Caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque et point de puissance maximale
Terminale Technologique · Physique-Chimie Terminale Technologique
À retenir
• Effet photovoltaïque : absorption d'un photon avec h E_gap génération de courant. • Grandeurs caractéristiques : I_cc (court-circuit), U_co (circuit ouvert). • Puissance électrique : P = U I. • Point de puissance maximale (MPP) : P_max = U_mpp I_mpp. • Rendement de conversion : = P_maxP_lum = P_maxE_lum S.
Le cours
1. Principe de la cellule photovoltaïque Une cellule photovoltaïque est un composant à semi-conducteur (jonction PN au silicium) qui convertit directement l'énergie radiative des photons en énergie électrique par effet photoélectrique interne. Un photon d'énergie supérieure au gap du matériau (h E_gap 1,12\ eV pour le silicium) crée une paire électron-trou séparée par le champ électrique interne de la jonction. 2. Caractéristique courant-tension I = f(U) La courbe caractéristique courant-tension I(U) d'une cellule éclairée fait apparaître des grandeurs caractéristiques fondamentales : • Le courant de court-circuit I_cc (à U = 0\ V) : courant maximal généré, directement proportionnel à l'éclairement lumineux. • La tension à vide U_co (à I = 0\ A) : tension maximale aux bornes de la cellule en circuit ouvert. • La puissance électrique fournie à la charge : P = U I. 3. Point de puissance maximale (MPP) et rendement La puissance électrique P(U) = U I(U) passe par un maximum unique appelé point de puissance maximale (MPP, Maximum Power Point), atteint pour le couple (U_mpp, I_mpp) : P_max = U_mpp I_mpp Le rendement énergétique de conversion compare cette puissance électrique à la puissance lumineuse incidente P_lum = E_éclairement S : = P_maxP_lum. Les onduleurs modernes intègrent un algorithme MPPT pour asservir en temps réel le fonctionnement au MPP.
Dans ce chapitre
- Champs électrique et magnétique statiques de classe de 1ère
- Longueur d'onde et vitesse de la lumière dans le vide de classe de 1ère
- Énergie cinétique et conservation de l'énergie d'un électron de classe de 1ère
- Nature vectorielle d'une onde électromagnétique transversale
- Célérité des ondes électromagnétiques dans le vide et dans un milieu diélectrique
- Spectre électromagnétique complet des rayons gamma aux ondes kilométriques
- Rayonnement thermique du corps noir et loi du déplacement de Wien
- Modèle particulaire de la lumière et quantum d'énergie du photon
- Relation de Planck-Einstein et conversion d'énergie en électronvolts
- Niveaux d'énergie discrets d'un atome et spectres de raies
- Loi de Beer-Lambert et absorbance spectrale d'une solution
- Effet photoélectrique externe et travail d'extraction d'un métal
- Caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque et point de puissance maximale
- Bilan : Synthèse et méthode sur Ondes électromagnétiques, spectre et modèle particulaire du photon