FR3118359A1 - Dispositif photovoltaïque bifacial de référence - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
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Abstract
L’invention concerne un dispositif photovoltaïque bifacial de référence (11) comprenant au moins :- une première cellule bifaciale de référence (21) occultée sur sa face arrière par un premier cache (51), et reliée à un premier circuit électrique (31) fermé comportant une première résistance (310) ; - un premier capteur de température (61) disposé contre la face occultée de la première cellule ;- une deuxième cellule bifaciale de référence (22) occultée sur sa face avant par un deuxième cache (52), et reliée à un deuxième circuit électrique (32) fermé comportant une deuxième résistance (320) ;- un deuxième capteur de température (62) disposé contre la face occultée de ladite deuxième cellule ;- des moyens de mesure de tension aptes à mesurer la tension de court-circuit VIcc1 de la première cellule de référence (21) et la tension de court-circuit VIcc2 de la deuxième cellule de référence (22). Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention se situe dans le domaine des dispositifs photovoltaïques. L’invention se situe plus précisément dans le domaine des dispositifs photovoltaïques de référence permettant d’évaluer et de suivre les performances de dispositifs photovoltaïques, et notamment de mesurer l’éclairement et/ou le courant photogénéré ainsi que la température de dispositifs photovoltaïques.
Plus spécifiquement, l’invention concerne un dispositif photovoltaïque bifacial de référence permettant d’évaluer et de suivre les performances de dispositifs photovoltaïques bifaciaux.
ETAT DE LA TECHNIQUE
L’invention se situe dans le domaine des dispositifs photovoltaïques, définis comme étant des dispositifs regroupant plusieurs cellules photovoltaïques (ou plusieurs cellules en couche mince) chaque cellule étant en un matériau photovoltaïque. Les cellules peuvent être assemblées en un ou plusieurs modules photovoltaïques et un dispositif photovoltaïque peut ainsi comprendre un ou plusieurs modules photovoltaïques.
Dans le domaine de l’invention, il est connu qu’un matériau photovoltaïque est caractérisé par sa réponse spectrale, qui définit pour chaque longueur d’onde reçue le rapport entre le nombre d’électrons créés et le nombre de photons reçus, et qui dépend de la longueur d’onde de la lumière reçue (ou des photons reçus).
De même, il est connu qu’un dispositif photovoltaïque peut être caractérisé par ses caractéristiques électriques : le courant photogénéré, généralement déterminé par le courant de court-circuit Icc ; la tension en circuit ouvert Vco ; la courbe tension-courant permettant de déterminer le point de puissance maximum et ainsi que le courant IPmax, la tension VPmaxet la puissance PPmaxen ce point de puissance maximum. Par puissance, il est bien compris par l’homme du métier qu’on désigne la puissance électrique.
Le rendement énergétique d’un dispositif photovoltaïque est défini comme étant le rapport entre la puissance au point de puissance maximum et la puissance lumineuse reçue par le matériau photovoltaïque. En outre, la puissance-crête d’un dispositif photovoltaïque désigne sa puissance au point de puissance maximum dans les conditions standard de test (ou de référence), c’est-à-dire lorsqu’il reçoit un éclairement spectral d’une intensité lumineuse et d’un spectre déterminé, notamment défini par la norme IEC 60904-3, pour une puissance lumineuse totale de 1000 W/m2et sous une température du dispositif de 25°C : on définit également les valeurs du courant de court-circuit, de la tension en circuit ouvert ainsi que celles du courant et de la tension au point de puissance maximum dans les mêmes conditions standard de test.
Il est à noter qu’on parlera de courant photogénéré, bien que généralement il s’agisse du courant de court-circuit Icc.
