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Savoir lire la fiche technique d'un module PV

Les modules photovoltaïques sont testés en laboratoire dans les conditions STC. Ces tests permettent de déterminer les propriétés électriques telles que la tension à vide UCO, le courant de court-circuit ICC, la tension de puissance maximale UMPP et le courant de puissance maximale IMPP.



Conditions STC (Standard Test Conditions)


Les conditions standards de test définissent la façon dont les modules photovoltaïques sont examinés en laboratoire afin d’en dégager les propriétés électriques. Il s’agit de conditions normalisées qui permettent de comparer des modules entre eux.

Les conditions STC donnent un certain nombre de conditions de tests dont notamment :
  • Niveau d’éclairement du module : Pi=1000 W/m²
  • Température des cellules : 25°C
  • Coefficient Air Masse = 1.5


Définition de la puissance crête


La puissance crête d’un module, notée Pc, se défini alors comme la puissance maximale du module dans les conditions STC (niveau d’éclairement : Pi=1000 W/m², température de cellule : 25°C, A.M.=1.5). Donc Pc = PMPP(STC) = UMPP(STC) × IMPP(STC).

La puissance crête représente une puissance donc s'exprime en Watt (W). Cependant, s'agissant d'une puissance un peu particulière, on l'exprime en Watt-Crête (WC).


EXEMPLE 1
Fabricant : SILIKEN

Technologie de cellules : silicium monocristallin

Les fabricants de modules indiquent toujours sur la fiche technique des propriétés d’ordre générale telles que les dimensions du module ou le poids. Ce qui nous intéresse en vue du dimensionnement des installations photovoltaïques, ce sont les propriétés électriques des modules.

Extrait de fiche technique : données générales (dimensions, poids, etc.)
Extrait de fiche technique : données générales (dimensions, poids, etc.)


Extrait de fiche technique : données électriques
Extrait de fiche technique : données électriques


Considérons le module de puissance 240 WC. La fiche technique nous apporte des informations sur les points suivants :
⓵ Puissance crête du module Pc = 240 Wc
⓶ Rendement sous condition STC (Standard Test Conditions) : η=14.8%.

Dans cet exemple, la puissance crête vaut Pc = 240 Wc, et la surface du module est 1.64×0.99=1.6236 m².
ηSTC=240/(1000×1.6236) ηSTC=14.78 % ≈ 14.8%
Ce calcul est bien cohérent avec la donnée du fabricant sur la fiche technique.

Savoir calculer le rendement d’un module


Le rendement η d’un module est la part d’énergie radiative (rayonnement) qu’il est capable de transformer en énergie électrique.

η = Puissance électrique / Puissance radiative


Ce rendement dépend des conditions d’exploitation du module. Le rendement indiqué sur les fiches techniques des modules est le rendement dans les conditions STC (niveau d’éclairement Pi=1000 W/m², Température de cellule 25°C, AM=1.5).

Dans les conditions STC, la puissance électrique fournie par le module est tout simplement la puissance crête. Quant à la puissance radiative, elle est égale à 1000 W/m² multiplié par la surface du module.

Ainsi :
η = Pc / (Pi, STC × Smodule)

Soit : η = Pc / (1 000 × Smodule)


⓷ Facteur de forme : FF=0.753
⓸ Tension de puissance maximale UMPP = 29.6 V
⓹ Courant de puissance maximale IMPP = 8.12 A
⓺ Tension à vide Uco = 37 V
⓻ Courant de court-circuit Icc = 8.61 A
⓼ Tension maximale UL/IEC
⓽ Coefficient de température de la puissance maximale : KT(P) = -0.41 %/°C. Cela signifie que la puissance diminue de 0.984 W (0.41% × 240 = 0.984 W) lorsque la température des cellules augmente de 1 °C.
⓾ Coefficient de température de la tension en circuit ouvert : KT(Uco) = -0.356 %/°C. Cela signifie que la tension à vide diminue de 0.13 V (0.356% × 37 = 0.13 V) lorsque la température des cellules augmente de 1 °C.
⓫ Coefficient de température du courant de court-circuit : KT(Icc) = 0.062 %/°C. Cela signifie que le courant de court-circuit Icc augmente 5.3 mA (0.062% × 8.61 = 0.0053 A) lorsque la température des cellules augmente de 1 °C.
⓬ Température nominale de fonctionnement de la cellule : NOCT = 49°C (±2°C)

Les conditions NOCT


NOCT est l’abréviation de l’anglicisme Normal Opérating Cell Température, qui signifie en français : température nominale d’utilisation des cellules.

En effet, les conditions STC imposent un niveau d’éclairement de 1000 W/m² et une température de cellule de 25°C. Or, dans la réalité, les cellules des modules ne fonctionnent pas dans ces conditions.

Ainsi, la profession a introduit des conditions de test des cellules plus proches de la réalité. Il s’agit des conditions NOCT :
  • Niveau d’éclairement : 800 W/m²
  • Température extérieure : 20 °C
  • Vitesse du vent : 1 m/s
  • Air Masse : AM=1.5
Il n’y a plus de condition sur la température des cellules mais sur la température de l’air environnant (20°C) et sur la vitesse du vent (1 m/s). Dans ces conditions NOCT, qui sont proches des conditions de fonctionnement des installations photovoltaïques, les cellules constituants les modules photovoltaïques vont chauffés et atteindre une température stationnaire qu’on appelle température nominale d’utilisation des cellules (en anglais : Normal Opérating Cell Température, NOCT).

