Conditions de Test Standard d’un Module Photovoltaïque
Les conditions de test standard, ou CTS, d’un panneau solaire photovoltaïque sont utilisées par un fabricant pour définir les performances électriques et les caractéristiques de leurs panneaux et modules photovoltaïques.
Les panneaux et modules photovoltaïques (PV) sont des dispositifs semi-conducteurs qui génèrent une sortie électrique lorsqu’ils sont directement exposés à la lumière du soleil. Cependant, la variation de l’irradiance affecte directement le courant de sortie d’un panneau PV. Le choix d’un type de panneau photovoltaïque par rapport à un autre peut dépendre de nombreux facteurs tels que la taille, le prix, la puissance de sortie et le type, qu’il soit en silicium monocristallin ou polycristallin.
La caractéristique la plus importante de tout panneau solaire est sa puissance de sortie, et les panneaux solaires photovoltaïques sont disponibles dans une large gamme de puissances, allant de quelques watts à plus de 400 watts pour les plus grands panneaux et/ou modules. Il est donc nécessaire de déterminer la puissance de sortie maximale, en watts, d’un panneau PV, ainsi que ses caractéristiques électriques qui restent les mêmes pour tous les fabricants de panneaux, permettant ainsi à l’utilisateur, au propriétaire ou à l’installateur de comparer.
En général, la puissance de sortie d’un panneau PV particulier est sa notation en courant continu (DC) qui apparaît sur l’étiquette du fabricant ou la plaque signalétique au dos du panneau, listant plusieurs valeurs de CTS telles que la tension, le courant et la puissance. Par exemple, 100 WDC.
Cette puissance nominale, et par conséquent la performance d’un panneau photovoltaïque, est présentée selon des critères de test internationaux définis, connus sous le nom de Conditions de Test Standard (CTS). Ainsi, lorsqu’un panneau est annoncé comme ayant une capacité, disons, de 400 Watts-crête, c’est la puissance qu’il produira dans les conditions de CTS.
Les trois éléments principaux des conditions de test standard sont la « température des cellules », l’« irradiance » et la « masse d’air », car ce sont ces trois conditions de base qui affectent la puissance de sortie d’un panneau PV une fois qu’il est installé.
Les fabricants souhaitent que nous achetions leurs panneaux photovoltaïques et produits, c’est pourquoi ils les testent dans des conditions contrôlées afin que les données fournies sur leurs panneaux soient fiables et reproductibles lors d’une série de tests pour déterminer leur performance maximale. En général, les procédures de test utilisées reposent sur des mesures en intérieur.
Les panneaux photovoltaïques convertissent l’énergie solaire du soleil en énergie électrique. Cependant, pour ce faire, ils nécessitent une quantité suffisante d’irradiance solaire pour frapper la surface du panneau. En termes solaires, l’irradiance représente l’intensité de la lumière du soleil tombant sur le panneau solaire. Cela signifie que l’irradiance est une mesure instantanée de la puissance solaire sur une certaine surface à un moment donné, avec une irradiance maximale présente à midi par temps clair.
La condition de test standard pour un panneau ou module solaire photovoltaïque est définie comme étant de 1000 W/m2 (1 kW/m2) d’irradiance solaire totale lorsque le panneau et les cellules sont à une température ambiante standard de 25oC avec une masse d’air de niveau de mer (AM) de 1.5 (1 soleil). De plus, ISC est le courant de court-circuit à CTS et VOC est la tension à circuit ouvert.
Il est clair que les conditions de test standard utilisées par les fabricants sont celles que l’on trouve dans les laboratoires ou sur leurs lignes d’assemblage en intérieur et, en ce sens, elles diffèrent des conditions réalistes que les panneaux subiront sur un toit ou un cadre de montage.
Les mesures en extérieur sur les panneaux et modules PV (ou sur les array) doivent être effectuées dans les conditions réelles d’irradiance et de température au moment de la mesure. Mais il doit y avoir quelque chose que le concepteur ou le propriétaire peut utiliser lors de la sélection d’un panneau ou module particulier.
La puissance (courant x tension) de sortie d’un panneau photovoltaïque (PV) dans ces conditions de test standard est souvent appelée « watts-crête » ou « Wp ». Il existe un point particulier sur la courbe I-V d’un panneau PV appelé Point de Puissance Maximale (PMAX), auquel le panneau fonctionne à son efficacité maximale et produit sa puissance de sortie maximale.
