L’effet de la température sur un module photovoltaïque (PV) est un paramètre critique pour la performance des installations solaires. Contrairement à l’éclairement, qui influence principalement le courant, la température affecte surtout la tension et, par conséquent, la puissance globale. Nous explorerons les impacts, les calculs et les stratégies d’optimisation pour maximiser le rendement en conditions réelles.
Contenu de l'Article
Principes généraux
- Conversion d’énergie : Une cellule PV convertit le rayonnement solaire en électricité avec un rendement de 5 % à 16 % (selon la technologie). Le reste du rayonnement est transformé en chaleur, ce qui élève rapidement la température de la cellule si la ventilation est insuffisante.
- Impacts principaux :
- Tension : Diminue significativement avec l’élévation de la température (effet notable sur la tension à vide Uco et la tension au point de puissance maximale UMPP).
- Courant : Augmente légèrement (effet négligeable).
- Puissance : Diminue globalement en raison de la chute de tension, malgré l’augmentation mineure du courant.
- En moyenne :
- Tension : -0,3 %/°C
- Courant : +0,04 %/°C
- Puissance : -0,4 %/°C
Le point de puissance maximale (MPP) se déplace vers des tensions plus basses et des courants légèrement plus élevés à mesure que la température augmente, entraînant une perte non négligeable de puissance.
- À 0 °C : Tension MPP élevée, puissance maximale.
- À 25 °C : Conditions nominales.
- À 75 °C : Tension MPP basse, puissance réduite de ~20-30 %.
Coefficients de température
Ces coefficients quantifient la variation des paramètres pour une augmentation de 1 °C de la température de la cellule. Ils sont indiqués sur la fiche technique du module.
| Coefficient | Description | Valeur typique | Exemple d’impact |
|---|---|---|---|
| KT(U) | Coefficient de température de la tension (ex. : tension à vide ou UMPP) | -0,12 V/°C (ou -0,3 %/°C) | La tension diminue de 0,12 V par °C supplémentaire. |
| KT(I) | Coefficient de température du courant (ex. : courant de court-circuit Icc ou IMPP) | +0,04 %/°C | Le courant augmente faiblement. |
| KT(P) | Coefficient de température de la puissance maximale | -0,42 %/°C | La puissance diminue de 0,42 % par °C (ex. : -1,092 W pour un module de 260 W). |
Conditions de référence et réalité
- Conditions STC (Standard Test Conditions) : Éclairement 1000 W/m², température des cellules 25 °C, masse d’air AM=1,5. C’est la base pour les fiches techniques (ex. : puissance nominale 260 W, rendement 16 %).
- Conditions NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) : Plus réalistes (éclairement 800 W/m², température ambiante 20 °C, vent 1 m/s). La température des cellules atteint typiquement 45-55 °C en fonctionnement réel, selon la ventilation
Exemple de calcul : Impact sur la tension et la puissance
Prenons un module de 260 W sous STC (Uco = 37,7 V à 25 °C, KT(U) = -0,12 V/°C, KT(P) = -0,42 %/°C).
- Tension à vide sous NOCT (température cellules ≈ 49 °C) :
- Augmentation de température : 49 °C – 25 °C = 24 °C.
- Chute de tension : 24 × 0,12 V = 2,88 V.
- Uco(NOCT) = 37,7 V – 2,88 V ≈ 34,82 V.
- Puissance à 50 °C :
- Chute par °C : 0,42 % × 260 W = 1,092 W/°C.
- Chute totale : 25 × 1,092 W = 27,3 W.
- Puissance réelle : 260 W – 27,3 W = 232,7 W.
- Rendement réel : 232,7 W / (1000 W/m² × 1,64 m² × 0,99) ≈ 14,29 % (contre 16 % sous STC).
Recommandations pratiques
- Une bonne ventilation (ex. : montage sur toiture aérée) est essentielle pour limiter la température des cellules et maximiser le rendement.
- Dans les climats chauds, anticiper une perte de 10-20 % de puissance par rapport aux valeurs STC.
- Pour le dimensionnement, utiliser les coefficients pour simuler les performances réelles (logiciels comme PVsyst).
La température des cellules joue un rôle clé dans la performance globale de l’installation PV. Une optimisation de la ventilation peut améliorer significativement le rendement réel.
Conclusion
En résumé, l’effet de la température sur les modules photovoltaïques souligne l’importance d’une conception adaptée, avec une perte de puissance moyenne de 0,4 % par °C au-delà de 25 °C. Une ventilation accrue et l’utilisation de coefficients KT(P), KT(U) et KT(I) permettent d’anticiper ces déperditions, assurant des performances optimales même en climats chauds. Intégrer ces considérations dans les simulations (via PVsyst ou équivalents) renforce la viabilité économique des projets PV, favorisant une transition énergétique durable et efficace.