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Comment calculer la puissance lumineuse reçue par une cellule ?


Comment peut-on faire le calcul d’éclairement quant à la quantité de lumière, ou puissance lumineuse, telle que reçue par une cellule photovoltaïque ? Connaître ce calcul peut aider pour mieux apprécier la puissance maximale reçue par une cellule, et ainsi calculer son rendement. Alors, comment le calculer ? C’est parti!

Un panneau photovoltaïque, c’est quoi?

Un panneau photovoltaïque, souvent situé sur les toits ou sur une surface plane et idéalement exposée au soleil, est, basiquement, un générateur d’électricité.

Ce générateur est constitué de cellules, également nommées photopiles. Toutes ces cellules sont raccordées entre elles et captent la lumière du soleil. Cette lumière captée est transformée en courant continu, lequel généré l’électricité nécessaire aux activité humaines.

Bien qu’écologique et très vertueuse, la source à l’origine de cette électricité, la lumière du soleil, n’est pas constante tout au long de la journée, et, bien évidement, disparaît la nuit.

Il faut donc, pour optimiser le rendement des panneaux, en connaître la capacité de rendement maximal et ainsi pouvoir prévoir les périodes plus vides en les compensant par des périodes pleines.

Penchons nous maintenant sur ce fameux calcul et ses principes fondateurs.

Le calcul de la puissance lumineuse

Petite introduction pour mieux cerner le problème qui nous concerne aujourd’hui.

Si une cellule photovoltaïque est placée sous notre source lumineuse, à savoir le soleil, sans aucun récepteur pour capter et canaliser l’énergie ainsi produite, elle peut générer dans l’immédiateté une tension continue. On qualifie cette tension continue de tension de circuit ouvert ou bien de tension à vide.

Cette tension est quantifiable. Elle est de l’ordre de 0,6 volts pour une cellule basique. La composition et la nature des cellules induisent des variations bien évidement, en fonction des matériaux utilisés. Néanmoins, pour ne pas compliquer notre affaire, restons sur une cellule élémentaire en silicium cristallin, la plus basique.

Un panneau étant constitué d’un ensemble de cellules associées, la tension à vide sera égale au nombre total de ces cellules, ce nombre étant lui à multiplier par la tension de 0,6 volts. Le chiffre obtenu sera qualifié de tension maximale. Cela correspond à la capacité de production maximale par l’ensemble des cellules, à savoir donc celle du panneau photovoltaïque.

Néanmoins, le problème n’est pas réglé. C’est à une tension inférieure que notre panneau pourra débiter du courant et ainsi alimenter un récepteur. Il faudra donc le transformer et ainsi fournir notre générateur.

Par ailleurs, notre source n’étant pas constante, cela ne règle pas le problème des heures creuses. C’est sur cette problématique que nous allons nous pencher maintenant.

L’idée de ces panneaux est d’accumuler pendant les heures pleines, un maximum d’énergie et de la convertir ensuite en tension inférieure, qui sera elle stockable dans le récepteur et ainsi plus durable. Cela permettra donc de fournir une énergie constante, ainsi accumulées, même pendant les heures plus creuses.

Cette période maximale est nommée puissance crête. Cela correspond au maximum de luminosité captée par la cellule et, par extension, du maximum d’énergie stockée par la cellule.

On calculera cette puissance crête en faisant un ratio Watts par M², correspondant au taux de watts emmagasinés par mètres carrés de panneaux lumineux. Le calcul obtenu permettra de calculer la production maximale d’énergie du panneau, et donc de connaître son rendement maximum.

Une fois cette donnée obtenue, on peut donc savoir, en étirant sur le reste de la journée et en calculant les heures vides comme la nuit, ou moins rentables comme le début et la fin de la journée, combien notre générateur nous rapporte d’électricité, et donc la rentabilité énergétique de notre panneau photovoltaïque.

Dorénavant, vous savez tout. A bientôt!