres Figure 11.2: Schéma équivalent du modèle à une exponentielle

Figure 11.3 : C`aractéristique I(V), détemination de la pente

Figue 111.1 : Caractéristique (a) : I(V) et P(V) sous diverses irradiations et température

constante

Figue 111.2 : Caractéristique (a) : I(V) et P(V) sous diverses températures et Eclairement constant

Figure 111.3 : Superposition des courbes expérimentales et simulées (a) : I(V) et P(V) G=1000W/m2, T=25°C

Figure 111.4 : Superposition des courbes expérimentales et simulées (a) : I(V) et P(V) G=800W/m2, T=25°C

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Figue 111. 5 : Superposition des courbes expérimentales et simulées (a) : I(V) et P(V) G400W/m2, T=25°C

Figue 111.6 : Caractéristique (a) : I(V) et P(V) sous diverses inadiations et température constante

Figue 111.7 : Caractéristique (a) : I(V) et P(V) sous diverses températures et Eclairement constant

Figue 111. 8 : Superposition des coubes expérimentales et simulées (a) : I(V) et P(V) G=1000W/m2, T=25°C

Figue 111.9 : Superposition des courbes expérimentales et simulées (a) : I(V) et P(V) G=800W/m2, T=25°C

Figue 111.10 : Superposition des courbes expérimentales et simulées (a) : I(V) et P(V)

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Liste des tab]eaux

Tableau 1.1 : Rendements des cellules solaires pou les trois générations ` .... ` ` ` . . . ` ...15

Tableau 11.1 : Caractérïstiques du module SP75

Tableau 111.1 : Paramètres incomus aux conditions standards, G= 1000w / m2, T = 25 °C. . . 27 Tableau 111.2: Valeurs des paramètres photovoltai.ques pou G = 800w / m2 et T = 25 ° C .... 28 Tableau lll.3: Valeurs des paramètres pv pour G = 400w / m2 et T = 25 ° C ... `28 Tableau 111.4 : Valeus des paramètres PV pour G = 1000w / m2 et T = 40 ° C ... 20 Tableau lll.5 : Valeurs des paramètres pv pou G = 1000w / m2 et T = 60 ° C ... 29

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Introduction générale

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INTRODUCTION

La production d'énergie est un défi de grande importance pour les années à venir. En effet, les besoins énergétiques des sociétés industrialisées ne cessent d'augmenter. Par ailleurs, les pays en voie de développement auront besoin de plus en

plus d'énergie pour mener à bien leur développement. De nos jours, une grande partie

de la production mondiale d'énergie est assurée à partir de sources fossiles. La consommation de ces sources donne lieu à des émissions de gaz à effet de serre et donc une augmentation de la pollution. Le danger supplémentaire est qu'une

consommation excessive du stock de ressources naturelles réduit les réserves de ce

t)pe d'énergie de façon dangereuse pou les générations fiitures [ 1 ].

En vertu du Protocole de Kyoto, l'Union Euopéenne s'est engagée à réduire ses

émissions de gaz à effet de serre de 8% en dessous de leurs niveaux de 1990 su la

période 2008-2012 [2]. Les énergies renouvelables telles que l'énergie éolienne, l'énergie solaire, l'énergie hydroélectrique et la biomasse doivent jouer un rôle important pour atteindre cet objectif. Dans ce contexte, en septembre 2001, l'Union Européenne a adopté la Directive relative à la promotion de l'électricité produite à partir de sources d'énergie renouvelable sur le marché intérieur de l'électricité [3]. L'objectif de cette directive est la promotion et l'exploitation à l'avenir du potentiel

des souroes d'énergie renouvelable.

Par énergie renouvelable, on entend des énergies issues du soleil, du vent, de la chaleur de la terre, de l'eau ou encore de la biomasse. A la différence des énergies fossiles, les énergies renouvelables sont des énergies à ressource illimitée. Les énergies renouvelables regroupent un certain nombre de filières technologiques selon la source d'énergie valorisée et 1'énergie utile obtenue. La filière étudiée dans ce

mémoire est l'énergie solaire photovoltaïque.

L'énergie solaire photovolta.i.que provient de la transformation directe d'une partie du rayonnement solaire en énergie électrique. Cette conversion d'énergie s'effectue par le biais d'une cellule dite photovoltaïque (PV) [4], basée sur un

phénomène physique appelé effet photovoltaïque qui consiste à produire une force

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électromotrice lorsque la surface de cette cellule est exposée à la lumière. La tension générée peut varier en fonction du matériau utilisé pour la fabrication de la cellule. L'association de plusieu..s cellules PV en série/parallèle donnent lieu à un générateu photovolta.i.que (GPV) qui a une caractéristique courant-tension (I-V) non linéaire présentant un point de puissance maximale.

La caractéristique I-V du GPV dépend du niveau d'éclairement et de la

températue de la cellule ainsï que du vieimssement de l'ensemble. De plus, son point de fonctionnement du GPV dépend directement de la charge qu'il alimente. Actuellement, la modélisation et la simulation électriques s'avèrent deux outils

parfaitement adaptés et peu coûteux pour étudier ces phénomènes et tenter, en les

comprenant, de les optimiser au maximum.

Les travaux menés dans ce mémoire se sont concentrés sur la détermination des

paramètres électriques photovoltaïques susceptibles d'influencer le fonctionnement d'une cellule photovolta.i.que ou un GPV. Ainsi, ce manuscrit décrira les méthodes numériques utjlisées pour l'identification de ces paramètres, qui se sont révélées utiles

pou prévoir et comprendre le phénomène photovolta.i.que étudié.

Dans le chapitre 1, nous rappelons le contexte et la problématique de l'énergie solaire photovoltaïque ainsi que les principales caractéristiques d'un GPV.

Nous présentons dans le deuxième chapitre, les différentes méthodes numériques utilisées pour simuler le fonctionnement d'un générateu photovoltaïque « GPV ».

Dans le chapitre 111, nous commençons par une présentation des résultats

obtenus par simulation, à partir de l'application des méthodes citées précédemment.

Ensuite pou valider les résultats, une comparaison est effectuée avec des données

expérimentales.

