FR2996079A1

FR2996079A1 - Procede de caracterisation d'un element photovoltaique, dispositif de caracterisation de l'element photovoltaique, programme et support d'enregistrement associes

Info

Publication number: FR2996079A1
Application number: FR1258921A
Authority: FR
Inventors: Henri Zara; Jens Merten
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-03-28
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: EP2898336A1; US20150222228A1; WO2014044603A1; FR2996079B1

Abstract

Le procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque (4) comprend une phase d'étude (E1) d'un comportement de l'élément photovoltaïque (4) en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu d'une source lumineuse (2), par exemple une matrice de diodes électroluminescentes, à une puissance d'émission d'étude. Ladite phase d'étude (E1) comprend une étape de mesure (E1-1) d'au moins un paramètre électrique (I, V) représentatif du fonctionnement de l'élément photovoltaïque (4). En outre, le procédé comporte une phase d'initialisation (E2), réalisée avant la phase d'étude (E1), comprenant une étape d'ajustement (E2-1) d'une température de fonctionnement de la source lumineuse (2) en fonction de la puissance d'émission d'étude.

Description

Procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque, dispositif de caractérisation de l'élément photovoltaïque, programme et support d'enregistrement associés Domaine technique de l'invention L'invention concerne le domaine de l'énergie photovoltaïque. L'invention a pour objet plus particulièrement un procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque permettant son étude. État de la technique Un panneau photovoltaïque peut être caractérisé sous un éclairage variable (VIM pour « Variable Illumination Method » en anglais). L'analyse VIM proposée permet de définir les paramètres du modèle électrique du panneau photovoltaïque. Cette analyse nécessite un grand nombre de mesures « courant/tension » sur une grande dynamique d'éclairage.

Habituellement, les panneaux photovoltaïques sont caractérisés sous un éclairage naturel en extérieur sur plusieurs jours, voire plusieurs mois. Ces campagnes de mesures sont donc longues mais nécessaires pour obtenir un grand nombre de points de fonctionnement sur une gamme d'ensoleillement et de température.

Il existe des bancs d'éclairage à diodes électroluminescentes qui permettent de « flasher » les panneaux en cours de production, mais ces équipements ne permettent pas de réaliser une analyse VIM. Il résulte donc une problématique relative aux tests des panneaux photovoltaïques notamment sur banc d'éclairage permettant de réaliser des tests de manière correcte et rapide. Objet de l'invention Le but de la présente invention est de proposer une solution qui remédie aux inconvénients listés ci-dessus. On tend vers ce but par l'utilisation d'un procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque comprenant une phase d'étude d'un comportement de l'élément photovoltaïque en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu d'une source lumineuse, par exemple une matrice de diodes électroluminescentes, à une puissance d'émission d'étude, ladite phase d'étude comprenant une étape de mesure d'au moins un paramètre électrique représentatif du fonctionnement de l'élément photovoltaïque, ledit procédé comportant en outre une phase d'initialisation, réalisée avant la phase d'étude, comprenant une étape d'ajustement d'une température de fonctionnement de la source lumineuse en fonction de la puissance d'émission d'étude.

Selon un mise en oeuvre, l'étape d'ajustement comprend une étape dans laquelle la source lumineuse est traversée par un courant électrique fonction de la puissance d'émission d'étude, ladite phase d'étude étant déclenchée lorsque ladite température de fonctionnement est stabilisée. Selon une autre mise en oeuvre, l'étape d'ajustement comporte une étape dans laquelle la source lumineuse est traversée pendant une durée d'initialisation par un courant électrique d'intensité fonction d'une puissance d'émission d'initialisation différente de la puissance d'émission d'étude. Avantageusement, la durée d'initialisation est fonction d'une valeur représentative d'une température courante de la source lumineuse préalable au déclenchement de la phase d'initialisation, et d'une valeur représentative d'une température désirée de la source lumineuse associée à la puissance d'émission d'étude de la phase d'étude. Par exemple, la température courante TO étant inférieure à la température désirée Ti, la durée d'initialisation t est calculée selon la formule (T max-TO) * (1- e i/) Rth CM\ = Tl-TO avec Tmax la température associée à la puissance d'émission d'initialisation, Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse, Cth la capacité thermique du modèle thermique de la source lumineuse. Selon un autre exemple, la température courante TO étant supérieure à la température désirée Ti, la durée d'initialisation t est calculée selon la formule TO.e-/ Rth Cth =T1 avec Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse, Cth la capacité thermique du modèle thermique de la source lumineuse, et, au cours de l'étape d'ajustement, la puissance d'émission d'initialisation de la source lumineuse est nulle.

De préférence, le procédé comporte au moins deux phases d'étude successives associées à des puissances d'émission d'étude différentes, chaque phase d'étude étant précédée d'une phase d'initialisation associée.