Pour un éclairement donné, le courant photogénéré dépend de la température du matériau mais cette dépendance est faible : le coefficient de température du courant photogénéré ou du courant de court-circuit Iccest de moins d’un pour mille par Kelvin aux températures ambiantes pour les matériaux photovoltaïques courants. Par contre, pour un éclairement donné, la tension en circuit ouvert Vcoet la puissance au point de puissance maximum PPmaxdépendent plus fortement de la température : on parle de coefficient de température de la tension en circuit ouvert et de coefficient de température de la puissance au point de puissance maximum.
Mais le courant photogénéré est aussi lié à l’éclairement reçu par le dispositif photovoltaïque, et celui-ci dépend de nombreux paramètres : paramètres environnementaux, paramètres de disposition (orientation, inclinaison, système de montage) du dispositif photovoltaïque.
Le suivi des performances d’un dispositif photovoltaïque en fonctionnement est la comparaison entre la puissance électrique qu’il délivre et la puissance électrique qu’il délivrerait si, soumis aux mêmes conditions environnementales, il fonctionnait constamment en son point de puissance maximum.
Ainsi, la production d’un dispositif photovoltaïque dépend principalement de l’éclairement reçu et plus précisément, du courant photogénéré par cet éclairement et de la température des cellules photovoltaïques. Pour évaluer ou suivre le plus précisément possible la production électrique d’un dispositif photovoltaïque, que ce soit en caractérisation usine d’un dispositif photovoltaïque ou bien en conception ou en fonctionnement d’une installation solaire, on cherche donc à connaître :
- le courant photogénéré (ou le courant de court-circuit Icc) par l’éclairement reçu ou, par défaut et de façon indirecte, la valeur de cet éclairement moyennée sur toute la surface du dispositif ; et
- la température du dispositif photovoltaïque.
- le courant photogénéré (ou le courant de court-circuit Icc) par l’éclairement reçu ou, par défaut et de façon indirecte, la valeur de cet éclairement moyennée sur toute la surface du dispositif ; et
- la température du dispositif photovoltaïque.
La température d’un dispositif photovoltaïque est définie comme étant la température moyenne de l’ensemble des cellules composant ledit dispositif photovoltaïque. En pratique, on détermine un point représentatif de la température moyenne de l’ensemble des cellules, et on mesure la température en ce point. Dans certaines formules connues dans le domaine de l’invention, on prend une température de jonction des cellules.
On détermine alors la puissance du dispositif photovoltaïque, généralement à l’aide d’un modèle exprimant cette puissance en fonction du courant photogénéré (ou à défaut, de la mesure de l’éclairement reçu) et de sa température.
L’éclairement peut être mesuré par un radiomètre. Les radiomètres (pyranomètres, pyrhéliomètres) sont des capteurs qui mesurent un flux thermique (une énergie par unité de surface) en transformant les photons reçus en élévation de température d’un corps noir. Mais les radiomètres ne sont pas adaptés pour suivre précisément les performances d’un dispositif photovoltaïque car ils ne permettent pas de déterminer avec précision le courant photogénéré. En outre, les radiomètres ne permettent pas de déterminer avec précision la température de fonctionnement du matériau photovoltaïque, qui doit donc être mesurée de façon indépendante.
Pour évaluer ou suivre les performances et la production électrique d’un dispositif photovoltaïque, il est connu d’utiliser un dispositif photovoltaïque de référence (que l’on pourra désigner par raccourci « dispositif de référence »). Un dispositif de référence peut être utilisé pour déterminer le courant photogénéré (ou le courant de court-circuit Icc) ou à défaut l’éclairement, voire mesurer la température des matériaux photovoltaïques.
Un dispositif photovoltaïque de référence est constitué de cellules, de modules (voire de mini-modules), dont le matériau est le même que celui pour lequel on cherche à suivre les performances, de préférence dont la réponse spectrale est également sensiblement la même, et dont on a déterminé de manière précise les caractéristiques dans les conditions standard de test ainsi que le comportement en température. Le dispositif de référence doit également être dans les mêmes dispositions (orientation, inclinaison, système de montage) et dans le même environnement que le dispositif dont on cherche à évaluer ou suivre les performances.