Cependant, la courbe des caractéristiques I-V est non linéaire, car le courant généré par un panneau solaire varie linéairement avec l’intensité de la lumière et la température. Il convient de noter que ce terme « puissance maximale » peut être trompeur, car à des coefficients de température extrêmes, ou à des intensités de radiation très élevées, la valeur des watts crête peut bien être dépassée. La grande majorité des installations de panneaux solaires fonctionnent dans leurs valeurs maximales.
Étiquette de STC des Panneaux Photovoltaïques
Les Conditions de Fonctionnement Nominales (CFN) d’un panneau photovoltaïque sont un ensemble de conditions de référence communes conçues pour simuler le panneau pour des mesures extérieures réelles.
Ces conditions essaient de combiner le niveau d’irradiance d’une journée d’été claire, avec une température de panneau d’une journée d’hiver claire et le spectre lumineux d’une journée de printemps claire. Ces conditions supposent une irradiance solaire de 800 W/m2, une température ambiante de 20oC et une vitesse du vent de 1,0 m/s au niveau de la mer.
Il est donc clair que la puissance de sortie maximale d’un panneau PV sera bien inférieure à celle indiquée sous les conditions de test standard. Les comparaisons entre les mesures idéales en intérieur sous conditions de test standard (CTS) et les mesures réelles en extérieur sous conditions de fonctionnement nominales (CFN) peuvent produire une puissance de sortie WP inférieure à 20% par rapport à la puissance de crête nominale d’un panneau particulier.
Cela ne veut pas dire que les valeurs de tension, de courant et de puissance en sortie CTS d’un fabricant particulier ne sont pas exactes. Les notations des panneaux en CTS peuvent être utilisées pour comparer différents panneaux PV de différents fabricants. Cependant, il ne s’agit que d’un numéro de référence et en aucun cas, il ne peut être utilisé pour caractériser la sortie d’un panneau photovoltaïque ou de systèmes. Comprendre que votre installation solaire peut produire moins que ce que vous pensez éliminera tout doute sur son efficacité.
Résumé des Conditions de Test Standard
Les panneaux solaires photovoltaïques sont un excellent moyen de réduire notre empreinte carbone en convertissant la lumière du soleil directement en électricité. Les fabricants veulent que nous achetions leurs panneaux et modules PV et utilisent les mesures obtenues sous leurs Conditions de Test Standard (CTS) dans un environnement de laboratoire pour cela. Mais les performances d’un panneau PV sous des mesures CTS idéales en intérieur et sous des conditions réelles de fonctionnement lorsqu’il est monté sur un toit ou un support peuvent varier considérablement et peuvent décevoir l’utilisateur, qui s’attend à ce que ses panneaux produisent plus de sortie solaire.
Bien que la notation CTS d’un panneau photovoltaïque soit utile pour le consommateur afin de comparer divers panneaux, ce genre de comparaison a ses limites. Ce n’est pas parce que deux panneaux notés semblent avoir la même notation CTS qu’ils produiront la même quantité de puissance sur site, car cela ne dit rien sur la qualité de fabrication du panneau.
Cependant, les notations de conditions de test standard d’un fabricant ne sont pas toutes mauvaises. En plus de la puissance de sortie maximale d’un panneau en pleine lumière, les étiquettes des panneaux solaires peuvent également fournir des valeurs typiques pour la tension et le courant à la CTS, ce qui nous donne un bon point de départ pour déterminer les courants des fils et conducteurs de raccordement, ainsi que sa tension à circuit ouvert, VOC. Cela est utile lors de nos calculs de base pour la longueur de la chaîne en série et la dimensionnement de la puissance DC de l’équipement.
Notez qu’à la différence du courant de court-circuit, ISC, VOC n’est généralement pas une tension de fonctionnement réelle pour un panneau PV, car en réalité, toute charge PV connectée augmente à une résistance infinie. Néanmoins, cela doit être pris en compte lors du dimensionnement et de la conception d’un système solaire.
Le point de puissance maximale (PMAX) est le point où le module solaire produit la puissance maximale. Cependant, un panneau photovoltaïque ne produit pas une tension et un courant de sortie DC fixes, mais plutôt une sortie qui varie considérablement sous différentes conditions de fonctionnement. Par conséquent, acheter et installer un panneau solaire PV noté pour une puissance CTS particulière, par exemple 100 watts, peut ne pas produire un tel maximum de puissance lorsque installé sur votre toit.