Cellule solaire : caractéristique I–V et point de puissance maximale
Modèle à une diode : photocourant selon l’éclairement, facteur d’idéalité n, température ; courbes I(V) et P(V), point de puissance maximale.
Graphiques
À propos du modèle
La caractéristique courant-tension d’une cellule solaire, dans le modèle à une diode, se construit à partir du photocourant fixé par l’éclairement, du facteur d’idéalité n et de la dépendance en température de l’exponentielle de la diode. De I(V) on tire la puissance P(V) = I·V ; le point de puissance maximale est celui où dP/dV = 0. Faites varier l’éclairement, n et la température : on voit le courant de court-circuit I_sc, la tension en circuit ouvert V_oc, le facteur de forme et le déplacement du point de puissance maximale. Hypothèses : une diode, résistances série et parallèle typiques ; pas de cellules multi-jonctions, d’ombrage local ni de réseau thermique complet du module.
Public : Photovoltaïque et composants à semi-conducteurs : caractéristique d’une cellule solaire et point de puissance maximale.
Notions clés
caractéristique courant-tension
point de puissance maximale
photocourant
facteur d’idéalité
tension en circuit ouvert
éclairement
facteur de forme
Comment ça marche
Modèle à une diode : I = I_ph − I_0 [exp(V/(n V_T)) − 1] avec résistances série et parallèle. Le photocourant croît avec l’éclairement ; V_T = kT/q fixe la pente de l’exponentielle. À l’écran : courbes I(V) et P(V) = I·V, et marque du point de puissance maximale, où dP/dV = 0.
Formules
Iᵖʰ ∝ G, Vₜ ≈ (kT/q)·n
Questions fréquentes
Pourquoi l’augmentation de l’éclairement relève-t-elle surtout I_sc ?
Le photocourant est à peu près proportionnel au nombre de photons absorbés : le courant de court-circuit suit donc l’éclairement de façon quasi linéaire. La tension en circuit ouvert ne croît que logarithmiquement avec le photocourant : l’exponentielle de la diode n’autorise pas un doublement de V_oc quand on double la lumière.
Qu’est-ce que le point de puissance maximale ?
C’est le point de polarisation où P = I·V est maximale — ni le court-circuit (I max., V = 0) ni le circuit ouvert (V max., I = 0). Un asservissement de poursuite du point de puissance maximale cherche ce coude ; travailler seulement à V_oc ou à I_sc donne une puissance moyenne nulle dans la charge.
Comment la température dégrade-t-elle d’ordinaire la caractéristique ?
La hausse de température abaisse en général V_oc plus qu’elle n’aide le courant, et elle resserre le rectangle de puissance. Le facteur n étire le coude de la diode et peut détériorer le facteur de forme ; les courbes à une diode montrent ces déplacements sans décrire thermiquement le module en entier.