About the International Crisis Group

Im Dokument Yemen’s Military-Security Reform: Seeds of New Conflict? (Seite 45-0)

II.4.2.1 M

ISE EN SERIE

/

PARALLELE

La cellule photovoltaïque élémentaire constitue un générateur de très faible puissance vis-à-vis des besoins de la plupart des applications domestiques ou industrielles. Une cellule élémentaire de quelques dizaines de centimètres carrés délivre, au maximum, quelques watts sous une tension inférieure au volt typiquement liée à une tension de jonction PN.

Pour produire davantage de puissance, plusieurs cellules doivent être assemblées afin de créer un module photovoltaïque complet (générateur d’énergie). Ainsi, la connexion en série de cellules identiques permet d’augmenter la tension de l’ensemble (figure 2.19), tandis que la mise en parallèle permet d’accroître le courant (figure 2.20). Le câblage série/parallèle est possible et souvent utilisé pour obtenir globalement un générateur PV aux caractéristiques souhaitées afin d’adapter théoriquement la production d’énergie photovoltaïque à la demande.

Boeing, Spectrolab NREL Fraunhofer ISE Amonix UNSW FhG ISE NREL NREL United Solar Sharp Solamer Inc.

47

Figure 2.19 : Caractéristique d’un groupement

de n cellules identiques en série. Figure 2.20 : Caractéristique d’un groupement de n cellules identiques en parallèle.

La plupart des modules PV sont constitués de deux réseaux de cellules en

silicium cristallins connectées en série, comme l’illustre la figure 2.21 (GPV1).

Chacun de ces sous-réseaux est lui-même constitué d’un groupe de cellules connectées en série. Le nombre de cellules de chaque sous-réseau correspond à un compromis économique entre protection et perte d’une partie importante du GPV en cas de défaut partiel d’ombrage. Nous pouvons remarquer que comme pour une cellule, la caractéristique électrique I(V) du GPV est non-linéaire et présente un point de puissance maximale (PPM). Ce point a également un courant et une tension

associés appelés IOPT et VOPT respectivement. Le point de fonctionnement d’un GPV

est fonction de l’impédance de la charge qu’il alimente. Cette charge pourrait être une charge résistive ou un bus de tension continue comme par exemple une batterie. Dans ce cas, elle impose le point de fonctionnement du GPV lors d’une connexion directe. n*PPM I [A] VOC ICC V [V] n*VOC PPM IOPT n*VOPT VOPT I [A] n*PPM VOPT ICC V [V] VOC PPM IOPT n*IOPT n*ICC

48 Sous-réseau A Sous-réseau B VPV IPV1 Diodes By-pass Diode de protection anti-retour

Bloc de cellules Photovoltaïques GPV1

Sous-réseau C

Sous-réseau D

GPV2 IPV2

IPV

Figure 2.21 : Schématisation d’un exemple d'association de deux générateurs PV en parallèle avec leurs diodes de protection (by-pass et anti-retour).

II.4.2.2 I

NFLUENCE DE LA TEMPERATURE ET DE L

ECLAIREMENT SUR LES CARACTERISTIQUES D

UN GPV

Comme signalé précédemment, la caractéristique I(V) d’une cellule PV en mode générateur est directement dépendante de l’éclairement et de la température. La figure 2.22 donne l’allure générale des caractéristiques électriques d’un générateur photovoltaïque de 75W (Photowatt PW850) pour différents éclairements. Nous remarquons que, à température donnée (typiquement 25°C, température normalisée pour les fabricants) :

 le courant de court-circuit ICC varie proportionnellement à l’éclairement E,

 la tension à vide VOC varie peu avec l’éclairement pouvant être considérée

comme une constante pour une installation donnée.

Les influences de ces paramètres se traduisent donc par des variations de la caractéristique utile de la cellule photovoltaïque avec les conditions d’éclairement.

49

Figure 2.22 : Extrait de caractéristique du générateur PV PW850, IPV(VPV) en fonction de

l’irradiance [T = 25°C, E (kW/m²), AM = 1,5].

Figure 2.23 : Extrait de caractéristique du générateur PV PW850, IPV(VPV) en fonction de

la température [E = 1 kW/m², AM = 1,5].

