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Caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque

La puissance électrique délivrée par une cellule photovoltaïque est le produit de la tension par le courant qu’elle génère. Ces deux grandeurs, courant et tension, dépendent à la fois des propriétés électriques de la cellule mais aussi de la charge électrique à ses bornes.

Les propriétés électriques de la cellule sont synthétisées dans un graphe qu’on appelle caractéristique courant-tension. Tout dipôle électrique est entièrement défini par sa caractéristique courant-tension, qui lui est propre.



Une cellule photovoltaïque, en tant que dipôle électrique, dispose de sa propre caractéristique courant-tension, ainsi qu’illustré ci-dessous :

Caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque
Caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque


Cette caractéristique courant-tension est une relation entre la tension et le courant délivrés par la cellule photovoltaïque.

Deux données importantes sont à relevées :

Cellule photovoltaïque en court-circuit Le courant de court-circuit noté ICC
Il s’agit du courant qui traverse la cellule photovoltaïque lorsque celle-ci est court-circuit, c’est-à-dire lorsque le pôle + est relié au pôle – (la tension à ses bornes est alors nulle). Dans ce cas, la puissance fournie par la cellule P = U × I est nulle.

Cellule photovoltaïque en circuit ouvert La tension en circuit ouvert notée UCO
Il s’agit de la tension aux bornes de la cellule lorsque celle-ci est en circuit ouvert, c’est-à-dire lorsque le pôle + et le pôle – sont isolés électriquement de tout autre circuit électrique (le courant la traversant est alors nul). Dans ce cas, la puissance fournie par la cellule P = U × I est nulle.

La puissance fournie par la cellule est tout simplement le produit du courant et de la tension. A partir de la caractéristique courant-tension, il est intéressant de dessiner le graphe de la puissance (P = U × I) en fonction de la tension U, qu’on appelle aussi caractéristique puissance-tension (courbe verte) :

Caractéristiques courant-tension & puissance-tension d'une cellule photovoltaïque
Caractéristiques courant-tension & puissance-tension d'une cellule photovoltaïque


On retrouve bien les deux cas énoncés précédemment (cellule en court-circuit et cellule en circuit ouvert) pour lesquels la puissance fournie est nulle.

Par ailleurs, la caractéristique courant-tension d’une cellule photovoltaïque met en évidence un point de puissance maximum PMPP (MPP signifie en anglais Maximal Power Point, soit Point de Puissance Maximum). Ce point de puissance maximum est le produit d’un courant et d’une tension donnés. On appelle respectivement IMPP et UMPP le courant et la tension correspondant au point de puissance maximum, c’est-à-dire tel que IMPP × UMPP = PMPP.

Ainsi, pour résumer, 4 paramètres majeurs permettent de caractériser une cellule photovoltaïque :
  • Le courant de court-circuit noté ICC,
  • La tension à vide notée UCO,
  • Le courant de puissance maximale noté IMPP,
  • La tension de puissance maximale notée UMPP.
La valeur des 4 paramètres ci-dessus varie plus ou moins en fonction d'un certain nombre de paramètres extérieurs dont :