Selon un perfectionnement, la phase d'étude comporte une étape d'homogénéisation de l'éclairage reçu par au moins une partie de l'élément photovoltaïque. L'étape d'homogénéisation de l'éclairage peut être mise en oeuvre au moyen d'un élément de réflexion et/ou d'un pilotage du fonctionnement de diodes électroluminescentes de la source lumineuse. Avantageusement, le paramètre électrique mesuré au cours l'étape de mesure est la tension et/ou le courant issu(s) de l'élément photovoltaïque. L'invention est aussi relative à un dispositif de caractérisation d'un élément photovoltaïque comprenant : une source lumineuse ; un élément d'étude du comportement de l'élément photovoltaïque en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu de la source lumineuse et présentant une puissance d'émission d'étude, ledit élément d'étude étant muni d'au moins un système de mesure d'un paramètre électrique issu de l'élément photovoltaïque ; et un composant d'initialisation configuré pour ajuster une température de fonctionnement de la source lumineuse en fonction de la puissance d'émission d'étude. Le dispositif peut comporter une unité de calcul interfacée avec le composant d'initialisation et l'élément d'étude, ladite unité de calcul étant configurée pour réaliser le procédé tel que décrit.

Selon un perfectionnement, le dispositif comporte un élément de réflexion comprenant un conduit muni de deux extrémités, la source lumineuse étant disposée au niveau d'une des extrémités du conduit de sorte que le faisceau lumineux soit dirigé dans le conduit vers l'autre extrémité du conduit comprenant une portée apte à être mise en contact sur une face active de l'élément photovoltaïque, une surface intérieure du conduit étant au moins partiellement formée par un miroir. L'intérieur du conduit peut être délimité par un cylindre notamment de section carrée ou rectangulaire.

Par ailleurs, la source lumineuse peut comporter une matrice de diodes électroluminescentes. Avantageusement, les diodes électroluminescentes de la matrice de diodes étant arrangées sous la forme d'un carré ou d'un rectangle, la distance séparant les deux extrémités du conduit est sensiblement égale à la distance du plus grand côté de la matrice de diodes. En outre, la matrice de diodes peut être divisée en une pluralité de groupes comprenant chacun au moins une diode, les puissances d'émission des groupes étant pilotées de manière indépendante d'un groupe à l'autre.

L'invention est aussi relative à un support d'enregistrement de données lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique de mise en oeuvre des phases et/ou des étapes d'un procédé tel que décrit.

L'invention est aussi relative à un programme informatique comprenant un moyen de codes de programme informatique adapté à la réalisation des phases et/ou des étapes d'un procédé tel que décrit, lorsque le programme est exécuté par un calculateur.

Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente un schéma d'un procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque, - la figure 2 illustre un modèle électrique équivalent du comportement thermique d'une source lumineuse telle qu'utilisée par exemple dans le procédé, - la figure 3 illustre deux graphiques respectivement représentatifs de l'évolution de la température et du courant traversant la source lumineuse dans le temps pour une même période de caractérisation, ces deux graphiques étant représentatifs de ce qui se passe sans la mise en oeuvre du procédé de la figure 1, - les figures 4 et 5 illustrent chacune deux graphiques respectivement représentatifs de l'évolution de la température de la source lumineuse et de l'intensité du courant traversant la source lumineuse dans le temps pour une même période de caractérisation, ces deux graphiques étant représentatifs de ce qui se passe avec la mise en oeuvre du procédé de la figure 1, - la figure 6 illustre schématiquement une mise en oeuvre d'un dispositif de caractérisation, - la figure 7 illustre un mode de réalisation du dispositif de caractérisation, - la figure 8 illustre une vue selon le plan de coupe A de la figure 7, - la figure 9 illustre la répartition de l'irradiation lumineuse à la surface d'un élément photovoltaïque sans la mise en oeuvre du perfectionnement de la figure 7, - la figure 10 illustre la répartition de l'irradiation lumineuse à la surface d'un élément photovoltaïque avec la mise en oeuvre du perfectionnement de la figure 7 Description de modes préférentiels de l'invention Le procédé et le dispositif décrits ci-après diffèrent de l'art antérieur notamment en ce qu'une phase d'étude est réalisée de sorte à s'affranchir de variations thermiques de la source lumineuse. Ceci peut être mis en oeuvre en prévoyant une étape d'initialisation permettant d'ajuster la température de fonctionnement de la source lumineuse en fonction d'une puissance d'émission d'étude de ladite source lumineuse prévue au cours de la phase d'étude.

