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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Cellules solaires. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Beaucoup d'entre nous ne soupçonnent pas que la méthode d'obtention de l'électricité à partir de la lumière du soleil est connue depuis environ 130 ans. L'effet photoélectrique a été observé pour la première fois par Edmond Becquerel en 1839. Cette découverte accidentelle est passée inaperçue jusqu'en 1873, lorsque Willoughby Smith a découvert un effet similaire lorsqu'une plaque de sélénium était irradiée par la lumière. Et bien que ses premières expériences soient loin d'être parfaites, elles ont marqué le début de l'histoire des cellules solaires à semi-conducteurs. À la recherche de nouvelles sources d'énergie, les Bell Labs ont inventé la cellule solaire au silicium, qui est devenue le précurseur des convertisseurs solaires photovoltaïques actuels. Ce n'est qu'au début des années 50 que la cellule solaire a atteint un degré de perfection relativement élevé. La conversion d'énergie dans les cellules solaires (PEC) est basée sur l'effet photovoltaïque dans des structures semi-conductrices hétérogènes lorsqu'elles sont exposées au rayonnement solaire. Sur cette page, nous ne nous fixons pas pour objectif d'entrer dans la physique de ce phénomène difficile, nous décrirons donc brièvement le côté pratique de la question. Vous pouvez utiliser l'énergie des cellules solaires de la même manière que l'énergie des autres sources d'énergie, à la différence que les cellules solaires ne craignent pas les courts-circuits. Chacun d'eux est conçu pour maintenir une certaine intensité de courant à une tension donnée. Mais contrairement à d'autres sources de courant, les caractéristiques d'une cellule solaire dépendent de la quantité de lumière tombant sur sa surface. Par exemple, un nuage entrant peut réduire la puissance de sortie de plus de 50 %. De plus, les écarts de régimes technologiques entraînent une dispersion des paramètres de sortie des éléments d'un lot. Par conséquent, la volonté de tirer le meilleur parti des convertisseurs photovoltaïques conduit à la nécessité de trier les cellules par courant de sortie. À titre d'exemple illustratif d'un « mouton moche gâtant tout le troupeau », on peut citer ce qui suit : couper une section de tuyau d'un diamètre beaucoup plus petit dans une rupture dans une conduite d'eau de grand diamètre, en conséquence, le débit d'eau va brusquement diminuer. Quelque chose de similaire se produit dans une chaîne de paramètres de sortie non uniformes des cellules solaires. Les cellules solaires au silicium sont des dispositifs non linéaires et leur comportement ne peut pas être décrit par une simple formule comme la loi d'Ohm. Au lieu de cela, pour expliquer les caractéristiques de l'élément, vous pouvez utiliser une famille de courbes faciles à comprendre - caractéristiques courant-tension (CVC)
La tension en circuit ouvert générée par un élément change légèrement lors du passage d'un élément à un autre dans un lot et d'un fabricant à un autre et est d'environ 0.6 V. Cette valeur ne dépend pas de la taille de l'élément. La situation est différente avec le courant. Cela dépend de l'intensité de la lumière et de la taille de l'élément, qui se réfère à sa surface. Un élément d'une taille de 100 * 100 mm est 100 fois plus grand qu'un élément d'une taille de 10 * 10 mm et, par conséquent, sous le même éclairage, il émettra un courant 100 fois supérieur. En chargeant l'élément, vous pouvez tracer la dépendance de la puissance de sortie sur la tension, obtenant quelque chose de similaire à celui illustré à la Fig. 2
La puissance de crête correspond à une tension d'environ 0,47 V. Ainsi, pour bien évaluer la qualité d'une cellule solaire, ainsi que pour comparer les cellules entre elles dans les mêmes conditions, il est nécessaire de la charger pour que la la tension de sortie est de 0,47 V. Une fois les éléments solaires sélectionnés pour le travail, il est nécessaire de les souder. Les éléments en série sont équipés de grilles de collecte de courant, conçues pour y souder des conducteurs. Les batteries peuvent être fabriquées dans n'importe quelle combinaison souhaitée. La batterie la plus simple est une chaîne de cellules connectées en série. Vous pouvez également connecter des chaînes en parallèle, en obtenant la connexion dite série-parallèle. Un point important dans le fonctionnement des cellules solaires est leur régime de température. Lorsque l'élément est chauffé d'un degré au-dessus de 25оAvec lui, il perd 0,002 V en tension, c'est-à-dire 0,4 %/degré. La figure 3 montre une famille de courbes CVC pour les températures 25о C et 60о C.
Par une belle journée ensoleillée, les éléments chauffent jusqu'à 60-70оAvec une perte de 0,07-0,09 V chacun. C'est la principale raison de la diminution de l'efficacité des cellules solaires, entraînant une chute de la tension générée par la cellule. L'efficacité d'une cellule solaire conventionnelle varie actuellement de 10 à 16 %. Cela signifie qu'un élément d'une taille de 100 * 100 mm dans des conditions standard peut générer 1 à 1,6 watts. Les conditions suivantes sont reconnues comme conditions standard pour la certification d'éléments dans le monde entier : - éclairage 1000 W/m2 - température 25оС - spectre AM 1,5 (spectre solaire à la latitude 45о) Publication : alternativenergy.ru
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