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Chapitre 1

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I.l-Introduction

L'énergie solaire photovolta.i.que (PV) provient de la conversion directe de l'énergie provenant de photons, comprise dans le rayonnement solaire, en énergie électrique, par le biais de capteurs fabriqués avec des matériaux sensibles aux longueurs d'ondes du vjsjble (nommés cellu[es PV). L'assocïatjon de plusi.eurs cellules PV en série/parallèle donne lieu à un générateu photovolta.ique (GPV) qui a une caractéristique statique courant-tension I(V) non linéaïre et présentant un point de puissance maximale (PPM). Cette caractéristique dépend du niveau d'écla].rement et de la température de la cellule ainsi que du vieillissement de l'ensemble.

I.2-La cellule photovolta.i.que

Une cellule photovoltaique est basée sur le phénomène physique appelé effet photovoltal.que qui consïste à étabhr une force électromotrice lorsque la surface de cette cellule est exposée à la lumïère tel que représenté sur la figure 1.1. La tension générée peut varier entre 0.3 V et 0 7 V en fonction du matériau utïli.sé et de sa disposition ainsi que de la température de la cellule et du vieillissement de la cellule

[4].

I.2.1-Le principe de fonctionnement d'une cellule photovoltaïque

Une cellule PV est réalisée à partir de deux couches de sïlicium, une dopée P (dopée au bore) et l'autre dopée N (dopée au phosphore) créant ainsi une jonction PN avec une barrière de potentiel. Lorsque les photons sont absorbés par ]e semi-conducteur tel que représenté sur la figure 1.1 [5], ils transmettent leur énergie aux atomes de la jonctïon PN de telle sorte que ]es électrons de ces atomes se libèrent et

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Ceci crée alors une difïërence de potentiel entre les deux couches. Cette différence de potentiel est mesurable entre les connexions des bomes posjtives et négatives de la cellule. A travers une charge continue, on peut en plus récolter des

porteurs. La tension maximale de la cellule pou un courant nul est nommée tension de

circuit ouvert (Vœ). Le courant maximal se produit lorsque les bomes de la cellule sont court-circuitées, il est appelé couramt de court-circuit (Icc) et dépend fortement du niveau d ' éclairement.

I.2.2-La jonction PN

Une jonction PN est l'accolement d'une région dopé P et d'une région dopée N

(voir Figure 1.2). Lors de cet assemblage les porteurs de charges libres s'attirent et se recombinent dans la zone de jonction où les porteurs libres disparaissent : c'est la zone de transition.

Diffi}sion de bûus

p:é:ë%iî:é:ë:N

Diffiidon d'ëlectmns

Figure 1.2 : Structue d'une jonction

11 ne reste donc plus que les ions dans cette zone qui vont créent un champ électrique inteme au niveau de la jonction (Figure 1.3), et qui empêche les charges

libres restantes dans chaque zone de traverser la jonction pou se recombiner [6].

Zone de Lranàtion

© oO o 0

®

_•®®®

p : o : o OÉ

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®o©oN

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Ërest dirigé de N vers P.

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1 L2.3- Diagmmme de bande d'énergie

Considérons alors cette jonction P-N recevant un rayonnement de fiiéquence Ü,

telle que hv > Eg (énergie de gap). Si les photons incidents interagissent avec les

électrons de la bande de valence en leus communicant leur énergie, ceux-ci passent

dans la bande de conduction laissant des trous dans la bande de valence (voir Figure 1.4). Le rayonnement incident excite des paires électron-trou. Les électrons créés dans la régïon P et les trous engendrés dans la région N se diffusent. La région N reçoit des électrons et se charge négativement, la région P accepte des trous et devient positive. Le rayonnement incident a pour effet de polariser la jonction en direct [7]. Une partie

de l'énergie cinétique des photons est ainsi directement transfomée en énergie

électrique : c'est l'effet photovoltaïque.

Figure 1.4 : Diagramme de bande d'énergie d'une cellule photovolta.i.que

l.3-Cellule solaîre idéale

On modélise la cellule photovolta.i.que idéale par le circuit de la figue 1.5 :

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Le courant traversant lajonction est donnée par la relation suivante :

' - /.,,6"h'7 - 1).

(1.1 )

Tels que, Is est le courant de saturation ou courant inverse de la diode, q la charge de l'électron. y, la tension aux bornes de la diode, Æ la constante de Boltzmann, r la température et n le facteur technologique.

On peut admettre qu'en présence de lumière il y a apparition d'un photocourant supplémentaire, Iph, dont le sens est opposé au courant direct. En branchant un circuit extérieur sur la cellule éclaïrée, on recueïlle ce courant.

Le courant sous lumière vaut :

'-'pw.,.G-A7-,).

La tension Vest donnée par :

1'=

(1.2)

(1.3)

où. vl--±

/

I.4.Cellule solaire réelle

Sur la figure 1.6, on présente le schéma équivalent d'une cellule solaire réelle, où deux résistances parasites sont introduites dans le circuit. La premïère est la rés]stance série, Rs, cette résistance est liée à l'impédance des électrodes et de la base, ïl en résulte que la tension y aux bornes de la cellule est différente de la tension aux bomes de lajonction.

La deuxième est la résistance shunt, Rsh, quï correspond aux pertes dans la surface et ceux dues aux défauts dans le matérïau. L'équation de la caractéristïque I-V de la cellule photovolta.i.que compte tenu de ces deux résistances s'écrit donc .

I(V) = Iph-[d -ls.

---,--- u-^-t 6 )

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1 I(V)--Iph-Is

(eï#-')-V + Iùl

Iùh

Series restgtÉ]nœ CurTent

(1.5)

Figure 1.6 : Circuit électrique équjvalent d'une cellule solaire réelle.

1.5-Caractéristique d'une cellule solaire

1.5.1-Le courant de court-circuit « Icc »

Le courant de court-circuit est le courant débité par la cellule sous éclairement en court-circuitant la sortie. C'est à dire que : Icc = I (V=0).

Pour une cellule solaire idéale le courant de court-circuit est égal au courant de photo génération 1 pA.

I.5.2-La tension de circuit ouvert « Vco »

La tension de circuit ouvert est la différence de potentiel mesurée aux bomes de

la cellule lorsque la sortie est en circuit ouvert, c'est à dire : Vco =V (IÜ).

