Conversion photovoltaïque : de la cellule aux systèmes

INTRODUCTION

1 - DE LA CELLULE AU GÉNÉRATEUR PHOTOVOLTAÏQUE : MODULARITÉ

• 1.1 - Associations de cellules photovoltaïques
  Figure 1 - Caractéristique électrique résultante d'une association en série de ns cellules photovoltaïques identiques Figure 2 - Caractéristique résultante du groupement associant deux cellules photovoltaïques aux caractéristiques différentes et illustration du phénomène de limitation du courant commun par la cellule faible Figure 3 - Modules connectés en série et protégés par des diodes « bypass ». Caractéristique résultante Figure 4 - Caractéristique électrique résultante d'une association en parallèle de np cellules photovoltaïques identiques Figure 5 - Panneau photovoltaïque constitué de modules connectés en série et en parallèle avec diodes de protection bypass et série. Figure 6 - Caractéristiques électriques résultantes d'un générateur associant np cellules en parallèle et ns cellules en série (identiques ou éventuellement disparates) et courbes de puissances associées Figure 7 - Déséquilibres observés sur un générateur installé depuis 10 ans en zone sahélienne
• 1.2 - Fonctionnement optimal d'un panneau photovoltaïque
  Figure 8 - Exemple de réseau de caractéristiques électriques d'un panneau photovoltaïque pour différents éclairements E de 200 à 1 000 W/m2 avec indication du lieu des points de fonctionnement optimaux Figure 9 - Principe de l'adaptation d'impédance ou de la poursuite du point optimal en temps réel par MPPT (Maximum Power Point Tracking)
• 1.3 - Ingénierie du générateur photovoltaïque : MPPT et modularité
  Figure 10 - Schéma du générateur photovoltaïque de la figure  constitué de deux sections connectées par MPPT à une batterie d'accumulateurs
• 1.4 - Modèles, simulateurs, émulateurs
  Figure 11 - Modèle circuit de type macrocellule d'un panneau photovoltaïque constitué de ns.np cellules PV connectées en série et parallèle

2 - SYSTÈMES PHOTOVOLTAÏQUES

• 2.1 - Problématique des systèmes exploitant l'électricité photovoltaïque
  Figure 12 - Émulateur photovoltaïque de puissance à caractéristique programmable architecturé autour d'un hacheur dévolteur et d'une mémoire numérique
• 2.2 - Systèmes photovoltaïques intégrés à l'habitat raccordés au réseau
  Figure 13 - Architectures types des installations photovoltaïques raccordées au réseau électrique général
• 2.3 - Systèmes autonomes non raccordés au réseau
  Figure 14 - Architectures des installations photovoltaïques autonomes, isolées du réseau électrique général Figure 15 - Stratégie de fonctionnement MPPT optimisant simultanément la conversion PV et le fonctionnement de la charge
• 2.4 - Systèmes de pompage de l'eau au fil du soleil
  Figure 16 - Allure des caractéristiques hydrauliques et des lignes d'isorendement d'une pompe centrifuge fonctionnant à vitesse variable en similitude Figure 17 - Architecture de la chaîne de pompage et exemple de caractéristique hydraulique de pompe immergée à la profondeur Hg Figure 18 - Stratégie de fonctionnement MPPT avec une motopompe alimentée par onduleur MLI : transformation de la caractéristique optimale de la motopompe en caractéristique optimale du générateur PV par dévoltage
• 2.5 - Véhicules solaires autonomes : Sunracers
  Figure 19 - Drones solaires Pathfinder Plus et Helios développés et testés par la NASA et la société Aerovironment Figure 20 - Quelques Sunracers réputés et leurs performances à la WSC depuis 1987 Figure 21 - Architecture générale du véhicule solaire Solelhada Figure 22 - Générateur photovoltaïque de Solelhada partitionné en 6 sections et architecture énergétique avec indication des flux d'énergie Figure 23 - Comparaison par simulation globale, des performances obtenues sur une journée de course Nord - Sud par temps clair, de deux partitions candidates, à 4 ou à 6 sections, pour le générateur PV de Solelhada Figure 24 - Puissance électrique délivrée par le générateur de Solelhada le 20/11/2001, le matin, durant le roulage et le soir à l'arrêt Figure 25 - Bilans énergétiques et kilométriques du véhicule Solelhada lors de Solar Odyssey 2001 du 18 au 24/11/2001
• 2.6 - Production d'hydrogène par électrolyse solaire
  Figure 26 - Transformation réversible d'électricité en « hydrogène énergie », deux vecteurs énergétiques aux propriétés complémentaires Figure 27 - Caractéristiques électriques d'une cellule d'électrolyse et du groupement de cellules photovoltaïques permettant une alimentation au fil du soleil par couplage direct ou par hacheur dévolteur (buck) et MPPT

3 - CONCLUSION : QUEL AVENIR POUR L'ÉLECTRICITÉ SOLAIRE ?