Rendement d’une cellule photovoltaïque

Partie I : Rendement d’une cellule :

1.  Le schéma électrique du montage :

2.  Caractéristiques I = f (U_AB) de cette cellule pour les deux éclairements :

-  Tableau de valeurs :

-  Graphe I = f (U_AB) :

3.   :

a.  Puissance électrique P_élec de cette cellule dans chacune des situations.

-  Tableau des valeurs :

b.  Représentation du graphique la puissance électrique P_élec = f (U_AB) pour les deux éclairements.

-  Graphique : P_élec = f (U_AB)

-  Graphique : P_élec = f (I)

-  Graphique P_élec = f (U_AB) avec courbe de tendance polynomiale (degré 6) sans la première ligne de valeurs :

4.  Pour chacun des éclairements :

a.  Rendement maximal de la cellule.

-  Puissance maximale pour chaque cellule : Exploitation graphique :

-  Le rendement η d’une cellule photovoltaïque est le rapport de la puissance exploitable sur la puissance en entrée.

-  Avec les notations précédentes :

-  Calcul de la puissance en entrée : Puissance lumineuse

-  E = 700 W . m^–2 

-  Surface de la cellule :

-  S = 4,20 × 4,20

-  S ≈ 17,64 cm² 

-  S ≈ 17,6 cm² = 17,6 × 10^–4 m² 

-  Puissance en entrée :

-  P_lum = E . S ≈ 700 × 17,6 × 10^–4

-  P_lum ≈ 1,234 W

-  P_lum ≈ 1,23 W

-  Rendement maximal de la cellule :

-   

-  Calcul de la puissance en entrée : Puissance lumineuse

-  E = 1200 W . m^–2 

-  Surface de la cellule : idem

-  Puissance en entrée :

-  P_lum = E . S ≈ 1200 × 17,6 × 10^–4

-  P_lum ≈ 2,116 W

-  P_lum ≈ 2,12 W

-  Rendement maximal de la cellule :

-   

b.  Tension aux bornes de la cellule pour un rendement maximal

-  Exploitation graphique :

c.  Intensité du courant électrique fourni par chaque cellule lors du rendement maximal :

-  Pour retrouver l’intensité, on peut utiliser la relation :

-  P_{élec max} = U_AB . I

-  Tableau de valeurs :

Partie II : Association de cellules :

1.  Association série de 10 cellules identiques.

-  Le montage est prévu pour fournir une puissance maximale

-  Pour un éclairement de 1200 W . m^–2

a.  Tension aux bornes de l’association :

-  Montage série :

-  On utilise d’additivité des tensions :

-  La tension aux bornes de l’association est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque dipôle :

-  Lorsque la puissance électrique est maximale, la tension aux bornes d’une cellule :

-   U_C = 0,53 V

-  U_AB = 10 U_C = 10 × 5,3

-  U_AB ≈ 5,3 V

b.  Intensité du courant la traversant :

-  L’intensité est la même en tous points d’un circuit série :

-  I ≈ 143 mA

c.  La puissance électrique fournie :

-  P_{élec max} = U_AB . I

-  P_{élec max} = 5,3 × 0,143

-  P_{élec max} ≈ 0,757 W

-  P_{élec max} ≈ 0,76 W

2.  Cas de 10 cellules associées en dérivation.

a.  Tension aux bornes de l’association :

-  Unicité de la tension :

-  La tension est la même aux bornes de dipôles branchés en dérivation.

-  U_AB = U_C = 0,53 V

b.  Intensité du courant la traversant :

-  Loi des nœuds :

-  La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui en partent.

-  ∑ I _a = ∑ I _p

-  I = 10 I_C = 10 × 0,143

-  I ≈ 1,43 A

c.  La puissance électrique fournie :

-  P_{élec max} = U_AB . I

-  P_{élec max} = 0,53 × 1, 43

-  P_{élec max} ≈ 0,757 W

-  P_{élec max} ≈ 0,76 W

3.  Association à privilégier :

-  Il n’y a aucune association à privilégier à partir du calcul du rendement.

-  On obtient la même valeur.

-  L’association en série augmente la tension pour un même courant alors que

 l’association en dérivation augmente le courant pour une tension identique.

-  Suivant les besoins de l’utilisation, les cellules sont associées en réseau série–parallèle de façon à obtenir

la tension et le courant désirés.

-  Après tout dépend du type l’appareil que l’on veut faire fonctionner.

-  Il faut tenir compte du fait que plus l’intensité dans le circuit est élevée, plus les pertes par effet Joule sont importantes.

-  Puissance électrique disponible pour différents éclairement (panneau de 1,1 m²) :

-  Puissance électrique d’un panneau photovoltaïque et température :

-  La puissance électrique fournie par le panneau photovoltaïque dépend de la température.