Pour une cellule solaire idéale la tension de circuit ouvert est donnée par :

yœ--ln(#+,)

(1.6)

I.S.3-La réponse spectmle « RS (1) »

La réponse spectrale d'une cellule solaire est le rapport du courant total généré

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incident. Elle renseigne sur la réaction de la radiation incidente et pemet de fixer la gamme d'utilisation de la cellule.

SR(À) =

/pA(À)

qf(À)(l -Ji(À))

(1.7)

I.S.4-La puissance maximale « Pm »

La puissance débitée par une cellule solaire est maximum quand le produit-Vxr est maximum. Sj Vm, Im sont la tension et le courant pour lesquels on a ce maximum :

Pm = I mxvm = (1 X V) max (1_8)

La puïssance maximum est la surface du plus grand rectangle de côtés ym et /m

qu'on peut inscrire sous la courbe I (V) représentée su la figure 1.7 :

VŒ

Tc"ion 0,)

Figure 1.7: Caractéristique I(V) et P(V).

I.5.5-Le facteur de forme « FF »

On appelle facteur de forme, le rapport de la puissance maximale au produit : / „xVco Le facteur de forme indique la qualité de la cellule, il traduit l'influence des pertes par les deux résistances parasites : jif ef RSA.

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Iccyco

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Icc, Courant en court-circuit (V=0) Vco, Tension en circuit ouvert (1=0).

1.5.6-Le rendement de conversion « m »

Le rendement de conversïon d'une cellule solaire est le rapport de la puïssance maxjmale pouvant être extrajte à la puissance du rayonnement i.ncident.

n - Pm/P,

1.6-Le module photovo[ta.i.que

(1.10)

Le module photovolta.ique est par définitïon un ensemble de cellules solaires dites aussi photopiles, assemblées pour générer une puissance électrique exploitable lors de son exposition au rayonnement solaire. En effet, une photopile élémentaire ne produït qu'une très faible puissance électrique moins de 3W avec Line tensjon de l'ordre d'un volt lv : entre 0,5 et 1,5 V selon les technologïes. Afin de produire plus de puissance, les cellules sont assemblées en série ou en parallèle (voïr figure 1.8) pour former un module photovolta.i.que [8].

Figure 1.8 : Module photovoltai.que [8].

Les modules peuvent également être connectés en série et en parallèle formant ainsi un panneaii, afin d'augmenter ]a tension et l'intensité d'utïlisation [8] De plus, la fragilité des cellules au bris et à la corrosion exige une protectïon envers leur environnement et celles-ci sont généralement encapsulées sous verre ou sous composé plast,que

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1.6.1-Association en série

La caractéristique courant-tension d'un groupement quelconque de cellules sera homothétique de la courbe I (V) d'une cellule de base. 11 sera de même pour tout le réseau de caractéristiques. En conséquence, toiit ce quï a été dit pour une cellule individuelle restera valable et généra]isable pour un groupement des cellu]es

l c(.llule 1

L Ï ,,,,, Tl\\

1\,

Figure 1.9 : Associatjon de cellules en série [9]

Dans un groupement de Ns cellules ou de modules identiques en série tel que représenté sur la figure 1.9, le courant de la branche reste le même mais la tension augmente proportionnellement au nombre de cellules (modules) en série.

] c c -- J c c

J''C.O=Z=::,\SV7=7/ctj*NL`Ï

(1.11 )

Ce système d'association est généralement le plus communément utilisé pour les modules photovoltaïques du commerce. Comme la surface des cellules devïent de plus en plus importante, le courant produit par iine seule cellule augmente régulièrement au fur et à mesure de l'évolution technologique alors que sa tension reste toujours très faible. L'association série pemet aïnsi d'augmenter la tension de l'ensemble et donc d'accroître la puïssance de l'ensemble. Les panneaux commerciaux

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constitués de cellules de première génération sont habituellement réalisés en associant 36 cellules en série (Voc@.6V*36=2l.6V) afin d'obtenir une tens].on optimale du panneau Voc proche de celle d'une tension de batterie de 12V (à puissance maximale)

[9].

1.6.2- Association en parallèle

D'autre part, une association parallèle de np cellules est possible et permet

d'accroître le courant de sortie du générateur ainsi créé. Dans un groupement de

cellules identiques connectées en parallèle, les cellules sont soumises à la même tension et la caractéristique résultant du groupement est obtenue par addition des courants [9].

Vco = Vco

icc--E:Pii~-icc*Np

Figure 1.10 : Association de cellules en parallèle [9].

(1.12)

1.6.3- Association mixte

La connexion en série de plusieurs cellules forme une branche de cellules où on

a une augmentation de tension pour un même courant, un assemblage de plusieurs

branches de cellules en parallèle forme un module où on a un accroissement du courant

et une conservation de tension. Et, une association de plusieurs modules dans un même

plan s'appelle un panneau, et le montage de plusieurs panneaux en rangées de

panneaux série et parallèle forme un champ photovoltaïque ou ce que l.on appelle parfois une sous-station photovoltaïque [10]. Une association série et parallèle des

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panneaux photovolta.i.ques aura ume caractéristique I(V) théorique en tout point homothétique à celle des modules de base et elle est obtenue en modifiant les échelles su les deux axes (voir figure 1.11 ) [10].

o..-ct6r.itlq`.. 10/) aaaoc..o.i muh

876i:!3210 r Pa sürt,'W'lo C4 C

I

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I

!3 C1 • o 1o 2o 3o o 5o œ 7o m eaoîbo dL. ttLcdib 0/)

Figure 1.11 : Présentation d'une association mixte [10].

1.7-Générateur photovolta.kiue

Des modules multiples peuvent être câblés ensemble en série ou en paiallèle

pou livrer la tension et le courant nécessaire. Le groupe de modules s'appelle un

panneau photovoltaïque tel que représenté sur la figure 1.12.

•:È„ul¢

Figure 1.12 : Présentation d'une cellule, d'un panneau et d'un champ photovoltaïque.

