Pour tenir en compte les limitations de la cellule et de même calculer le courant réellement délivré sur la charge du circuit extérieur, on introduit un modèle comprenant une résistance série et une résistance parallèle [42]. Ce modèle est représenté par le schéma électrique suivant (Figure II-8): Figure II-8: Schéma équivalent d'une cellule photovoltaïque [33]. Les différents paramètres de ce modèle sont [37]: a. Le générateur de courant: il délivre le courant I ph correspondant au courant photogénéré. b. La résistance série R s: elle prend en compte la résistivité propre aux contacts entre les différentes régions constitutives de la cellule, et doit être la plus faible que possible pour limiter son influence sur le courant de la cellule. Caractérisation physique des cellules photovoltaïques :. c. La résistance parallèle R p: connue sous le nom de court circuit, elle peut être due à un court circuit sur les bords de la cellule. On l'appelle aussi résistance de fuite. d. La diode: modélise la diffusion des porteurs dans la base de l'émetteur.
6). Ce point P M est obtenu en modifiant la valeur de la résistance externe, quand l'aire du rectangle défini par les axes Ox, Oy et les droites x = I m et y= V m passe par un maximum. Le nom "facteur de forme" (fill factor) dérive de la représentation graphique. Il est défini par la relation suivante:𝐹𝐹 = 𝑃 𝑚𝑎𝑥 𝑉 𝑜𝑐 ×𝐼 𝑠𝑐 = 𝑉 𝑚×𝐼𝑚 𝑉 𝑜𝑐 ×𝐼 𝑠𝑐 Il est égal au rapport de la surface du rectangle P max défini par la Figure I. 6, sur celle du rectangle dont les côtés mesurent V oc et I sc. Schéma équivalent cellule photovoltaique dans. Plus ce paramètre est élevé, meilleure est l'efficacité de conversion. En dehors de ce point de fonctionnement P M particulier, la diminution du courant par recombinaison intervient à des points de fonctionnement ayant V x supérieur à V M et des pertes par dissipation (effet joule) des résistances séries apparaissent dans le cas I >I M. Plus la cellule solaire montre un comportement idéal, plus les surfaces des deux rectangles sont proches, et plus la valeur du facteur de forme augmente.
La détermination de la valeur exacte du courant I sc dépend du modèle choisi pour la cellule solaire. Pour une cellule idéale, le courant de court-circuit est égal au courant I ph. Pour une cellule réelle qui utilise le modèle à un seul exponentiel, le courant I sc devient encore plus compliqué.. Il croît avec l'intensité d'illumination de la cellule et dépend de la surface éclairée, de la longueur d'onde du rayonnement, de la mobilité des porteurs et de la température. I. Cellule Photovoltaïque – Sciences de l'Ingénieur. Tension à circuit ouvert, Voc La tension de circuit ouvert V oc, est la tension mesurée lorsqu'aucun courant ne circule dans le dispositif photovoltaïque. Elle dépend essentiellement du type de cellule solaire (jonction p-n, jonction Schottky), des matériaux de la couche active et de la nature des contacts couche active-électrode. Elle dépend de plus de l'éclairement de la cellule. A partir de l'expression du courant total de la cellule sous illumination, équation (I. 5) dans le cas d'un courant nul, on obtient son expression: 𝑉 𝑐𝑜 = 𝐾𝑇 𝑞 𝐿𝑜𝑔 [ 𝐼 𝑝ℎ 𝐼𝑠 + 1] (I.
Cependant, le problème de recombinaison en surface rencontré dans la cellule photovoltaïque à homojonction est remplacé par le problème des recombinaisons au niveau de l'interface. Il est à signaler que le taux de recombinaison au niveau de l'interface est considérablement inférieur au taux de recombinaison au niveau de la surface. Cette comparaison est valable dans le cas où le matériau à large bande interdite est passif, c'est-à-dire, présente une faible absorption et une recombinaison nulle [44] Le GaAs est le semi-conducteur monocristallin le plus utilisé, ou souvent, les solutions solides (Al, Ga)As. C'est le matériau le plus performant du point de vue rendement de conversion, bien que sa densité soit 203 fois supérieure à celle du silicium [30]. Les cellules solaires à base de l'arséniure de gallium sont largement utilisées, plus particulièrement aux applications spatiales, et ceci à cause de leur rendement élevé et leur faible dégradation face aux irradiations spatiales. Schéma équivalent cellule photovoltaique.com. Ce pendant, un problème important s'opposait au développement des cellules solaires au GaAs, à savoir celui de la vitesse de recombinaison en surface.
Trois points sont importants sur cette courbe: Le point de puissance maximale ( Maximum Power Point – MPP): c'est le point de fonctionnement pour lequel la puissance délivrée est maximale. Le courant de court-circuit noté \(I_{cc}\): il s'agit du courant qui traverse la cellule photovoltaïque lorsque celle-ci est en court-circuit (la tension à ses bornes est alors nulle). La tension en circuit ouvert notée \(U_{co}\): il s'agit de la tension aux bornes de la cellule lorsque celle-ci est en circuit ouvert (le courant la traversant est alors nul). Schéma équivalent et caractéristique courant-tension de la cellule solaire:. Modélisation Une cellule photovoltaïque peut être modélisée par le circuit équivalent suivant: En utilisant l' équation de Shockley pour modéliser la diode, et à l'aide des lois fondamentales de l'électricité, écrire la relation reliant \(U\) et \(I\). Correction \(I=I_{ph0}\frac{I_r}{I_{r0}}-I_D\left(\text{e}^{\frac{V+I\;R_s}{N\;V_t}}-1\right)-\frac{V+I\;R_s}{R_p}\) Version interactive Simulation avec MATLAB/Simscape La bibliothèque Simscape/Electrical possède un modèle de cellule photovoltaïque: Activité Pour obtenir la courbe caractéristique, il faut: faire varier la charge (résistance) afin de déplacer le point de fonctionnement de la cellule, connecter des capteurs: voltmètre et ampèremètre, relier les signaux physiques à un graphique XY.
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