Dans la présente description, la puissance peut être mesurée en W/m2. En fait, pour réaliser un test, la source lumineuse peut être traversée par un courant électrique d'intensité fixée. Ce courant électrique va être associé à une température de référence et une puissance d'émission de référence. A courant fixé, la température et la puissance d'émission peuvent varier jusqu'à converger vers des valeurs stabilisées au bout d'un certain temps, la puissance d'émission étant fonction de la température et du courant. Afin de caractériser au mieux un panneau photovoltaïque, il est préférable de réaliser son étude lorsque la température est stabilisée. En fait, lorsque la température est stabilisée, la puissance d'émission l'est aussi, et vice versa. Dans le cadre d'une source lumineuse à base de diodes électroluminescentes, l'intensité du faisceau lumineux est pratiquement proportionnelle à l'intensité du courant électrique traversant la source lumineuse quand la température est stabilisée. On peut donc prendre en référence l'intensité du courant traversant les diodes comme une image de l'éclairement produit, lorsque la stabilisation est atteinte. Autrement dit, il est possible d'avoir une table donnant pour différentes valeurs de courant, des valeurs de température et de puissance d'émission stabilisées. Dans la présente description, par « élément photovoltaïque » on entend soit un panneau photovoltaïque dans son ensemble comprenant une pluralité de cellules photovoltaïques élémentaires, soit une unique cellule photovoltaïque élémentaire, soit plusieurs cellules photovoltaïques élémentaires par exemples constituant partiellement un panneau photovoltaïque. Comme illustré à la figure 1, le procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque comprend une phase d'étude El d'un comportement de l'élément photovoltaïque en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu d'une source lumineuse (par exemple une matrice de diodes électroluminescentes) à une puissance d'émission d'étude. Cette phase d'étude El comporte une étape E1-1 de mesure d'au moins un paramètre électrique représentatif du fonctionnement de l'élément photovoltaïque. Ce paramètre électrique mesuré au cours de l'étape de mesure peut être la tension et/ou le courant issu(s) de l'élément photovoltaïque. Consécutivement à l'étape de mesure, des graphiques (ou des tables de référence) de la, ou des, grandeur(s) mesurée(s) peuvent être réalisés dans une étape E1-2, ces graphiques permettant l'interprétation du fonctionnement de l'élément photovoltaïque.

Avantageusement, pour une phase d'étude donnée à une puissance d'étude associée, le ou les paramètres mesurés (tension et/ou courant), le sont à intervalle régulier de sorte à déterminer le comportement de l'élément photovoltaïque tout au long de ladite phase d'étude. En outre, le procédé comporte une phase d'initialisation E2, réalisée avant la phase d'étude El. Cette phase d'initialisation E2 comprend une étape d'ajustement E2-1 d'une température de fonctionnement de la source lumineuse en fonction de la puissance d'émission d'étude. La source lumineuse est conformée de sorte à reproduire des conditions d'éclairement naturel en utilisant un éclairage artificiel, notamment produit par des diodes électroluminescentes, en particulier de puissance. L'avantage apporté par les diodes électroluminescentes de puissance réside dans les possibilités de pilotage de la source lumineuse ainsi formée en termes de dynamique de la puissance d'émission (supérieure à 10E6W/m2) et du contrôle précis du temps d'éclairage.

L'utilité de la phase d'initialisation E2 est de limiter les variations de fonctionnement de la source lumineuse dues à une dérive de la température de fonctionnement lors de la phase d'étude. En fait, une source lumineuse formée par une matrice de diodes électroluminescentes montée sur un dissipateur peut être modélisée 25 selon un modèle thermique particulier dont un modèle électrique équivalent est illustré à la figure 2 où on a 11 le courant traversant le modèle, R1 la résistance électrique du modèle (10000 dans l'exemple), Cl représentant la capacité du modèle (0,8m dans l'exemple) et V la tension associée audit modèle. Dans cet exemple, l'ensemble de la matrice de diodes peut être considérée comme une seule source de chaleur accolée à un dissipateur. Bien entendu, une discrétisation de chaque diode affinerait le modèle, mais ne sera pas décrite ici. Le modèle thermique donne quant à lui une puissance P en watt, une résistance thermique Rth en K/VV, une capacité thermique Cth en J/K, et une température T. En fait, la résistance thermique considérée Rth peut relier un point chaud correspondant à la jonction électronique des diodes à la température ambiante, et elle représente la résistance équivalente aux différentes résistances thermiques qui existent entre les différentes jonctions.

Plus précisément, la résistance thermique Rth du modèle thermique de la source lumineuse peut correspondre à la résistance thermique entre la jonction des diodes de la matrice de diodes et l'air ambiant, et la capacité thermique Cth du modèle thermique de la source lumineuse peut correspondre à la capacité calorifique de la matrice de diodes.