L’utilisation d’un dispositif photovoltaïque de référence est particulièrement intéressante en conception d’une future installation solaire, notamment pour déterminer le potentiel photovoltaïque de chaque dispositif photovoltaïque de l’installation solaire en un lieu donné, c’est-à-dire la puissance électrique que le dispositif photovoltaïque serait susceptible de fournir en ce lieu, s’il était constamment maintenu à son point de puissance maximum. En effet, dans ce cas, on ne peut disposer des capteurs de température et/ou mesurer le courant photogénéré (ou le courant de court-circuit Icc) directement sur un dispositif photovoltaïque, puisqu’il n’est pas encore installé et/ou en fonctionnement. La puissance électrique peut alors être déterminée en se basant sur la détermination du courant de court-circuit et de la température du dispositif photovoltaïque de référence, et avantageusement en utilisant un modèle permettant de déterminer, à partir de la valeur du courant de court-circuit et de la température, les valeurs de la tension en circuit ouvert, du courant, de la tension et de la puissance au point de puissance maximum.
Mais un dispositif photovoltaïque de référence peut être également et avantageusement utilisé pour suivre les performances et la production électrique d’un dispositif photovoltaïque en fonctionnement, également en se basant sur la détermination du courant de court-circuit et de la température du dispositif photovoltaïque de référence, et avantageusement en utilisant un modèle permettant de déterminer, à partir de la valeur du courant de court-circuit et de la température, les valeurs de la tension en circuit ouvert, du courant, de la tension et de la puissance au point de puissance maximum.
Historiquement, les dispositifs photovoltaïques ont été conçus pour exploiter l’éclairement reçu sur une seule face, qui est la face la plus exposée à la lumière (ou « face avant »). On parle alors de dispositifs photovoltaïques monofaciaux.
Dans certains cas, un dispositif photovoltaïque est susceptible de recevoir un éclairement non négligeable sur sa face la moins exposée à la lumière (ou « face arrière ». Typiquement, c’est le cas d’un dispositif photovoltaïque bifacial vertical nord-sud, qui peut recevoir au total, selon les lieux, plus d’éclairement sur ses deux faces qu’un dispositif photovoltaïque monofacial disposé de façon optimale avec une orientation au sud. Ainsi, certains dispositifs photovoltaïques sont conçus pour produire l’effet photovoltaïque à partir des photons reçus sur leurs deux faces. Ils sont dits bifaciaux (ou encore « double-sided » en anglais) en ce qu’ils comprennent des cellules capables de capter et d’utiliser le rayonnement sur les deux faces.
On connait des dispositifs photovoltaïques de référence qui sont monofaciaux. Ce sont des dispositifs comportant une, deux, voire plus de deux cellules de même matériau avec la même réponse spectrale que le dispositif photovoltaïque dont on cherche à évaluer ou suivre les performances.
Certains dispositifs photovoltaïques monofaciaux de référence permettent de mesurer la température de la cellule en disposant un capteur de température contre la face arrière de la cellule. Dans ce cas, le capteur est encapsulé avec la cellule. Qu’il soit intégré ou non dans le dispositif de référence, le capteur de température peut être un thermocouple, une thermistance, une sonde résistive.
Certains dispositifs photovoltaïques monofaciaux de référence enferment dans un boîtier disposé sous la face arrière un système résistif permettant la détermination du courant de court-circuit, avec le même inconvénient que décrit ci-dessus (température non représentative).
