Cours Cellules et modules PV

Cours Cellules et modules PV

L’essentiel à retenir

Ce résumé est un mémo qui rappelle les points essentiels à retenir et n’exclue en aucun cas la révision avec le support de cours (et éventuellement les notes que vous avez prises et revoir les vidéos) 1) Deux technologies de cellules photovoltaïques sont présentes majoritairement aujourd'hui sur le marché :  Les cellules dites cristallines (silicium monocristallin ou poly-cristallin) épaisseur entre 200 et 300 µm  Les cellules dites couches minces (silicium amorphe) épaisseur entre 1 et 3 µm 2) La fabrication des cellules photovoltaïques se résume en 5 étapes : 1. La silice: matière première d'une cellule photovoltaïque 2. Extraction purification du silicium photovoltaïque 3. Obtention des lingots de silicium 4. Obtention des wafers photovoltaïques 5. Le dopage et jonction P-N 3) Une cellule photovoltaïque transforme l’énergie des photons des rayons solaire en une énergie électrique (courant continu), c’est l’effet photovoltaïque qui est à l’origine du phénomène. On assimile ainsi une cellule PV à une photopile 4) Un module photovoltaïque consiste à regrouper des cellules photovoltaïques en série ou en parallèle afin de permettre leur utilisation à des tensions et courants pratiques, tout en assurant leur isolation électrique et leur protection contre les facteurs extérieurs tels que l'humidité, la pluie, la neige, la poussière, la corrosion ou les chocs mécaniques. 5) La fabrication des modules photovoltaïques se résume en 4 étapes : 1. Les constituants d'un module photovoltaïque 2. Assemblage des cellules photovoltaïques 3. Etape de lamination 4. Etape de polymérisation 6) Comparaison entre les différentes technologies de cellules : Technologie et Aspect physique

Rendement d’un module

Monocristallin (coins arrondis)

Durée de vie

20 ans à 90% PC

Avantages  Meilleur rapport puissance /surface (~150 Wc/m2)

30 ans à 80% PC

10 ans à 90% PC

9– 15 % 25 ans à 80% PC

Amorphe (calculatrice ) 4–9%

10 ans

 Chère et forte consommation en énergie pour la production  Performance diminue en cas de faible luminosité.

13 – 17 %

Polycristallin (forme carrée)

Inconvénients

 Bon rapport coût puissance /surface (~100 Wc/m2)  Assez chère, 2 à 3 fois moins d’énergie pour la production que le mono

 Faible rendement sous un faible éclairement.

 Meilleur coût par Wc  Moindre perte de rendement : - Si la T° augmente - Si le ciel est couvert  Intégration sur supports souples ou rigides

 Faible rendement ((~60 Wc/m2) donc grande surface de capteurs,

L’essentiel à retenir en photovoltaïque pour passer le QCM

Surface PV nécessaire 1 kWC

7 à 8 m2

9 à 11 m2

 Performance diminue au cours du temps.

16 à 20 m2

 Faible durée de vie.

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7) On peut avoir 4 types de modules : Module laminé (c'est-à-dire sans cadre) : mono-verre ou bi-verre Module cadré : mono-verre ou bi-verre

Courant (A)

8) Caractéristiques des cellules (ou modules) a) Le courant ICC est peu supérieur du courant IMPP. b) La tension à vide UCO est supérieur à la tension UMPP.

Icc

Pmpp

Impp

c) La puissance PMPP correspond à la puissance au « Maximum Power Peak » ou « point de puissance maximum » 9) Influence de l’éclairement Umpp

Uco

Tension (V)

 Les courants (ICC et IMPP) ainsi que la puissance PMPP sont proportionnels à l’éclairement.  Les tensions (UC0 et UMPP) varient peu avec l’éclairement. 10) Influence de la température a) La tension UC0 décroit de 0,34% /°C pour un silicium cristallin si la température dépasse la T°STC (25°C). b) La tension UC0 décroit de 0,21% /°C pour l’amorphe si la température dépasse la T°STC (25°C). c) La puissance PMPP décroit de 0,5% /°C pour un silicium cristallin si la température dépasse la T°STC (25°C). d) Le courant ICC0 augmente légèrement 0,04% /°C pour un silicium cristallin si la température dépasse la T°STC .

Attention : - La tension UC0 et PMPP augmente pour silicium cristallin quand la température descend en dessous de 0°

11) La certification des modules :  CEI 61646 pour cellule couche mince.  CEI 61215 pour le silicium cristallin (mono ou poly). 12) La tension maximum supportée par les modules est entre : 750 V et 1000 V. 13) Le temps de retour énergétique des modules d'un système photovoltaïque raccordé réseau est le temps de fonction -nement d’une cellule pour produire en retour l'énergie qui a été nécessaire à sa fabrication, on estime qu’il faut :  De 2 à 4 ans pour un système PV utilisant des cellules poly cristallines.  Moins de 15 à 18 mois pour un système PV utilisant des modules photovoltaïques amorphes. 14) Pour un générateur PV raccordé au réseau avec fonction de sécurisation, il faut nécessairement un parc de batteries. 15) Un générateur PV raccordé réseau avec fonction de sécurisation est un système PV permettant une autonomie en cas de coupure du réseau 16) La mesure de l’ensoleillement sur un générateur PV se réalise par une cellule de référence. PC 17) Le rendement du module Est : ηmodule = -------------------------------ESTC x SHors tout module L’essentiel à retenir en photovoltaïque pour passer le QCM

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Exemple 1 : Si la tension de puissance maximale d’un module PV au silicium cristallin est de 20V (à la T°STC), alors quelle est la tension de puissance maximum à 65 °C (température du module) et 1000 W/m2 d’éclairement ?

Formule quand la tension chute UT° = U25°C [1-0.34%x(T°-25°C)]  UT° = U25°C 1Application numérique :

UT° = 20 x 1-

0.34x(65-25) 100

0.34x(T°-25°C) 100

 UT° = 17,3 V

Exemple2 : Quel est le courant de court-circuit et la tension circuit ouvert d’un champ PV composé de 2 chaines de 8 modules TE2000 (Voir notice des modules de la maquette) ?

Exemple3 : Quelle est surface nécessaire en toiture pour installer un champ PV de 3 kWc au silicium amorphe et au silicium monocristallin ?

L’essentiel à retenir en photovoltaïque pour passer le QCM

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