La figure 3 associe un graphique représentatif de l'évolution du courant traversant la source lumineuse (courant 11 du modèle) en fonction du temps pour différentes phases d'études successives P1 à P5, à un graphique de l'évolution de la température (tension V1 du modèle) en fonction du temps. Les phases d'étude P1 à P5 sont associées chacune à une puissance d'émission d'étude différente, croissante d'une phase à l'autre dans le temps. On voit clairement sur la figure 3 que les différentes phases d'études P1 à P5 sont réalisées directement les unes après les autres, et que lors du passage d'une phase d'étude à une autre, la température n'est pas encore stabilisée, ce qui induit des erreurs dans la caractérisation du panneau photovoltaïque associé. Le procédé mis en oeuvre dans le cadre de la présente invention va chercher à limiter ces erreurs de caractérisation.

Selon un premier mode de réalisation, l'étape d'ajustement E2-1 comprend une étape dans laquelle la source lumineuse est traversée par un courant électrique fonction de la puissance d'émission d'étude souhaitée. Ainsi, lors du déclenchement de l'étape d'ajustement E2, la source lumineuse est traversée par le courant électrique associé à la puissance d'émission d'étude et la phase d'étude El est déclenchée lorsque ladite température de fonctionnement est stabilisée. Selon une mise en oeuvre particulière du premier mode de réalisation, la température de fonctionnement est considérée comme stabilisée lorsqu'au moins un des paramètres suivants est vérifié : - la température de fonctionnement reste constante, ou varie dans une plage de plus ou moins 1 °C, au cours d'une période prédéterminée, par exemple une période prédéterminée de 5 secondes, - un laps de temps prédéterminé, par exemple de 10 minutes à 30 minutes, s'est écoulé depuis l'allumage de la source lumineuse. Il résulte de ce qui a été dit ci-dessus qu'il est possible d'attendre la stabilisation de la température de la source lumineuse pour considérer que la phase d'étude peut être déclenchée.

Il résulte de ce premier mode une problématique d'optimisation du temps de mise en oeuvre d'un tel procédé. En effet, le temps d'attente entre différentes phases d'étude est assez important, et on va chercher par la suite à le diminuer.

Ainsi, le second mode de réalisation décrit ci-après permet de diminuer le temps d'attente notamment entre deux phases d'étude du procédé, ou lors d'une phase d'étude en particulier. Selon ce second mode de réalisation, l'étape d'ajustement E2-1 comporte une étape E2-1-1 dans laquelle la source lumineuse est traversée pendant une durée d'initialisation par un courant électrique d'intensité fonction d'une puissance d'émission d'initialisation différente de la puissance d'émission d'étude souhaitée par la suite. Ainsi, lors du déclenchement de l'étape d'ajustement E2-1, la puissance d'émission varie de sorte à tendre vers la puissance d'émission d'initialisation. En d'autres termes, pendant cette étape d'ajustement, on va momentanément (pendant une durée d'initialisation) commander un courant électrique d'intensité supérieure ou inférieure à celle du courant électrique qui sera utilisée dans la phase d'étude de façon à faire croître ou décroître plus rapidement la température des LED.

La durée d'initialisation permet entre autre d'obtenir une température constante de la source lumineuse au cours d'une phase d'étude. De préférence, afin de s'assurer que la température désirée est obtenue, elle peut être mesurée au plus près de la source lumineuse, par exemple à différents points de la matrice de diodes pour en vérifier l'homogénéité.

En fait, la durée d'initialisation peut avantageusement être fonction (c'est- à-dire par exemple calculée à partie de) d'une valeur représentative d'une température courante de la source lumineuse préalable au déclenchement de la phase d'initialisation E2, et d'une valeur représentative d'une température désirée (la température représentative de celle stabilisée pour une phase d'étude donnée) de la source lumineuse associée à la puissance d'émission d'étude de la phase d'étude El. Dans un premier cas, si la température courante TO est inférieure à la température désirée Ti, la durée d'initialisation t est calculée selon la formule (T max-TO) * (1- e-7 Rrh Crh ) = Tl-TO (1) avec Tmax la température associée à la puissance d'émission d'initialisation, Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse, Cth la capacité thermique (aussi appelée capacité calorifique) du modèle thermique de la source lumineuse. Dans cet exemple, la puissance d'émission d'initialisation prend, par exemple, la valeur maximale de la puissance d'émission possible pour la source lumineuse. Dans un second cas, si la température courante TO est supérieure à la température désirée Ti, la durée d'initialisation t est calculée selon la formule TO.e.-/ Rrh Crh =T1 (2) avec Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse, Cth la capacité thermique du modèle thermique de la source lumineuse, et, au cours de l'étape d'ajustement E2-1, la puissance d'émission d'initialisation de la source lumineuse est nulle. Par « nulle », on entend par exemple que la source lumineuse est éteinte. A partir des équations (1) et (2), l'homme du métier pourra facilement extraire la valeur de t pour déterminer la durée d'initialisation optimale.