En outre, une telle configuration n’est pas adaptée pour réaliser un dispositif photovoltaïque bifacial de référence. En effet, un dispositif photovoltaïque bifacial de référence, pour être représentatif d’un dispositif photovoltaïque bifacial, doit comprendre des cellules capables de capter le rayonnement sur les deux faces. Ainsi, si on positionne un capteur de température en face arrière, on voit qu’il sera sur une des faces susceptibles de capter le rayonnement. Il existe deux inconvénients majeurs à ça :
- le capteur de température ombre au moins partiellement la cellule et ainsi diminue la quantité de lumière parvenant à la cellule, le courant photogénéré n’est alors pas représentatif de l’éclairement que recevrait la cellule sans ombrage; et
- en étant disposé sur une des faces d’une cellule photovoltaïque bifaciale, le capteur de température est exposé au soleil, et sa température n’est donc pas représentative de la température de la cellule ; et si on cache la sonde pour lui éviter d’être exposée au soleil, alors la cellule est encore moins représentative d’une cellule bifaciale sans ombrage.
- le capteur de température ombre au moins partiellement la cellule et ainsi diminue la quantité de lumière parvenant à la cellule, le courant photogénéré n’est alors pas représentatif de l’éclairement que recevrait la cellule sans ombrage; et
- en étant disposé sur une des faces d’une cellule photovoltaïque bifaciale, le capteur de température est exposé au soleil, et sa température n’est donc pas représentative de la température de la cellule ; et si on cache la sonde pour lui éviter d’être exposée au soleil, alors la cellule est encore moins représentative d’une cellule bifaciale sans ombrage.
On peut utiliser deux dispositifs photovoltaïques monofaciaux de référence, un pour chaque face, en supposant que le courant photogénéré est la somme des courants photogénérés en faces avant et arrière. Cependant, chaque dispositif monofacial de référence comprend une cellule monofaciale qui est de nature différente d’une cellule bifaciale, et n’a notamment pas la même réponse spectrale qu’une cellule bifaciale. En outre, comme indiqué plus avant, la face arrière, munie d’un capteur de température, ne permet pas de mesurer une température précisément représentative de la cellule photovoltaïque.
Il existe également un dispositif photovoltaïque de référence présenté comme étant bifacial, commercialisé par la société Rera Solutions. Cependant, il s’agit de deux cellules photovoltaïques monofaciales, regroupées au sein d’un même dispositif. Un inconvénient d’un tel dispositif de référence est le même que celui décrit plus avant, à savoir que les deux cellules photovoltaïques monofaciales sont de nature différente d’une cellule bifaciale, n’ont notamment pas la même réponse spectrale qu’une cellule bifaciale et pas le même comportement électrique. Ils n’ont pas le même comportement thermique qu’un dispositif bifacial, dans la mesure où il existe un espace entre les deux cellules. De ce fait, un tel dispositif photovoltaïque de référence n’est pas adapté pour représenter le dispositif photovoltaïque bifacial dont on cherche à suivre les performances.
On comprend des documents de l’état de la technique qu’il n’est pas évident de mesurer la température d’une cellule photovoltaïque bifaciale sans que la mesure elle-même n’apporte un biais de mesure, et qu’il n’est pas évident de disposer d’une cellule photovoltaïque bifaciale représentative d’un dispositif photovoltaïque bifacial. Ainsi, il n’existe donc pas à ce jour de dispositif photovoltaïque bifacial de référence permettant à la fois de mesurer l’éclairement reçu et d’obtenir une estimation réaliste à la fois du courant photogénéré et de la température de fonctionnement d’une cellule d’un module ou d’un dispositif photovoltaïque bifacial.
L’invention vise à surmonter les inconvénients précités de l’art antérieur.
Plus particulièrement elle vise à disposer d’un dispositif photovoltaïque bifacial de référence permettant d’évaluer ou de suivre les performances d’un ou de plusieurs dispositifs photovoltaïques bifaciaux. En particulier, l’invention vise à disposer d’un dispositif photovoltaïque de référence bifacial qui permette de déterminer avec précision le courant de court-circuit et la température d’un dispositif bifacial soumis à un éclairement bifacial, et dont lesdites mesures soient représentatives d’un ou de plusieurs dispositifs photovoltaïques bifaciaux.