La température a également une influence sur la caractéristique du générateur PV. La figure 2.23 présente la variation des caractéristiques d’un générateur PV de 75Wc en fonction de sa température et un éclairement donné. L’éclairement est fixé à

1kW/m² correspondant à 1,5 AM7. Nous remarquons qu’à éclairement donné :

 la tension à vide VOC décroît avec la température. Plus la température est

élevée, plus VOC est faible,

 le courant de court-circuit ICC augmente avec la température. Cette hausse

est nettement moins importante que la baisse de tension. L’influence de la température sur ICC est très souvent négligée.

Les figures 2.24 et 2.25 donnent les caractéristiques IPV(VPV) et PPV(VPV) simulées à l’aide du modèle électrique équivalent du générateur PV (figure 2.17) pour plusieurs éclairements. Ces deux simulations rappellent le comportement réel du générateur photovoltaïque.

7 AM pour Air Mass : caractérise le spectre solaire en termes d’énergie, irradiance totale reçue sur le sol terrestre à une altitude de 0° avec un angle de 48°.

50

Figure 2.24 : Simulation de la caractéristique IPV(VPV) du générateur PV pour plusieurs

éclairements

Figure 2.25 : Simulation de la caractéristique PPV(VPV) du générateur PV pour plusieurs

éclairements

La température et l’éclairement sont donc les deux principaux paramètres qui vont modifier la caractéristique d’un générateur PV. En revanche, il est à noter qu’étant donné les faibles rendements de conversion de l’énergie des photons en électricité la température interne du générateur PV augmente considérablement sous l’action du rayonnement solaire. Cette température de fonctionnement se stabilise naturellement à l’aide principalement de la convection naturelle autour des faces supérieures et inférieures du module [38]. Si le module ne peut pas être correctement refroidi, dû par exemple à la présence d’isolant en face arrière, la stabilisation thermique se rapproche des 60°C, mais dégrade considérablement le rendement de la photo-conversion [39], [40].

II.4.2.3 P

ROTECTION D

UN GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE

Pour garantir la durée de vie d’une installation photovoltaïque destinée à produire de l’énergie électrique sur des années, des protections électriques doivent être ajoutées aux modules PV afin d’éviter des pannes destructrices liées à l’association de cellules en série et de panneaux en parallèle. Pour cela, deux types de protections classiques sont utilisés dans les installations actuelles (figure 2.21) :

 la diode anti-retour empêchant un courant négatif dans les GPV. Ce phénomène peut apparaître lorsque plusieurs modules sont connectés en parallèle, ou bien quand une charge en connexion directe peut basculer du mode récepteur au mode générateur, par exemple une batterie durant la nuit.

51

 les diodes by-pass peuvent isoler un sous-réseau de cellules lorsque l’éclairement n’est pas homogène évitant ainsi l’apparition de points chauds et la destruction des cellules mal éclairées. La mise en conduction de ces diodes affecte la caractéristique de sortie du générateur, par la perte d’une partie de la production d’énergie et par la présence de deux maximums de puissance [41].

II.4.2.3.1 Protection lors de la connexion en parallèle de plusieurs GPV

Dans le cas de plusieurs chaînes de cellules mises en parallèle sur une charge de type batterie par exemple, le risque est que les chaînes de cellule éclairées débitent dans des chaînes ombrées ou que la batterie se décharge à travers le générateur. On dispose pour cela de diodes anti-retour mises en série avec le GPV (de blocage) comme le montre la figure 2.21. Cette diode est indispensable quand la charge du module PV est une batterie. En fait, cette diode évite que la batterie ne débite sur le module PV pendant la nuit. Comme indiqué en figure 2.16 quand la cellule est non éclairée, une batterie pourrait se décharger à travers la cellule si nous ne disposons pas d’une diode de blocage.

II.4.2.3.2 Protection lors de la connexion en série de plusieurs GPV

Sous l'effet d'un ombrage ou de la chaleur, toutes les cellules placées en série n'ont pas les mêmes caractéristiques, créant ainsi des déséquilibres. Lors d’un assemblage de cellules PV en série, il est nécessaire de mettre une diode de by-pass pour empêcher le fonctionnement dans le quadrant II (en inverse) d'une cellule ombrée et ainsi empêcher la destruction de celle-ci. Pour empêcher cette

destruction, la tension inverse vue par la cellule ne doit pas dépasser VBD (tension

d’avalanche). Pour que cette condition soit vérifiée, une diode by-pass doit être mise en parallèle au maximum toutes les 20 cellules [42] pour les technologies silicium.

52

Im Dokument Yemen’s Military-Security Reform: Seeds of New Conflict? (Seite 45-0)