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Réponses à des questions sur l’énergie solaire !

 

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Le panneau solaire photovoltaïque est une association de diodes électroniques de grandes surfaces
Le panneau solaire photovoltaïque.  
La cellule solaire, unité de base d’un panneau solaire photovoltaïque, produit typiquement une puissance de 1,3 W pour une surface de 100 cm2. Pour produire plus de puissance, des cellules solaires identiques sont assemblées pour former un module solaire (ou panneau photovoltaïque). La mise en série de plusieurs cellules solaires somme les tensions pour un même courant, tandis que la mise en parallèle somme les courants en conservant la tension. La plupart des panneaux solaires photovoltaïques destinés à un usage général sont composés de 36 cellules en silicium mono ou polycristallin connectées en série pour des applications en 12 V nominal.
 
Fabrication du panneau solaire photovoltaïque.  
Pour protéger au mieux les cellules solaires des intempéries, elles sont réunies dans un module solaire. Ce panneau solaire est constitué d’une face supérieure en verre trempé parfaitement transparent et d’une face inférieure recouverte d’un film spécial (couche de Teldar). Entre ces deux faces, les cellules solaires sont insérées dans une masse étanche transparente et résistante aux UV. C’est l’encapsulation par feuilletage de film polymérisé à chaud d’acétate de vinyle (EVA). Cette technique d’encapsulation, très proche de la fabrication du verre blindé confère à la structure du panneau solaire une excellente résistance aux impacts. Ensuite, c’est l’assemblage avec joint d’étanchéité dans un cadre autoporteur en aluminium anodisé permettant un montage aisé et la fixation de la boîte de jonction destinée à recevoir le câblage nécessaire à l’exploitation du panneau photovoltaïque.
  
Caractéristique I(V) du panneau solaire photovoltaïque et tension nominale.  
Le panneau solaire photovoltaïque étant une association de cellules dolaires individuelles, sa caractéristique I(v) est directement liée à la caractéristique de la cellule solaire de base. De même que pour la cellule, la tension qui est présente lorsqu’il ne circule aucun courant est appelée tension en circuit ouvert (Voc). À l’opposé, le courant présent lorsqu’il n’y a aucune tension est appelé courant de court-circuit (Icc). Dans ces deux situations, aucune puissance n’est extraite du panneau photovoltaïque. La meilleure combinaison s’appelle le point de puissance maximale du panneau solaire photovoltaïque. La tension et le courant correspondants sont appelés tension à puissance maximale (Vpmax) et courant à puissance maximale (Ipmax). Le point de puissance maximale sert à déterminer le rendement nominal du panneau solaire el la puissance en ce point est exprimée en Wc (watt crête). En cas de stockage de l’électricité solaire produite par les panneaux photovoltaïques dans des batteries stationnaires, ce sont celles-ci qui vont fixer la tension de fonctionnement du système, selon leur état de charge c.à.d par exemple entre 10,8 V et 14 V pour une batterie de 12 V nominal (tension différente de Vpmax). Le courant solaire généré alors est donc forcément différent   de Ipmax et la puissance solaire extraite du panneau photovoltaïque n’est pas égale à la puissance maximale.  Ceci reste toujours vrai, même si l’ensoleillement est de 1000W/m2 et la température des cellules de 25°c (conditions STC). Cette propriété intrinsèque de l’association batteries-panneaux solaires photovoltaïques fait qu’on parle de modules 12 V.
 
Effet de l’éclairement sur le panneau solaire.  Effet de la température sur le panneau photovoltaïque.  
Une élévation de la température (de jonction) des cellules solaires provoque un important accroissement de leur courant à l’obscurité et facilite une légère augmentation de la création de paires électron-trou. Le courant du panneau solaire étant égal à la soustraction du photocourant et du courant de diode à l’obscurité, il y’a une légère augmentation du courant Icc accompagnée d’une forte diminution de la tension Vco et donc un décalage du point Pmax vers les puissances inférieures.
Une baisse de l’ensoleillement provoque une diminution de la création de paires électron-trou avec un courant à l’obscurité inchangé. Le courant du panneau solaire étant égal à la soustraction du photocourant et du courant de diode à l’obscurité, il y’a une baisse du courant solaire Icc proportionnelle à la variation de l’ensoleillement accompagnée d’ une très légère diminution de la tension Vco et donc un décalage du point Pmax du panneau solaire vers les puissances inférieures.
Association des panneaux solaires photovoltaïques avec batteries : 12, 24 et 48 Volts.  
On associe couramment les panneaux solaires photovoltaïques en série pour obtenir des tensions multiples de 12 Volts (24V, 48V) et en parallèle pour augmenter le courant solaire. La seule précaution à prendre est d’utiliser des diodes spécifiques.
Diodes by-pass (contournement) ou diodes séries (blocage).
Les associations élémentaires des panneaux photovoltaïques se réalisent directement dans les boîtes de jonction des modules solaires.
   
 branchement 12 V parallèle.
 branchement 24 V série.
   
Association des panneaux solaires photovoltaïquessans batteries : jusqu’à 1000 Volts.  
Le deuxième standard d’utilisation de l'énergie solaire repose sur l’extraction de la puissance maximale. Les électroniques associées à ce type de fonctionnement sont à « poursuite de la puissance maximale » (MPPT). On les met en œuvre généralement pour les installations de pompage d’eau et de   photovoltaïque connecté au réseau.
Dans le cas de ces systèmes, on peut être amené à rechercher des tensions importantes, limitées toutefois par la tension maximale admissible entre les cellules photovoltaïques et le cadre autoporteur du module (typiquement 650 V).
 
Occultations partielles du panneau solaire et point chaud.  
Le panneau solaire photovoltaïque étant une association en série de diodes, l'occultation d'une de celles ci provoque la diminution du courant solaire produit de tout le module photovoltaïque tout en autoploarisant en inverse la cellule solaire ombragée, qui se retrouve à dissiper une quantité trop importante de puissance électrique, ce qui pourrait aboutir à sa destruction. C'est le point chaud. On équipe donc en standard les panneaux photovoltaïques de diodes by-pass qui ont pour rôle de protéger les cellules contre cet effet de point chaud.