Module photovoltaïque

Introduction

On simule un module photovoltaïque pour lequel on peut changer la température et l'éclairement (irradiance).

Il est possible, en cliquant sur les interrupteurs :

• soit de le laisser en circuit ouvert ;
• soit de le connecter à une résistance dont on peut modifier la valeur (Fig. 1) ;
• soit de le connecter à une batterie d'accumulateurs. On peut en régler la force électromotrice (f.é.m.) et la résistance interne (R int).

Fonctionnement à vide et en court-circuit

Parmi les caractéristiques d'un module photovoltaïque (pour un éclairement et une températures donnés), on trouve :

• la tension de circuit ouvert ;
• le courant de court-circuit ;

Dans la simulation, on peut obtenir la tension de circuit ouvert... en ouvrant tous les interrupteurs (il suffit de cliquer sur l'interrupteur fermé). On lit alors cette tension sur le voltmètre. Il s'agit donc de la tension qu'on observe quand le module n'est connecté à aucune charge.

Pour le courant de court-circuit, il faut fermer l'interrupteur relié à la resistance et diminuer la valeur de cette dernière le plus possible. L'intensité se lit alors sur l'ampéremètre.

Tracé des caractéristiques

À droite, la caractéristique I=f(V) du module est tracée en rouge (voir Fig. 2 haut). La caractérisque de la charge est elle affichée en vert, et le point de fonctionnement - intersection des deux caractéristiques - est en bleu. La courbe qui donne la puissance en fonction de la tension est donnée en dessous (Fig. 2 bas).

On peut remarquer que la pente de la caractéristique de la résistance dépend de la valeur de cette dernière, qui peut être réglée avec le curseur violet. Quand on augmente la valeur de la résistance, la pente de la caractéristique diminue. Le point d'intersection des caractéristiques (point de fonctionnement) se déplace alors.

Expérimentalement, il est ainsi possible de relever la caractéristique d'un module photovoltaïque en le reliant à une résistance variable. En faisant varier cette résistance on obtient une série de points de fonctionnement, chacun défini par une tension et un courant. En reliant ces points, on retrouve la caractéristique du module.

Point de puissance maximum

Quand on fait varier la valeur de la résistance, depuis le minimum jusqu'au maximum, on peut s'apercevoir que la puissance fournie par le module (Fig. 2 en bas et indicateur de puissance sur la Fig. 1) croît, passe par un maximum et décroît. Ce point de puissance maximum (Maximum Power Point en anglais, MPP) se caractérise donc par :

• la tension en ce point ;
• le courant en ce point ;
• la puissance.

Dans la plupart des systèmes photovoltaïques (connectés au réseau ou à une batterie), il existe un convertisseur (hacheur, onduleur) qui en permanence adapte la tension et/ou le courant en sortie du module afin de se placer au plus proche du point de puissance maximum. L'intérêt est bien-sûr de récupérer le plus de puissance possible, autrement dit de travailler au maximum de rendement du module. Le procédé qui permet de rester à proximité du maximum de puissance est souvent appelé par son acronyme en anglais MPPT, qui signifie Maximum power point tracker.

Influence de la température et de l'éclairement (irradiance)

Il est possible dans la simulation de faire varier l'éclairement d'une part, la température du module d'autre part. On peut alors noter l'évolution de la caractéristique du module (courbe rouge sur la Fig. 2). L'éclairement agit fortement sur le courant, et la température a une action, certes moins marquée mais réelle, sur la tension. Il faut ici remarquer que, quand le module est fortement éclairé par le soleil, sa température augmente vite et se rapproche plus de 70°C que de 25°C.