Le procédé peut comporter au moins deux phases d'étude El successives associées à des puissances d'émission d'étude différentes, chaque phase d'étude El étant précédée d'une phase d'initialisation E2 associée.

En fait, chaque phase d'étude peut être associée à un palier de courant électrique traversant la source lumineuse représentatif de la puissance d'émission d'étude voulue. Les figures 4 et 5 sont associées chacune à deux graphiques donnant respectivement l'évolution de l'intensité du courant traversant la source lumineuse en fonction du temps, et une courbe d'évolution de la température (la tension sur les figures 3, 4 et 5 représente la tension V1 du modèle, c'est-à-dire une image de la température de la source lumineuse) de la source lumineuse en fonction du temps. La figure 4 comprend cinq paliers de test P1 à P5. Chacun des cinq paliers de test P1 à P5 est associé à une phase d'initialisation le précédant, les phases d'initialisation étant représentées de Initl à Init5. Lorsque l'on met en corrélation le graphique de l'évolution de l'intensité du courant avec celui de l'évolution de la température, on voit qu'au cours d'une phase d'initialisation la température augmente rapidement pour passer d'un palier à l'autre. Pour la figure 4, la durée entre chaque palier représentatif d'une phase d'étude est déterminée en utilisant l'équation (1) car les paliers sont montants (paliers d'intensité en courant croissants dans l'exemple), dans ce cas le courant associé à la puissance d'émission d'initialisation est égal à 10mA. La figure 5 illustre le même principe avec des paliers descendants P1 à P5 (paliers d'intensité en courant décroissants dans l'exemple), l'équation (2) s'applique pour déterminer les durées des phases d'initialisation Init2 à Init5. Si la source lumineuse est éteinte au départ, la première phase d'étude P1 est associée à une phase d'initialisation Initl de durée correspondant au temps nécessaire pour atteindre la stabilisation de la température de ladite source lumineuse (typiquement entre 30s et 5min). Au cours des phases d'initialisation Init2 à Init5 respectivement associées aux durées calculées selon l'équation (2) l'intensité du courant traversant la source lumineuse est avantageusement nulle, ou faible par rapport au courant associé à la puissance d'émission d'étude correspondante. Avantageusement, la phase d'étude El comporte une étape d'homogénéisation E1-3 de l'éclairage reçu par au moins une partie de l'élément photovoltaïque. Cette étape d'homogénéisation permet de s'assurer que l'éclairage issu de la source lumineuse est le plus proche de l'éclairage naturel, c'est-à-dire homogène à la surface d'une face active de l'élément photovoltaïque. Par « face active », on entend la face d'un élément photovoltaïque destinée à être orientée vers le soleil pour recevoir des photons. Cette étape d'homogénéisation E1-3 de l'éclairage peut être mise en oeuvre au moyen d'un élément de réflexion et/ou d'un pilotage du fonctionnement de diodes électroluminescentes de la source lumineuse. Dans le cas du pilotage, la source lumineuse est de préférence une matrice de diodes électroluminescentes divisée en une pluralité de groupes comprenant chacun au moins une diode, les intensités d'éclairage des groupes étant pilotées de manière indépendante d'un groupe à l'autre. Le pilotage peut être réalisé à partir d'un préréglage électronique des diodes de la matrice de diodes. Le procédé tel que décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre par un dispositif de caractérisation spécifique d'un élément photovoltaïque. Comme illustré à la figure 6, un tel dispositif de caractérisation 1 peut 25 comporter une source lumineuse 2, un élément d'étude 3 du comportement de l'élément photovoltaïque 4 en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu de la source lumineuse 2 et présentant une puissance d'émission d'étude. Ledit élément d'étude 3 est muni d'au moins un système de mesure d'un paramètre électrique I, V issu de l'élément photovoltaïque 4. Le dispositif comporte en outre un composant d'initialisation 5 configuré pour ajuster une température de fonctionnement de la source lumineuse 2 en fonction de la puissance d'émission d'étude. Une unité de calcul 6 du dispositif 1 peut être interfacée avec le composant d'initialisation 5 et l'élément d'étude 3, ladite unité de calcul 6 étant configurée pour réaliser le procédé tel que décrit ci-dessus.