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1

1 I

I

1

1 I

I

1.8- Matériaux adéquats

Pour passer de l'effet photovoltaïque à l'application pratique, il est nécessaire de trouver des matériaux qui pemettent d'optimiser les deux phases essentielles de ce

principe [ 1 1 ] :

1 . Absorption de la lumière incidente, 2. Collection des électrons en surface.

Les cellules PV sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteus qui sont capables de conduire l'électricité ou de la transporter [11]. Plus de 90 % des cellules solaires fabriquées à l'heure actuelle sont au silicium cristallin, un semi-conducteu. Une des faces de la cellule est dopée N (par exemple du phosphore). L'autre est dopée P (par exemple du bore) [11]. Des électrodes métalliques sont placées sur les deux fàces pour pemettre de récolter les électrons et de réahser un circuit électrique (voir

figure 1.13).

Figure 1.13 : Structue d'une cellule photovolta.i-que [ 11 ].

La face supérieure de la cellule est traitée de manière à optimiser la quantité de lumière entrant dans la cellule au moyen de traitement de surface, par l'application d'une couche anti réflexion [11]. Les faces supéneue et inférieure sont équipées d'élœtrQdes pQur récûlter les électrons. 11 existe différentes filières Qu différentes technologies de cellules photovolta.i.ques. Les différences entre elles se situent au niveau des matériaux utilisés et des procédés de fabrication [ 11 ].

(26)

1 I

I

1

1 I

1

1 I

I

1

1 I

I

1

1 I

I

1.9- Les différentes filières

11 existe un grand nombre de technologies mettant en œuvre l'effet photovolta.i.que, beaucoup sont encore en phase de recherche et développement. Les principales technologies industrialisées en quantité à ce jour sont : le silicium mono ou poly-cristamn (plus de 80% de la production mondjale) et le si]icium en couche mjnce à base de silicium amorphe ou CIS (CuivTe lndium Sélénium).

1.9.1-Filières cellules photovolta.i.ques au silicium cristallin

Dans ces filières, on distingue deux types principaux des cellules solaires ` La

filière du silicium monocristallin qui regroupe les cellules produites à partir de silicium

tiré puis découpé en plaquette circulaire très fine (épaisseur de 200 à 350 Hm, pour une

surface allant de 10xlo cm2 à 15xl5cm2) [12]. Généralement elle est destinée

essentiellement aux applïcattons spatiales et milïtaires ainsï que pour les réseaux de télécommunication. . . etc., où l'on rcchcrche le rcndcment ct la très hautc fiabïlité.

La filière du silicium polycristallin. où les cellules sont réalisées à partir des

déchets de l'industrie électronique sous forme de lingots carrés reffoïdis axialement découpés en plaquettes minces et débarrassés de leurs dét`auts recombinaiits par diffusion de phosphore au d'aluminium. Elles ont un rendement de 11 à 15%, mais leur coût de production est moins élevé que les cellules monocristamnes Ces cellules, grâce à leur potçntiel dç gain de prod\ictivité, se sont auLiourd'hui imposéçs Leur d\irée

de vie est estïmée à 30 ans [ 12].

1.9.2-Filières cellules photovolta.i.ques en couche mince

Les cellules dites "en couches minces" (Si.H, CdTe, CIS) sont potentiellement les plus prometteuses, malgré des rendements théoriques inférieurs, en raison des perspectives de baisse de coûts qu'elles of`frent par l'automatisation des procédés de production et les substrats qui sont à prix réduit.

1.9.2.1-Les cel]ules photwolta.i.ques en si[icium amorphe (Si-H)

Le silicium amorphe, apparu en 1976: a une forme non cristalline. Sa structure atomique est désordonnée, mais il possède un coefficïent d'absorption supérieur à ce]ui

(27)

I

1

1 I

1

1 I

1

1 I

I

1

1 I

du silicium cristallin, ce qui donne à une cellule photovoltaïque en silicium amorphe

une couleu grise ou marron très foncée.

1.9.2.2- Les cel]ules photovo[ta.i.ques à base Cu (In, Ga) Se2

Les alliages à base de séléniue de cuivre indium Culnse2 ont été étudiés

surtout par Boeing, pujs par NEREL aux États-Unis, Matsushita au Japon, Siemens

Solar (ex ARCO) [ 12].

Malgré les difficultés connues pour maîtriser cette filière à grande échelle, une

production industrielle a été amorcée par Si.emens So/cw depuis juillet 1998 avec la sortie d'un module de 10 W [12].

Dans le tableau 1.1, on présente le rendement photovolta`i.que des différentes filières pour les trois générations.

Type

Rendement

Module

Niveau de développement oellule on labo

en labo

commercial

l ère génération

SilicïummonocristaLlin

24.70% 22.70% 12-20% Production ind ustrielle

Siliciumpolycristallin

20.30% 16.20% 11 -15% Production industrielle

2éme génération

Silicium amorphe 13.40% 10.40%

5:9%

Production jndustrielle Silicium cristallinencouohemince

9.40%

7%

Production industrie)le

CIS 19.30% 13.50% 9- 1 1 % Production industrjelle

CdTe

16.70% 6-90/o Prêt pour la production

(28)

I

1

1 I

1

1 I

I

1

1 I

I

3éme génération

Cellule organique 5.70%

Au stade de la recherche

Cellule deGrâtzel

1 l o/o 8.40%

Au stade de la recherche

Tableau 1.1 : Rendements des cellules solaires pour les trois générations [12].

1.10- Conclusion

Nous avons commencé dans ce chapitre par décrire la cellule photovoltaïque, son principe de fonctionnement sous éclairage et le circuit électrique équivalent d'une cellule idéale et une cellule réelle. Ensuite, on a présenté ses différentes caractéristiques ainsi que la description des différentes associations possibles. Enfin, une brève description du module et du générateur photovoltaïques a été faite et nous avons terminé le chapitre par un rappel bref des filières technologiques existantes en mentionnant leur rendement photovoltaïque dans un tableau récapitulatif.

(29)

(30)

1 I

I

1

1 I

I

1

1 I

I

1

1 I

I

11.1- Introduction

Ce chapitre est consacré à la modélisation des cellules photovoltaïques qui passe nécessairement par un choïx judicieux des circuits électriques équivalents, Ik

nombreux modèles mathématiques sont développés pou représenter un comportement

fortement non linéaire, résultant de celui des jonctions semi-c®nductnces qui sont à la

base de leurs réalisations. Nous décrivant, quelques modèles mathématiques pemettant de calculer ou de représenter la caractéristjque I(V), délivrée par le module ou la celLule photovoltaïque.

