Bases de l'électricité et du photovoltaïque : grandeurs, loi d'Ohm et courbe I-V
Ce domaine vérifie la maîtrise des grandeurs électriques continues et la capacité à lire une fiche technique de module sans se tromper d'unité ni de condition de mesure. Les questions type portent sur un calcul de puissance, de rendement ou sur l'effet de la température.
Lois et grandeurs indispensables
- Loi d'Ohm : U = R × I ; en continu, P = U × I ; énergie E (Wh) = P × t.
- En série, les tensions s'additionnent et le courant reste identique : l'Isc d'un string est celle d'un seul module.
- En parallèle, les courants s'additionnent et la tension reste identique.
- Rendement d'un module : η = Pmax / (G × A), avec G en W/m² et A en m².
Effet photovoltaïque et caractéristiques
La cellule silicium est une jonction p-n : les photons d'énergie supérieure à la bande interdite (environ 1,1 eV) créent des paires électron-trou séparées par le champ interne. Le courant varie presque proportionnellement à l'éclairement, tandis que la tension évolue de façon logarithmique.
Les conditions STC (1000 W/m², 25 °C, spectre AM 1,5) servent de référence commerciale. En fonctionnement réel, la cellule chauffe (NOCT voisine de 45 °C) : la puissance diminue, principalement parce que la tension chute. Coefficients typiques d'un module silicium : Voc ≈ −0,28 à −0,35 %/°C, Isc ≈ +0,05 %/°C, Pmax ≈ −0,35 à −0,45 %/°C. Le facteur de forme FF = Pmax / (Voc × Isc) traduit la qualité électrique de la cellule (0,75 à 0,85 en cristallin).
Exemple raisonné
Module de 500 Wc : Voc = 41,2 V, Isc = 13,9 A, FF = 500 / (41,2 × 13,9) = 0,873. Par grand froid, la température de cellule peut descendre à −10 °C, soit ΔT = −35 K par rapport aux STC. La tension devient 41,2 × (1 + 0,0028 × 35) = 45,2 V. Conséquence directe pour un onduleur limité à 1000 V : 22 modules en série donnent 22 × 45,2 = 994 V, soit la limite ; 23 modules dépasseraient la tension maximale et détruiraient l'entrée. Le calcul en froid, jamais celui en STC, conditionne la sécurité.
Pièges qui coûtent des marks
- Confondre Isc et courant au point de puissance maximale (Imp est inférieur d'environ 5 à 8 %).
- Dimensionner la tension de chaîne avec la Voc à 25 °C au lieu de la Voc à la température minimale du site.
- Mélanger kWc (puissance crête installée) et kWh (énergie produite).
- Utiliser la formule du courant alternatif (P = U × I × cos φ) pour un circuit continu.