Comme illustré à la figure 7, le dispositif 1 peut, selon une mise en oeuvre, comporter un élément de réflexion 7 comprenant un conduit 8 muni de deux extrémités 8a, 8b. La source lumineuse 2 est disposée au niveau d'une des extrémités 8a du conduit 8 de sorte que le faisceau lumineux soit dirigé (Flèche F1) dans le conduit 8 vers l'autre extrémité 8b du conduit 8. Ladite autre extrémité 8b comprend une portée 8c apte à être mise en contact sur une face active 4a de l'élément photovoltaïque 4. Une surface intérieure 8d du conduit 8 est au moins partiellement formée par un miroir. Avantageusement, toute la surface intérieure du conduit 8 forme un miroir, ou est formée par un agencement d'une pluralité de miroirs. Autrement dit, toute la surface intérieure 8d du conduit 8 peut réfléchir les ondes lumineuses émises par la source lumineuse 2. Le miroir permet d'homogénéiser l'éclairement au niveau de l'élément photovoltaïque 4, réalisant ainsi partiellement, ou totalement, l'étape d'homogénéisation du procédé.

Selon une mise en oeuvre particulière, à la figure 7, l'intérieur du conduit 8 est délimité par un cylindre notamment de section carrée ou rectangulaire. La figure 8 représente une vue selon un plan de coupe représenté en pointillés à la figure 7, sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal du conduit 8 et orientée selon A. Dans ce cas particulier, la source lumineuse 2 comporte une pluralité de points 2a aptes à émettre de la lumière, et le conduit 8 entoure la pluralité de points lumineux au niveau d'un élément de support 9 portant lesdits points lumineux. Les figures 9 et 10 permettent d'illustrer l'avantage de l'utilisation de la réflexion. Ces deux figures 9 et 10 mettent en évidence le rôle des miroirs qui ont pour effet d'homogénéiser l'éclairement sur tout le champ, même si l'effet prépondérant se situe sur les bords. Des simulations ont été réalisées selon les conditions suivantes : une surface d'éclairage de 20x20cm avec un conduit permettant une distance d'environ 20cm entre le plan d'une matrice de diodes électroluminescentes et le plan d'étude incluant la face active de l'élément photovoltaïque. Sur les figures 9 et 10, on retrouve, de la gauche vers la droite de la figure associée, une échelle représentative de la puissance lumineuse en échelle normalisée, une cartographie de la puissance réellement atteinte dans un plan d'étude coïncidant avec l'extrémité 8b du conduit 8 opposée à la source lumineuse 2 formée par la matrice de diodes, et un graphique représentant les profils d'éclairement de la cartographie selon un axe vertical et un axe horizontal passant tous deux par le centre de la cartographie. La figure 9 correspond à l'utilisation d'un dispositif de caractérisation sans élément de réflexion, et la figure 10 correspond à l'utilisation d'un dispositif de caractérisation équipé d'un élément de réflexion. On voit très clairement que la puissance lumineuse est répartie de manière plus homogène à la figure 10 qu'à la figure 9. Il en résulte donc qu'il est très avantageux d'utiliser l'élément de réflexion 7. Avantageusement, comme évoqué précédemment, la source lumineuse 2 comporte une matrice de diodes électroluminescentes 2a (figures 7 et 8), par exemple de puissance, de préférence blanches, et avantageusement disposées selon un espacement contrôlé. Par « espacement contrôlé », on entend que les diodes électroluminescentes peuvent être réparties de manière homogène sur une surface d'éclairage produite par la matrice de diodes. Les diodes électroluminescentes 2a de la matrice de diodes 2 peuvent être arrangées sous la forme d'un carré ou d'un rectangle, de sorte que la distance séparant les deux extrémités 8a, 8b du conduit 8 est sensiblement égale à la distance du plus grand côté de la matrice de diodes. Selon une mise en oeuvre, la matrice de diodes 2a est divisée en une pluralité de groupes comprenant chacun au moins une diode 2a, les puissances d'émission des groupes étant pilotées de manière indépendante d'un groupe à l'autre. Autrement dit, le dispositif de caractérisation peut comporter un composant électronique d'ajustement permettant d'ajuster l'intensité de l'éclairage des diodes électroluminescentes par le contrôle du courant traversant ces dernières, de manière indépendante ou selon une répartition par groupes. Pour les besoins de la méthode de caractérisation, les diodes électroluminescentes sont avantageusement traversées par un courant continu et non pulsé. En effet, le contrôle de l'intensité lumineuse généralement fait par le contrôle du rapport cyclique du courant n'est pas applicable pour la caractérisation des cellules photovoltaïques, le temps de réponse des cellules photovoltaïques étant du même ordre de grandeur que celui des diodes électroluminescentes. Chaque diode électroluminescente, ou groupe de diodes électroluminescentes, peut être piloté séparément de façon à corriger les défauts d'homogénéité de l'éclairage. Le composant d'ajustement des diodes électroluminescentes et les diodes électroluminescentes elles mêmes permettent d'obtenir une dynamique d'éclairage supérieure à 5 ordres de magnitude. Cette caractéristique est très avantageuse dans le cas d'une caractérisation d'un panneau photovoltaïque, notamment par la méthode VIM.

