L’analyse de cas sur les systèmes PV révèle que l’intégration de l’énergie solaire et hydraulique dans les micro-systèmes peut transformer l’approvisionnement électrique des zones rurales du Cameroun. Avec des résultats prometteurs en matière de production et de réduction des émissions de CO2, cette recherche est cruciale pour le développement durable.
Modules PV
Un module est constitué d’un ensemble de cellules photovoltaïques élémentaires montées en série et/ou en parallèle afin d’obtenir des caractéristiques électrique désirées telles que la puissance, le courant de court circuit et la tension en circuit ouvert [25].
Caractéristiques électriques d’un module PV
La caractéristique électrique d’un module PV varie en fonction de la température, de l’éclairement et de façon générale, des conditions de fonctionnement lorsqu’il est connecté à une charge donnée.
Les principales caractéristiques d’un module sont :
La puissance crête PC : puissance électrique maximale que peut fournir le module dans les conditions standards (25°C et un éclairement de 1000W/m2). Elle s’exprime en Watts-crête (Wc) ou en Watts-peak (Wp).
La caractéristique Ipv(V) : courbe représentant le courant Ipv débité par le module en fonction de la tension aux bornes de celui-ci. Ici, le module pourra fournir une tension de 15 V et un courant d’environ 2 A à un éclairement de 800 W/m². Le but est de fonctionner dans la zone où le module produit sa puissance maximale, c’est à dire autour de la tension qui correspond à celle des batteries d’accumulateurs.
La tension à vide Vco : tension aux bornes du module en absence de tout courant, pour un éclairement « plein soleil ».
Le courant de court circuit Icc : c’est le courant pour lequel la tension aux bornes de
la cellule ou du générateur PV est nulle.
Le point de fonctionnement optimum (Vm, Im) : lorsque la puissance de crête est maximale en « plein soleil ».
La figure I.12 illustre un exemple de caractéristique courant – tension d’un module
PV.
Figure I. 12: Exemple de caractéristique courant – tension d’un module PV [10]
Zone 1
Zone 2
Zone 3
Zone 1 : elle est assimilable à un générateur de courant Icc proportionnel à l’irradiation d’admittance interne pouvant être modélisée par 1/Rsh (Figure I.10).
Zone 2 : elle est assimilable à un générateur de tension Vco d’impédance interne équivalente à la résistance série Rs.
Zone 3 : c’est la zone où l’impédance interne du générateur varie très fortement de Rs à Rsh. C’est dans cette zone qu’est situé le point de fonctionnement pour lequel la puissance fournie par le générateur est maximale et ce point est appelé point de puissance optimale
caractérisé par le couple (Im, Vm) et seule une charge dont la caractéristique passe par ce point permet d’extraire la puissance disponible dans les conditions considérées [25].
Association des modules PV
Pour avoir les puissances de quelques KW à quelques MW sous une tension convenable, il est nécessaire d’associer les modules en série (augmenté la tension) et en parallèle (augmenté le courant) pour former un panneau (ou champ PV). La quantité d’électricité dans l’ensemble des composants du panneau PV dépend :
Des besoins en électricité ;
De la taille du panneau ;
De l’ensoleillement du lieu ou du site ;
De la saison du lieu ou du site [30].
Association des modules PV en série
Pour un groupement de Ns modules identiques en série, elles sont toutes traversées par un même courant dans les conditions idéales: Vsco = Ns Vco (Figure I.13).
Il faut noter qu’en cas de déséquilibre dans un groupement série, le module de plus
faible courant photovoltaïque impose son courant à l’ensemble du groupement [95].
Icc
Module 1
Ns Vco
Module 2
x Ns
Module Ns
Figure I. 13: Caractéristiques d’un groupement série modules PV identiques [25] [77]
Association des modules PV en parallèle
Pour un groupement de Np modules identiques en parallèle, elles sont toutes soumises à une même tension dans les conditions idéales: Ipcc = Np .Icc (Figure I.14) [95].
x Np Np Icc
Module Np
Figure I. 14: Caractéristiques d’un groupement
Vco
Module 2
Module 1
parallèle des modules PV identiques [25] [77]
Association des modules PV mixte (série-parallèle)
En associant les modules PV en série-parallèle, on constitue un générateur photovoltaïque (GPV) selon les besoins et pour garantir la durée de vie d’une installation photovoltaïque destinée à produire de l’énergie électrique sur des années, il faut ajouter aux modules des diodes « by-pass » (Dp) et des diodes « anti-retour » (Dr) afin d’éviter des pannes destructrices liées respectivement à l’association de modules en séries et en parallèles.
Les diodes « by-pass » (Dp) peuvent isoler un sous-réseau de modules lorsque l’éclairement n’est pas satisfaisant et éviter l’apparition de points chauds qui détruisent les modules mal éclairés. La mise en conduction de ces diodes affecte la caractéristique de sortie du générateur comme illustré sur la figure I.15 par la perte d’une partie de la protection d’énergie et par la présence de deux maximales de puissance.
Quant ‘aux diodes « anti-retour » (Dr), elles protègent les voies en parallèle contre les courants inverses [25] [33] [77] [95].
Figure I. 15: Caractéristiques d’un groupement mixte des modules PV identiques
avec les différentes diodes [25] [77]
Le nombre de cellules qui composent le module dépend de la tension et de la puissance que le module doit avoir. Généralement, les modules fournissent une tension de 12 ou 24 volts et sur le marché, il existe principalement des modules ayant une puissance crête de 10 Wc jusqu’à 230 Wc [10] [124]. Les modules les plus courants sont composés de 36 à 72 cellules.
Questions Fréquemment Posées
Quelles sont les principales caractéristiques d’un module photovoltaïque ?
Les principales caractéristiques d’un module photovoltaïque sont la puissance crête PC, la caractéristique Ipv(V), la tension à vide Vco et le courant de court circuit Icc.
Comment fonctionne l’association des modules photovoltaïques en série ?
Pour un groupement de modules identiques en série, elles sont toutes traversées par un même courant, et la tension totale est la somme des tensions de chaque module, soit Vsco = Ns Vco.
Pourquoi est-il nécessaire d’associer des modules photovoltaïques en parallèle ?
L’association des modules photovoltaïques en parallèle permet d’augmenter le courant tout en maintenant la même tension, ce qui est essentiel pour répondre aux besoins en électricité.