Le module (ou cellule) photovolta.i.que est représenté généralement par un

circuit équivalent dont les paramètres sont calculés expérimentalement en utilisant la

canactéristique courant-tension. Ces paramètres ne sont pas généralement des quantités

mesurables ou incluses dans les données de la fabrication. La modélisation de ces demiers s'impose comme une étape cruciale et a conduit à une diversification dans les modèles proposés par les difïérents chercheurs. I.eurs difïèrences se situent principalement dans le nombre de diodes, la résistanceL shunt finie ou infinie, le facteur

d'idéalité constant ou non, ainsi que les méthodes numériques utilisées pou la

détermination des différents paramètres inconnus. Dans la plupart des travaux de la

littératue, on trouve principalement le modèle à cinq paramètres ou le modèle à quaùe

paramètres basés sur la modéhsation mathématique de la courbe tension-courant [13]. Dans notre travail, on s'intéresse au modèle à une diode (ou exponentie]le simple) du générateur photovolta.i.que basée sur l'équation de diode bien connue de Shockley.

IT.2-Modèle à une diode

Le fonctionnement d'un module photovoltaïque est décrit par le modèle «

standard » à une diode établi par Shockley pour une seule cellule photovolta.i.que [14]. 11 est généralisé à un module PV en le considérant comme un ensemble de cellules identiques branchées en série ou en parallèle. Une description plus simple est obtenue à partir du modèle à une exponentielle, ce qui implique que ce modèle comporte dans l'équation de la caractéristique courant- tension une seule exponentielle.

(31)

I

1

1 I

I

1

1 I

I

1

1 I

I

comporte dans l'équation de la caractéristique courant- tension une seule

exponentielle.

II.2.l-Modèle à cinq paramètres

La cellule photovolta.i.que est représentée par le cjrcuit électrïque de la figure 11.1, qui se compose d'une source de courant modéljsant le flux lumineux, les pertes sont modélisées par deux résistances, une résistance shunt et une résistance série. Le modèle fait donc intervenir les cinq paramètres inconnus suivants : n, /ph, Æs, fish et /s

/

=

Figure 11.1 : Schéma équivalent du modèle à une diode à cinq paramètres.

L'équation caractéristique est déduite d'une manïère directe à partir de la loi de

K irchhoff .`

[ -- I p h - I d - ] s h

(11,1 )

Le courant électrique produit par la cellule est alors donné par l'expression

suivante :

•-,,- Js[exp (

V+IR '' 1 '' V+[R /``. (H.2) Où,

/ = Jpt7, le courant foumi par la cellule en ampère, V = Vpt7 , la tension de la sortie aux bomes de la cellule en volts, lph est le photocourant en ampère, Is est le courant de saturation dans la diode en ampère, Rs et Rsh sont ]a résïstance en série et la résjstance parallèle en Ohm` V, est la tension thermique à la température T, donnée par l'équation suivante :

(32)

1 I

I

1

1 I

1

1 I

I

y'

(H.3)

9

Avec' K = 1.38 x 10-23 //°K , la constante de Boltzmann, q = 1.6 x 10-]9 C' , lacharge d'électron

Pour calculer le courant fourni par la cellule photovoltaïque, il est nécessaire de déterminer quelques paramètres.

11.2.1.1-Calcul du photocourant lph

Le courant photonique est lié à l'éclairement, à la température et au courant photonique mesuré aux conditions de rét`érence:

) M (T) = [ iih (r\) X ¢1 + K `i(Try -T\» (11.4)

Où,

7're/: la température de ré{`érence,

/ph(7'1) : le photocourant de la cellule à la température Ti, donnée par l'équation .

]Ph 7, = ICC T,X

Tel que,

C ec Cn, sont les éclairements réels aux conditions standard en (W/m2), Ko. Rapport du courant de court-circuit et de la température (A/°K) ;

/cc(7'1), le courant de court-circuit à la température (Ti), /cc(7'2), le courant de court-circuit à la température (T2) 7.1 , la température de fonctionnement,

7'2 , la température maximale de fonctionnement à ne pas dépasser.

--- t 19

r--(11.5)

(33)

1

1 I

I

1

1 I

1

1 I

I

1

1 I

I

11.2.1.2-Courant de saturation ls

Le courant de court-circuit lcc, représente le courant maximum généré par la cellule.11 est produit lorsqu'elle est soumise à un court-circuit" V=0" Comme Rs << Rsh, on peut admettre que lcc = lph, pour un éclairement de G=1000W/m2.

Le courant inverse de saturation de la dïode, s'exprime en foncti.on des caractéristiques du matériau et de la température telle que la relation :

ç(7-/ (7): exp (-#(+-=)) ,11.7,

Avec` Isref, le courant de saturation inverse mesuré à la condition standard (ou référence) et Eg,1'énergie de la bande interdite (gap) (1.12 ev pour le silicium):

1s rel

-1` ..'.`..,,

(11.8)

11.2.2- Modèle à quatre paramètres

Le modèle à quatre paramètres est un modèle largement utilisé ; il a été étudié par Townsend [15]. Ce modèle traite la cellule photovolta'ique comme une source de courant, dépendante de l'éclairement, connectée en parallèle avec une diode et en série avec iine résistance série Rs.

Les quatre paramètres apparaissant dans l'équatïon de la caractér]stique I(V) sont le courants photonique Jph , la résistance série fis , et deux caractéristiques de la diodeJs et 7t, courant de saturation et facteur d'idéalïté respectivement. Ces paramètres ne sont pas des quantités mesurables et ne sont pas généralement inclus dans les données des fabricants. Par conséquent, ils doivent être déterminés à partir des systèmes des équations I(V) pour différents points de fonctionnement (donnés par les

fabricants) [16].

Le schéma électrique équivalent de la cellule PV pour ce modèle est représenté

sur la figure 11.2:

(34)

I

1

1 I

I

1

1 I

I

Figure 11.2: Schéma équivalent du modèle à une exponentielle [16].