De manière générale, les diodes électroluminescentes de la matrice de diodes sont montées sur un dissipateur thermique pour évacuer au mieux les calories et ainsi éviter l'échauffement de la matrice de diodes. Le spectre des diodes électroluminescentes est avantageusement proche du spectre solaire (lumière blanche) mais présente néanmoins des différences non préjudiciables au procédé de caractérisation. La grande dynamique d'éclairage offerte par les diodes électroluminescentes, avantageusement sans variation de spectre, supérieure à 5 ordres de magnitude permet une détermination fine des paramètres du modèle de l'élément photovoltaïque. Avantageusement, comme évoqué précédemment, chacune des diodes électroluminescentes, ou chacun des groupes de diodes électroluminescentes, de la matrice est contrôlé individuellement par un circuit électronique qui pilote le courant dans la diode ou le groupe de diodes. La matrice possède donc un contrôle unique de l'éclairage mais la puissance d'émission de chaque diode électroluminescente, ou groupe de diodes électroluminescentes, peut varier pour obtenir un éclairage homogène. Selon une mise en oeuvre, la matrice de diodes électroluminescentes est contrôlée en intensité d'éclairement par un système de contrôle de l'éclairage du dispositif de caractérisation. L'élément photovoltaïque est illuminé pendant que l'élément d'étude enregistre les données pour réaliser des courbes de tension et d'intensité IV issues de l'élément photovoltaïque. Un dispositif de supervision permet de paramétrer et de synchroniser l'éclairage avec l'acquisition des données destinées à générer les courbes IV. Puis une unité de traitement des données permet d'extraire des courbes IV des paramètres du modèle.