Calculer la tension à vide du module dans les conditions NOCT


D’après la fiche technique, la tension à vide Uco du module dans les conditions STC est de 37 V. Cette tension est donc la tension à vide lorsque la température des cellules est de 25°C (conditions STC).

Nous savons que lorsque la température augmente, la tension à vide diminue.

Le but de cet exercice est de calculer la tension à vide dans les conditions NOCT, c’est-à-dire pour une température de cellule de 49°C (voir point 12 de la fiche technique).

Un coefficient de température KT(U) permet de connaître la variation de la tension en fonction de la température. La fiche technique nous donne : KT(U)=-0.356 %/°C (KT(U) est négatif car la tension diminue lorsque la température augmente).

La tension diminue donc de 0.356 % lorsque la température augmente de 1°C. IMPORTANT : ce pourcentage s’applique à la tension à vide indiquée sur la fiche technique.

On calcul : 0.356/100 × 37 = 0.13172 V.

On en déduit que la tension diminue de 0.13172 V lorsque la température augmente de 1°C. Donc, lorsque la température augmente de 24 °C (différence entre 49°C et 25°C), la tension diminue de 24×0.13172 = 3.16128 V.

Par conséquent, la tension à vide du module dans les conditions NOCT vaut :

UCO(NOCT)=37 - 3.16128 UCO(NOCT)≈33.84 V


EXEMPLE 2
Fabricant : SolarIntegrated

Technologie de cellules : silicium amorphe

Photographies de modules photovoltaïques en membrane souple amorphe (Solar Integrated)
Photographies de modules photovoltaïques en membrane souple amorphe (Solar Integrated)


Extrait de fiche technique :

Extrait fiche technique Solar Integrated
Extrait fiche technique Solar Integrated


Etudions en détail cette fiche technique :

Extrait fiche technique Solar Integrated
Extrait fiche technique Solar Integrated


Considérons le module de puissance 544 Wc. La fiche technique nous apporte des informations sur les points suivants :

⓵ Puissance crête : PC = 544 Wc
⓶ Tension à vide UCO = 185 V
⓷ Tension de puissance maximale UMPP = 132 V
⓸ Courant de court-circuit ICC = 5.1 A
⓹ Courant de puissance maximale IMPP = 4.13 A
⓺ Coefficient de température de la puissance maximale : KT(P) = -0.21 %/°C. Cela signifie que la puissance diminue de 1.14 W (0.21% × 544 = 1.14 W) lorsque la température des cellules augmente de 1 °C.
⓻ Coefficient de température de la tension en circuit ouvert : KT(Uco) = -0.38 %/°C. Cela signifie que la tension à vide diminue de 0.70 V (0.38% × 185 = 0.70 V) lorsque la température des cellules augmente de 1 °C.
⓼ Coefficient de température de la tension de puissance maximale : KT(UMPP) = -0.31 %/°C. Cela signifie que la tension à vide diminue de 0.41 V (0.31% × 132 = 0.41 V) lorsque la température des cellules augmente de 1 °C.
⓽ Coefficient de température du courant de court-circuit : KT(Icc) = 0.10 %/°C. Cela signifie que le courant de court-circuit Icc augmente 5.1 mA (0.10% × 5.1 = 0.0051 A) lorsque la température des cellules augmente de 1 °C.
⓾ Coefficient de température du courant de puissance maximale : KT(IMPP) = 0.10 %/°C. Cela signifie que le courant de court-circuit Icc augmente 4.1 mA (0.10% × 4.13 = 0.0041 A) lorsque la température des cellules augmente de 1 °C.
⓫ Cette colonne indique les majorations à prendre en considération pendant les 10 premières semaines de fonctionnement du module photovoltaïque.

Dans l’exemple étudié ici, nous constatons que la puissance crête, la tension de puissance maximale, le courant de court-circuit et la courant de puissance maximale sont majorés respectivement de 15 %, 11 %, 4% et 4 % durant les 10 premières semaines de fonctionnement.

Remarque : on constate que les pertes de puissance par élévation de la température (KT(P)=-0.21 %/°C) sont presque moitié moindres en amorphe qu’en cristallin (KT(P)=-0.41 %/°C).

Stabilisation des modules amorphes


Nous savons que les modules amorphes délivrent une puissance beaucoup plus élevée durant les premiers mois de fonctionnement que celle communiquée par le fabricant. Les propriétés électriques indiquées sur les fiches techniques des modules en silicium amorphe prennent en compte la baisse prévisionnelle (liée à cette technologie) des valeurs, après stabilisation. Cela pose des problèmes pour le dimensionnement d’une installation photovoltaïque : les composants et appareils électriques annexes risquent d’être sous-dimensionnés pendant les premières semaines de production. Ainsi, les fabricants préfèrent annoncer clairement les variations de puissance, de tension et de courant durant les premières semaines de mise en service du module.