Le courant électrique produit par la cellule est a[ors donné par rexpression

suivante :

• -,ph -,s Çxp (

Vpv+'.Rs_{) -1) ,TI.9,}

Les quatre paramètres inconnus dans ce modèle sont /ph (photo courant), /s (le courant de saturation), m (le facteur d'idéalité) et Æs (la résistance série). Ces paramètres sont à déteminer à partir de la mesure de la caractéristique I-V pour un couple d'éclairement et température de référence (Fre/, Tref) donné aux conditions standards (STC . Standard Test Conditions) .1000 W/m2, 25 °C, spectre AM1.5 par le constructeur, ou issus de la mesure directe sur le module.

Ces mesures sont indïspensables afin de spécifier les données de base nécessaire pour la caractérisation des différents paramètres du modèle (1es quatre valeurs . Voc tension de circuit ouvert, /cc courant de court-circuit du module, Vm tension et lm courant au point de pulssance maximale).

Trois poïnts remarquables de la caractéristique (0, Jcc), (Voc, 0) et (/m, V77i) , peuvent être employés pour détermïner les quatre paramètres inconnus (Jph, Is, n, f?s),

comme suite [17] :

-,ph-,s(erp(q#)-1)

•-,ph-,sÇxp(q#T)-1)

(1110)

(35)

I

1

1 I

1

1 I

I

1

1 I

1

1 I

I

l - ,ph -,s (xp (q

Ns.rL.K.T (11. ] 2)

Problème de quatre inconnus et trois équations, cela a créé une diversification dans le choix de l'équation additionnel à ajouter. Ce qui amène, que nous nous trouvons devant une dizaine de méthodes de résolution cïtées dans la littérature, avec une précision variable d'une méthode à une autre.

11.3-Méthodes d'identirication des différents paramètres

Les méthodes mathématiques mïses en œuvre sont relativement élémentaires, du moins dans l'approche préconisée ci-dessus. Dans le cas des méthodes numériques, on utilise encore l'ordinateur pour sa vitesse et sa puissance de calcul, maïs on fait plus porter l'accent sur « l'objet mathématique » concemé [18] Ainsi, les méthodes numériques utilisées pour la détermination des différents paramètres ïnconnus sont présentées comme suite.

11.3.1-Méthode explicite simplifiée

La méthode explicite simplifiée est basée sur la résolution analytique, Cette méthode considère comme une première approximatjon que : Iph = Icc

Après simplification des équations (11.10), (11.11) et (11.12), on obtient les

relations suïvantes [19] . Iph -Icc

o-,ph-,s(exp(q#))

-,ph-,s(xp(q

(11.13) (1114) (11.15)

De la relation (11.13) et (11.14), on peut déduire le courant de saturation Js

/s=/œ(exp(#Voc))

A par[ir de la relation (11.15), on peut réécrire l'équation comme suite :

•-," [1-expt

(11.16)

(36)

I

1

1 I

1

1 I

1

1 I

I

1

1 I

I

1

1 I

I

L'équation au point de la puissance maxïmale, devient :

/m =/cc [1-exp{

Vm-Vco+ImRs

N s.n.KT (11.18)

A partir de cette équation, on peut tirer la va]eur de la résistance sériefis, explicitée par :

Rs

ï'n(1-#P+Vcovm

'm (11.19) Le demier paramètre à déterminer est le facteur d'idéalité n, en exploitant le fait que la dérivée de la puissance maximale est nulle dp/dt7 = 0 et en utilisant 1'équation équivalente et la formulation suivante :

On trouve,

g=v+Iâ;dp/d-q(2ym-VcO) Ns .K.

""(7±1-#?

(11.20) (11.21 )

11.3.2-Méthode de la pente au point (Vco, 0)

La différence apportée par cette méthode par rapport à la méthode précédente est principalement dans la manière de calcul de la résistance série Rs. Elle est basée sur le fait que la résistance série influe remarquablement sur la pente de la courbe caractéristique I-V au voisinage du point (Voc, 0) Donc. afm de déteminer l'expressïon de Rs, on dérive l'équation suivante :

I I ph -dl -- 0 - I . .q On obtient aïnsï :

•+xp (q(

dv + Rs.dl N , . " . Jf'/' V+1R N .n _KT N s. n K1` 1 q 1 1\{/

--- t 23 )

(11.22) (]].23) (11.24)

(37)

1 I

1

1 I

I

1

1 I

1

1 I

I

1

1 I

Où, Ï |v=vco : est la Pente de la courbe I(V) pour le point V=Vco, calculée à partir de la courbe I(V) dans la fiche technique du module puis djvisée par le nombre de cellules en série (voïr figure 11.3), donc la valeur de Rs est estimée en fonction de V=Vco. Ce qui donne au point (Voc, 0) :

Rs--#vco-#ep,#F,

Vco, est la tensïon en circuit ouvert donnée par l'équation suïvante .

•o -ïln(+)

(11 25)

(11.26)

Le facteur d'idéalité "n" est déterminé par des méthodes itératives, en vérifiant la concordance entre les résultats de simulation et ceux du fabricant aux conditions de mesure standard,

1(1-1\1I{'\/dl\

''

Ï.t``,on , \_ , ``„

Figure 11.3 : Caractéristique I(V), détermmation de la pente.

11.3.3- Méthode itérative

Cette méthode se distingue également des deux précédentes méthodes par le calcul de la résistance série, où le coefflcient de température de la tensjon de circuit ouvert donné par le fabricant peut être utilisé pour foumir une équation supplémentaire donnant la résistance série. Le coefficient de température n'est que la dérivée de ]a tension de circuit ouvert par rapport à la température [19].

(38)

1

1 I

I

1

1 I

1

1 I

I

1

En donnant une valeur à Rs, les trois autres paramètres sont calculés de la même manjère que les sections précédentes. En ut]lisant méthodes itératives autant que

la bissection, et en palliant l'intervalle dans l'intervalle [0. R§max], où Rsm` est la

valeur maximale possible de la résïstance en série

La valeur du t`acteur d'idéalité est proche à 1 pour Rs"„ donc pour déterminer sa valeur maximale, il suffit de remplacer # = 1 dans l'équation (11.16), ce qui donne.

