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RÉSUMÉ
Le rendement d’une installation d’électricité photovoltaïque dépend essentiellement de la technologie et donc des performances des dispositifs de conversion photovoltaïque et des systèmes qui exploitent cette énergie. Cet article est consacré à l'exploitation de la conversion photovoltaïque, depuis la mise en œuvre pratique des cellules constituant des générateurs électriques de puissance, jusqu'aux systèmes photovoltaïques qui gère cette énergie. Une présentation de la problématique de ces systèmes en termes d'architecture, de gestion et de stockage de l'énergie est détaillée, la variété des applications et des fonctionnements est largement illustrée.
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The yield of a photovoltaic electricity facility essentially depends on the technology used and thus on the performances of photovoltaic conversion devices and systems that exploit this energy. This article is dedicated to the exploitation of photovoltaic conversion, from the practical implementation of cells constitutive of electrical power generators, to the photovoltaic systems that manage this energy. A detailed presentation of the issues raised by these systems in terms of architecture as well as energy management and storage is provided and the variety of applications and operations is amply illustrated.
Auteur(s)
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Stéphan ASTIER : Professeur à l'Institut national polytechnique de Toulouse, École nationale d'électrotechnique, électronique, informatique, hydraulique, télécommunications de Toulouse, - Chercheur dans le Groupe Énergie Électrique & Systémique du LAPLACE (Laboratoire plasmas et conversion de l'énergie)
INTRODUCTION
L'électricité photovoltaïque implique les contextes géophysique et énergétique, les propriétés physiques du rayonnement solaire, les propriétés technologiques des dispositifs de conversion photovoltaïque et finalement celles des systèmes et des applications qui exploitent efficacement cette énergie. Les éléments principaux de cette problématique globale font l'objet de deux dossiers complémentaires [D 3 935] et Conversion photovoltaïque : de la cellule aux systèmes[D 3 936].
Le premier dossier [D 3 935] traite des contextes géophysique et énergétique et de la conversion photovoltaïque proprement dite, depuis les principes physiques jusqu'au matériaux et aux technologies utilisés dans les cellules photovoltaïques. En particulier, les propriétés principales des cellules photovoltaïques à jonction PN y sont introduites, décrites et modélisées au plan électrique.
Dans la continuité, ce dossier Conversion photovoltaïque : de la cellule aux systèmes[D 3 936] traite de l'exploitation de la conversion photovoltaïque, depuis la mise en œuvre pratique des cellules photovoltaïques pour constituer des générateurs électriques de puissance jusqu'aux systèmes photovoltaïques qui exploitent cette énergie. Après une analyse de la problématique de ces systèmes en termes d'architecture et de gestion de l'énergie, plusieurs exemples sont décrits afin d'illustrer la variété des applications et des fonctionnements.
Le lecteur trouvera par ailleurs des développements différemment ciblés sur le photovoltaïque dans la collection des Éditions techniques de l'Ingénieur, auxquels ce dossier se réfère lorsque nécessaire, particulièrement :
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version courante de sept. 2021 par Stéphan ASTIER
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Systèmes photovoltaïques1. De la cellule au générateur photovoltaïque : modularité
Le rendement typique des cellules au silicium monocristallin est aujourd'hui de 17 %. La surface unitaire typique des cellules commerciales est de 10 × 10 cm2. Cette cellule délivre donc une puissance crête de 1,7 W, soit typiquement un courant de 2,6 A sous 0,6 V : il s'agit donc d'un générateur élémentaire à très basse tension et de très faible puissance au regard des besoins de la plupart des applications domestiques ou industrielles. Les générateurs photovoltaïques PV sont par conséquent réalisés par association d'un grand nombre de cellules élémentaires en exploitant judicieusement leurs propriétés de modularité. Les cellules sont ainsi souvent commercialisées sous la forme de modules photovoltaïques associant, généralement en série pour élever la tension, un certain nombre de cellules élémentaires de technologie et de caractéris-tiques identiques. Suivant les besoins de l'utilisation, ces modules sont ensuite associés en réseau série-parallèle de façon à obtenir la tension et le courant désirés. Cette association doit être réalisée en respectant des critères précis en raison des déséquilibres apparaissant dans un réseau de photopiles en fonctionnement.
1.1 Associations de cellules photovoltaïques
1.1.1 Mise en série de cellules photovoltaïques, modules photovoltaïques
Dans un groupement de cellules connectées en série les cellules sont traversées par le même courant et la caractéristique résultante du groupement série est obtenue par addition des tensions à courant donné.
La figure 1 montre la caractéristique résultante (Ip, Vp) obtenue dans des conditions idéales en associant en série ns cellules de caractéristiques identiques, toutes à la même température sous un éclairement uniforme. Cette caractéristique résultante est obtenue en appliquant simplement, à la caractéristique cellulaire élémentaire commune, une affinité de rapport ns sur les tensions.
On obtient ainsi pour la caractéristique...
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De la cellule au générateur photovoltaïque : modularité
ANNEXES
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À lire également dans nos bases
MULTON (B.) - GERGAUD (O.) - Consommation d'énergie et ressources énergétiques - . [D 3 900] Convertisseurs et machines électriques, 11/2003.
RICAUD (A.) - Modules photovoltaïques. Filières technologiques - . [D 3 940] Convertisseurs et machines électriques, 05/2005.
RICAUD (A.) - Modules photovoltaïques. Aspects technico-économiques - . [D 3 941] Convertisseurs et machines électriques, 05/2005.
DESTRUEL (P.) - SEGUY (I.) - Les cellules photovoltaïques organiques - . [RE 25] Convertisseurs et machines électriques, 11/2004.
ROBOAM (X.) - ASTIER (S.) - Graphes de liens causaux pour systèmes à énergie - . [D 3 970] et [D 3 971]...
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