La procédure de mesure du courant et de la tension de l'élément photovoltaïque réalisée lors de l'étape E1-1 de la figure 1 peut comporter les étapes successives suivantes : - mesurer les valeurs extrêmes de courant et de tension, c'est-à-dire le courant de court-circuit et la tension en circuit ouvert, - définir le meilleur calibre de mesure de l'instrumentation de mesure en courant et en tension en fonction des mesures de l'étape de mesure, - enregistrer la courbe de courant et de tension avec synchronisation des mesures de courant et de tension. Le calibre de mesure issu de l'étape précédente étant conservé identique au cours de cette étape d'enregistrement. Comme évoqué ci-dessus, les paramètres mesurés lors de la phase d'étude peuvent être la tension et/ou le courant issu(s) de l'élément photovoltaïque. Dès lors, pour chaque phase d'étude, l'élément d'étude peut établir des courbes d'évolution du courant et/ou de la tension mesurés sous l'effet du faisceau lumineux. Pour cela, l'élément d'étude peut comporter un appareillage permettant d'alimenter l'élément photovoltaïque, notamment une cellule photovoltaïque, sur les quatre quadrants, c'est-à-dire en courant positif et négatif, et en tension positive et négative (générateur et charge) tout en réalisant l'acquisition simultanée du courant et de la tension. Un support d'enregistrement de données lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme informatique peut comprendre des moyens de codes de programme informatique de mise en oeuvre des phases et/ou des étapes du procédé tel que décrit. Un programme informatique peut comprendre un moyen de codes de programme informatique adapté à la réalisation des phases et/ou des étapes du procédé tel que décrit, lorsque le programme est exécuté par un calculateur. Grâce au procédé tel que décrit, il est possible d'obtenir un échantillonnage statistique très important sur une plage de temps assez courte. D'autre part, les mesures peuvent être refaites, même en éclairage faible, de façon très reproductible, ceci permettant de réaliser une meilleure définition du modèle de l'élément photovoltaïque. Ainsi, il est possible de réaliser, sous éclairage artificiel, une analyse VIM en quelques minutes comparé aux quelques semaines voire mois de l'art antérieur sous éclairage naturel. Dès lors, l'analyse issue du procédé de caractérisation peut être mise à profit directement sur des chaînes de production d'éléments photovoltaïques pour en améliorer la production. En fait, comme évoqué ci-dessus, le dispositif de caractérisation peut comporter une unité de traitement des données permettant de mettre en oeuvre la méthode VIM à partir des données enregistrées au cours d'une ou plusieurs phases d'étude.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque (4) comprenant une phase d'étude (El) ) d'un comportement de l'élément photovoltaïque (4) en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu d'une source lumineuse (2), par exemple une matrice de diodes électroluminescentes, à une puissance d'émission d'étude, ladite phase d'étude (El) ) comprenant une étape de mesure (E1-1) d'au moins un paramètre électrique (I, V) représentatif du fonctionnement de l'élément photovoltaïque (4), caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'initialisation (E2), réalisée avant la phase d'étude (El ), comprenant une étape d'ajustement (E2-1) d'une température de fonctionnement de la source lumineuse (2) en fonction de la puissance d'émission d'étude.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'ajustement (E2-1) comprend une étape dans laquelle la source lumineuse (2) est traversée par un courant électrique fonction de la puissance d'émission d'étude, ladite phase d'étude (El) ) étant déclenchée lorsque ladite température de fonctionnement est stabilisée.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'ajustement (E2-1) comporte une étape (E2-1 -1) dans laquelle la source lumineuse est traversée pendant une durée d'initialisation par un courant électrique d'intensité fonction d'une puissance d'émission d'initialisation différente de la puissance d'émission d'étude.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée d'initialisation est fonction d'une valeur représentative d'une température courante de la source lumineuse (2) préalable au déclenchement de laphase d'initialisation (E2), et d'une valeur représentative d'une température désirée de la source lumineuse (2) associée à la puissance d'émission d'étude de la phase d'étude (E1
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température courante TO étant inférieure à la température désirée Ti, la durée d'initialisation t est calculée selon la formule (T max-TO) * (1- e-/ Rt ) h Cth' =T1-TO avec Tmax la température associée à la puissance d'émission d'initialisation, Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse (2), Cth la capacité thermique du modèle thermique de la source lumineuse (2).
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température courante TO étant supérieure à la température désirée Ti, la durée d'initialisation t est calculée selon la formule TO.e /Rth Cth =T1 avec Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse (2), Cth la capacité thermique du modèle thermique de la source lumineuse (2), et en ce que, au cours de l'étape d'ajustement, la puissance d'émission d'initialisation de la source lumineuse (2) est nulle.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux phases d'étude (El) ) successives associées à des puissances d'émission d'étude différentes, chaque phase d'étude (El) ) étant précédée d'une phase d'initialisation (E2) associée.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase d'étude (El) ) comporte une étape d'homogénéisation (E1-3) de l'éclairage reçu par au moins une partie de l'élément photovoltaïque (4).
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape d'homogénéisation (E1-3) de l'éclairage est mise en oeuvre au moyen d'un élément de réflexion (7) et/ou d'un pilotage du fonctionnement de diodes électroluminescentes (2a) de la source lumineuse (2).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le paramètre électrique (I, V) mesuré au cours l'étape de mesure (E2-1) est la tension et/ou le courant issu(s) de l'élément photovoltaïque (4).
11. Dispositif de caractérisation d'un élément photovoltaïque (4) comprenant : - une source lumineuse (2), - un élément d'étude (3) du comportement de l'élément photovoltaïque (4) en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu de la source lumineuse (2) et présentant une puissance d'émission d'étude, ledit élément d'étude (3) étant muni d'au moins un système de mesure d'un paramètre électrique issu de l'élément photovoltaïque (4), et - un composant d'initialisation (5) configuré pour ajuster une température de fonctionnement de la source lumineuse (2) en fonction de la puissance d'émission d'étude.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de calcul (6) interfacée avec le composant d'initialisation (5) et l'élément d'étude (3), ladite unité de calcul (6) étant configurée pour réaliser le procédé selon l'une des revendications 1 à 10.
13. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de réflexion (7) comprenant un conduit (8) muni de deux extrémités (8a, 8b), la source lumineuse (2) étant disposée au niveau d'une des extrémités (8a) du conduit (8) de sorte que le faisceau lumineux soit dirigé dans le conduit (8) vers l'autre extrémité (8b) du conduit (8) comprenant une portée (8c) apte à être mise en contact sur une face active de l'élément photovoltaïque (4), une surface intérieure (8d) du conduit (8) étant au moins partiellement formée par un miroir.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'intérieur du conduit (8) est délimité par un cylindre notamment de section carrée ou rectangulaire.
15. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la source lumineuse (2) comporte une matrice de diodes (2a) 15 électroluminescentes.
16. Dispositif selon la revendication 15 et l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que les diodes électroluminescentes (2a) de la matrice de diodes étant arrangées sous la forme d'un carré ou d'un rectangle, la distance séparant les deux extrémités (8a, 8b) du conduit 20 (8) est sensiblement égale à la distance du plus grand côté de la matrice de diodes.
17. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 16, caractérisé en ce que la matrice de diodes est divisée en une pluralité de groupes comprenant chacun au moins une diode (2a), les puissances d'émission 25 des groupes étant pilotées de manière indépendante d'un groupe à l'autre.
18. Support d'enregistrement de données lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique de mise en oeuvre des phases et/ou des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 10.
19. Programme informatique comprenant un moyen de codes de programme informatique adapté à la réalisation des phases et/ou des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 10, lorsque le programme est exécuté par un calculateur.10