RsmŒ ± [±::±[n(1 -#c)+ Vco-Vm ] (1128)

La variation des difiérents paramètres en fonction de la variation de l'éclairement ou la température pour les différentes méthodes sont exprmés comme

suite :

Pour le courant de court-circuit et la tension de circuït ouvert on a :

I,c-Istœr*l+p,..-"f,

V"=Vw„f+Vtï"(:f"IJ[-Tmf)

La variation du facteur d'idéalité est doniiée par :

AT

Are| Tref

Et, le courant de saturation est donné par :

•ç-,-,±,`exï#(±+)]

(11.29)

(11.30)

(11.31 )

(11.32)

Ainsi, Ia variation du courant et de la tension au point de puissance maximale sont exprimés par les relations suivantes :

Vm=Vri+Viïm(+f)+PWTMf)

[m--]mnf%f+HIJJ]Wf)

(11.33)

(39)

1 I

1

1 I

I

1

1 I

1

1 I

1

1 I

1

Les équations de cette section pour les différentes méthodes de calculs des paramètres de ]a caractéristique courant-tension ont été simulées dans l 'environnement MATLAB pour le module solaire SP75, ses caractéristiques électriques sont reportées sur le tableau 11.1, sous les conditions standards (1000W/m2, masse optique . AM 1.5, Température de cellule : 25°C). Les résultats obtenus ont étés comparés avec ceux foumies par le constructeur.

Paramètres Grandeur Valeur

Eclairement standard E 1ooow/m2 Température standard T 25OC Puissance maximale Pm 75W Tension maximale Vm 17V Courant maximal /m 4.4A

Tension en circuit ouvert

Voc7l 2l.7 V

Couent de court-circuit

/scn 4.8A

Nombre de cellules en série _Ns ₃₆

Coefficient de température de la tension de

Hvco -]6rnN/°c

circuit ouvert

Coefficient de température du courant de

Ll[cc 2mA/OC

court-circuit

Tab]eau 11.1 : Caractéristiques du module SP75

11.4- Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté deux modèles mathématiques distincts ainsï que leurs circuits électriques équivalents Une comparaison entre ces deux modèles, montre que le modèle à quatre paramètres combine entre la simplicité et la précision puisqu'ïl foumit des données facilement comparables avec les données expérimentales.

(40)

I

1

1 I

1

1 I

I

1

1 I

I

1

Ensuite, une description détaillée des différentes méthodes analytiques de caractérisation paramétrique du modèle à quatre paramètres a été donné, dont l'objectif est de prévoir le comportement du module photovolta.ique sous des conditions de fonctionnement réelles.

(41)

I

1

'

I

1

1 I

I

1

1 t

Chapitre 111

Résultats et discussions

(42)

I

1

1 I

I

1

1 I

1

1 I

1

r'

Chapitre 111 Résultats ei discussi()ns

111.1-Introduction

Dans ce chapitre, nous allons présenter les résultats obtenus à partir de l'application de deux méthodes décrites précédemment, utihsées pour déterminer les paramètres électriques d'un panneau photovoltaïque ou cellule solaire, à savoir la méthode explicite et la méthode de la pente au point.

L'évaluation des résu[tats est obtenue par comparaison des résultats de simulation pour les deux méthodes avec les données expérimentaux foumis par les fabricants.

111.2- Caractérisation paramétrique du module photovolta.i.que

Dans un premier temps, nous commençons par présenter l'ensemble des valeurs obtenus, à partir des équations présentées dans le chapitre précédent dans le cas des deux méthodes soiis l'influence des conditions climatiques, tel que le rayonnement et la température ambiante.

111.2.1-Influence de l'éclairement

111.2.1.1-Paramètres inconnus aux conditions standards

Paramètres Méthode expl icite Méthode de la pente au point

Ip^ (A) _4.8 _4.8

„

_1.3988 _1.5

Æ\, (Q) _0.33801 _0.2860

i\\, 2.4594e-7 7 .7196e-]

Tableau nl.1 : Paramètres inconnus aux conditïons standards,

(43)

I

1

1 I

I

1

1 I

I

Chapitre 111 Résuliat,s et discussio"s

111.2.1.2-Paramètres inconnus à G= 80ow / m2, T = 25 °C

Paramètres Méthode explicite Méthode de la pente au point

I,/' (A) _3.84 _3.84

„

_1.3659 1_5

..': '(-1' _0.4441 _0.1237

(A) 1.6503e-7 7 .J 196e-J IscmkA') _3.84 _{3_84}

J,oc„,(V) _21.4115 _{21. 3905}

/,,(A) _3.52 _3.52

y"(V) _16.7115 16.9605

Tableau 111.2: Valeurs des paramètres photovoltaïques pour G = 800w / m2 et T = 25 ° C.

111.2.1.3-Paramètres inconnus à G= 4oow / m2, T = 25 oc

Ip/, (A) _1.92 _1.92

„

_1.2641 _1.5

Rs (Q) _1,0211 _0.1475

/, (A) _4.5329e-8 2.0418e-8

IscmlA;) _{1_92} _1.92

yo.m(V) _20.5155 _20.4212

/m(A) _1.76 _1.76

y„,(V) _15.8155 _15.7289

(44)

Ï--1

I

1

1 I

1

1 I

1

1 I

I

Chapitre TII Résuliats ei discuisions

Tableau 111.3: Valeurs des paramètres PV pour G = 400w / m

111.2.2-Influence de ]a température

111.2.2.1-Paramètres inconnus à T = 4o °C, G= i ooow / m2

et T = 25 o c

Ip/' (A) 4.83

1 4.83

„

1 _3318

1 1.4443

Æs (n) 0.3381 0_35

/s (A) 2.4604e-7 0.0859e-6

Tableau 1[1.4 : Valeurs des paramètres PV pour G = 1000w / m` et T = 40 ° C

111.2.2.2-Paramètres inconnus à T = 6o °C, G= ] ooow / m2

Paramètres Méthode explicite' Méthode de la pente au point

Ip^ (A) _4.87 4.87

„

_1.6762 1 _5620

!..` ,,-1' _{0. 2915} 0.1489

/, (A) 6. 7431 e-7 3.6709e-5

Tableau lll.S : Valeurs des paramètres PV pour G = 1000w / m` et T = 60 ° C

111.3-Résultats et discussions

111.3.1-Méthode Explicite

111.3.1.1-Variation de ].éclairement

L'irradiation G a un impact direct sur les performances d'une cellule PV ou module PV, le courant produit par la cellule PV et la puissance optimale sont pratiquement proportionnelle au flux lumineux, la tension de circuit ouvert varie

(45)

1 I

I

1

1 I

I

1

1 I

Chapitre 111 Résultc[ts et discussiorM

légèrement avec le flux lumineux tel que représenté sur

la figure 111.1, et cette

variation devient pratiquement nulle lorsque l'éclairement augmente (de 800W/m2 à

looow/m2).

