Influence de la température sur le rendement photovoltaïque
Le rendement d'une cellule photovoltaïque en silicium cristallin est impacté par sa température. Lorsque la cellule monte en température, son rendement baisse. La norme IEC 60891 régit le calcul du rendement d'un système photovoltaïque en fonction de la température et de l'éclairement.
Sommaire
Modélisation électrique d'une cellule photovoltaïque
Afin de comprendre cette baisse de rendement en fonction de la température, il est important de connaitre les lois physiques d'une cellule solaire. La performance d'une cellule solaire est limitée par l'influence de deux phénomènes physiques assimilables à deux résistances (RS et RP).
- RS: Résistance série, due essentiellement aux pertes par effets Joule à travers les grilles de collectes (et donc la température) et la résistance propre des semi conducteurs, ainsi qu'aux mauvais contactes(Semi conducteur, électrodes).
- RP: Résistance parallèle, dite "Shunt", provient des pertes par recombinaisons dues
essentiellement à l'épaisseur, aux effets de surface, ainsi qu'à la non idéalité de la jonction.
Corrélation théorique entre le rendement, température et éclairement
Il existe des dizaines de formes d’équations décrivant la dégradation en température des performances d’une cellule photovoltaïque[1], mais la forme généralement utilisée, proposée par Evans [2], est :
FORMULE 1
où ηTc est le rendement de la cellule à la température de fonctionnement Tc que l’on obtient grâce au rendement ηref à la température de référence Tref et au coefficient de température β qui quantifie la dégradation linéaire du rendement avec l’augmentation de la température de fonctionnement. On notera que la formulation initiale que propose Evans est :
FORMULE 2
où GT est la puissance incidente du rayonnement (en W.m−2) et γ le coefficient d’illumination solaire.
Cas réel de l'influence de la température sur une cellule photovoltaïque
L'université de Tlemcem a modélisé le comportement d'une cellule en silicium cristallin en fonction de la température.
Elle a observé une augmentation du courant, notamment à cause de la diminution de la largeur de bande interdite. Cette augmentation est de l'ordre de 25 μA /cm².°K, soit une variation de + 0.1 % /°K. En même temps, on assiste à une augmentation notable du courant direct de diode, entraînant une diminution nette de la tension de circuit ouvert (environ -2.2 mV /°K, soit une variation relative de -0.4 %/°K). L'augmentation de température se traduit au total par une baisse relative de la puissance disponible de -0.35 %/°K et par une modification de la valeur de la charge permettant d'extraire cette puissance maximum.[3]
Norme IEC 60891
La norme IEC 60891 est la norme de référence qui définit les procédures concernant les corrections en fonction de la température et de l'éclairement qui devraient être appliquées aux caractéristiques I-V mesurées des dispositifs photovoltaïques au silicium cristallin.
Notes et références
- ↑ Romain Couderc. Electronique. INSA de Lyon, 2015 - "Étude du comportement thermique et électrique des cellules photovoltaïques en silicium cristallin sous concentration" :[1]
- ↑ D. Evans, "Simplified method for predicting photovoltaic array output", Solar Energy, vol. 27, pp. 555–560, Jan. 1981.]
- ↑ Université de Tlemcen - Analyse, Modélisation et Simulation des Pertes dans un Module Photovoltaïque à Base de Silicium Monocristallin: [2]