(a)

@)

Figure m.1 : Caractéristique (a) : I(V) et (b): P(V) sous diverses irradiations et température constante.

-..---.---.----....-.-..-.. (

(46)

)..----...---.-.-.---...----.--.-1

1

1 I

I

1

1 I

1

1 I

1

1 I

I

Chapitre 111 Résultats et discussions

111.3.1.2-Variation de la température

D'après la figure 111.2, lorsque la température des cellule augmente la tension de circuit ouvert diminue sensiblement alors que le courant de court-circuit reste constante. La puissance diminue considérablement pour une augmentation de la température en raison de la diminution de la tension.

(47)

I

1

1 I

I

1

1 I

1

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Chîipïtre " Résultats et discussions

ÔtmSoæ

ma"m

(h)

Figure m.2 : Caractéristique (a) : I(V) et (b): P(V) sous diverses températures et Eclairement constant.

III.3.1.3-Confrontation des résultats sîmulés avec les données expérimenta]es

La superposition des courbes obtenues par simulation en appliquant la méthode

explicite, avec les courbes expérimentales a montré, un écart très faible pour un

éclairage de 1000W/m2, observable sur la figure 111.3 (b). Mais lorsque l'éclairement

commence à baisser pour 800W/m2 jusqu'à 400W/m2 l'écart est nettement plus

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Chapitre 111 Résultats et discwssions

(b)

Figure 111.3 : Superposition des coubes expérimentales et simulées (a) : I(V) et (b): P(V) G=1000W/m2, T=25°c.

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Chapitre 111 Résuliats et discussion.s

(b)

Figure m4 : Superposition des courbes expérimentales et simulées (a) : I(V) et @): P(V) G=800W/m2, T=25°C.

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Chapitre 111 Résultats et discwssion!s

(b)

Figure m.5 : Superposition des courbes expérimentales et simulées (a) : I(V) et (b): P(V) G=400W/m2, T=25°C.

111.3.2- Méthode de ]a pente au point (Voc, 0)

De même que pour cette méthode, on a simulé les caractéristiques I(V) et P(V) sous l'influence de la variation des deux paramètres climatiques. Les résultats obtenus sont reportés sur la figure 111.6 et figure 111.7;

IH.3.2.l- VariatioD de ]'éclairement

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Chapitre 111 Résultats et discu!ssion.s

Figure HL6 : Caractéristique (a) : I(V) et (b): P(V) sous diverses inadiations et température constante.

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Chapitre 111 Résultats et discussions

ca~")bmaü"

0 5 '0 '5 æ æ tgismdumamM

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Figure lIL7 : Caractéristique (a) : I(V) et P(V) sous diverses températures et Eclairement constant.

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Chapitre HI Æészt/Ja/Lq ef cJ7.sc%ÏJJo#s

m3.23- Superposition des caractéristiques simu]ées et expérimenta]es

La superposition des coubes obtenues par simulation en appliquant la méthode

de la pente au point, avec les courbes expérïmentales a montré, un très faible écart

pour un éclairage de looow/m2 et 800W/m2, pratiquement les courbes sont

confondues. Pour l'éclairement 400W/m2, d'après la figure 111.8, on constate qu'il n'y

a pratiquement aucune différence entre les courbes.

d4"«

)

(b)

Figure 111.8 : Superposition des coubes expérimentales et simulées (a) : I(V) et (b): P(V)

G=1000W/m2, T=25oc.

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Chapitre 111 Résultats et disc'ii:ssio"s

(b)

Figure m.9 : Superposition des coubes expérimentales et simulées (a) : I(V) et (b): P(V) G=800W/m2, T=25°C.

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Chapitre 111 Résultats et discusslo"s

(a)

(b)

Figure IH.8 : Superposition des coubes expérimentales et simulées (a) : I(V) et (b): P(V) G=400W/m2, T=25°c.

Dans le tableau 111.6, on a regroupé l'erreur quadratique entre les résultats calculés par chaque méthode de résolution à partir de la relation (111.1 ). Ces demiers confirment les observations constatées sur les caractéristiques I(V) et P(V) obtenus ;

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Chapitre 111 Ré\sul(u(s e( discu`s.siom

On conclut, que la méthodede la pente au point est la plus précïse pour difi`érents paramètres photovoltaïques d'un module ou cellule solaire.

EMR= Lxalculée -uexp rimenial

Lx:alculée

Exemple ,

Valeur expérimentaux tjcxp :(x .5, y .4.8) ï/5ZTi:5Z = 6.93ii

Valeur mesures u ca! :(x :4.9, y :4 798) = \/a:5T2 + 4.79ü5Z= 6.8572 6.93 ] 1 -6. 8572

6.8572

EMR- = 0.01

identifier les

(111 1 )

Erreur Paramètres G=1ooow/m2 G=800w/m G=4oow/m2

!RMS

Méllu)deexl,l,C,,e

0.01 2.70 19.9

Méthtjde delapenieaup,,,nl

0.01 0.9 1

Tableau 111.6 : ErTeur obtenue pour différentes valeurs d'éclairemen

à température constante.

III.4-Conc[usion

L'utilisation de deux méthodes de résolution différentes a permis la modélisation d'un module photovolta.ique en décrivant son comportement sous 1'influence des conditions climatiques d'utilisation. En comparant les résultats obtenus avec ceux donnés par le constructeur, cette étude a montré que la méthode de la pente au point qui est moins liée aux données du constructeur est la mieux précise.