L’invention vise avantageusement à mesurer la température ambiante autour d’un tel dispositif photovoltaïque de référence bifacial.
Un premier objet de l’invention permettant de remédier à ces inconvénients est un dispositif photovoltaïque bifacial de référence comprenant au moins :
- une première cellule photovoltaïque bifaciale de référence occultée sur sa face arrière, respectivement sa face avant, par un premier cache, et reliée à un premier circuit électrique, ledit premier circuit électrique étant un circuit fermé comportant une première résistance de valeur connue R1;
- un premier capteur de température disposé contre la face occultée de ladite première cellule ;
- une deuxième cellule photovoltaïque bifaciale de référence occultée sur sa face avant, respectivement sa face arrière, par un deuxième cache, et reliée à un deuxième circuit électrique, ledit deuxième circuit électrique étant un circuit fermé comportant une deuxième résistance de valeur connue R2;
- un deuxième capteur de température disposé contre la face occultée de ladite deuxième cellule ;
les cellules photovoltaïques bifaciales de référence étant disposées sensiblement selon un même plan ; les caches et les circuits électriques étant compris dans ledit dispositif, et ledit dispositif comprenant en outre :
- des moyens de mesure de tension, aptes à mesurer au moins :
-- une première tension V1aux bornes de la première résistance, ladite première tension V1correspondant à la tension du courant de court-circuit VIcc1de la première cellule de référence; et
-- une deuxième tension V2aux bornes de la deuxième résistance, ladite deuxième tension V2correspondant à la tension du courant de court-circuit VIcc2de la deuxième cellule de référence.
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- un deuxième capteur de température disposé contre la face occultée de ladite deuxième cellule ;
les cellules photovoltaïques bifaciales de référence étant disposées sensiblement selon un même plan ; les caches et les circuits électriques étant compris dans ledit dispositif, et ledit dispositif comprenant en outre :
- des moyens de mesure de tension, aptes à mesurer au moins :
-- une première tension V1aux bornes de la première résistance, ladite première tension V1correspondant à la tension du courant de court-circuit VIcc1de la première cellule de référence; et
-- une deuxième tension V2aux bornes de la deuxième résistance, ladite deuxième tension V2correspondant à la tension du courant de court-circuit VIcc2de la deuxième cellule de référence.
L’invention consiste en un dispositif photovoltaïque bifacial de référence comprenant au moins deux cellules photovoltaïques bifaciales en court-circuit, occultées sur deux faces différentes (une cellule occultée en face arrière et une autre occultée en face avant), chaque cellule étant munie d’un capteur de température sur sa face occultée.
Un cache désigne tout moyen (film, couche, plaque, feuille …) adapté pour maximiser les réflexions et pour limiter les transmissions sur une face (face occultée) d’une cellule photovoltaïque bifaciale tout en limitant les réflexions sur l’autre face (face non occultée). Il comprend généralement une face claire qui maximise les réflexions et limite les transmissions (par exemple une face blanche) et une face foncée qui limite les réflexions (par exemple une face noire).
Le cache doit en outre modifier le moins possible le comportement thermique de la cellule photovoltaïque. Il doit être le plus fin possible, tout en permettant l’occultation de la face. Cela peut être un film d’une centaine de microns à quelques millimètres d’épaisseur, par exemple un film en PVF (PolyFluorure de Vinyle), notamment un film en PVF distribué sous la marque Tedlar®.
Une cellule photovoltaïque bifaciale de référence occultée par un cache peut être désignée par « cellule occultée ». De même, une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée par un cache peut être désignée par « cellule non occultée ».
Le dispositif selon l’invention peut être en une seule partie (toutes les cellules étant sur un même support par exemple) ou en plusieurs parties (par exemple en plusieurs modules ou mini-modules). Les cellules photovoltaïques d’un même dispositif sont coplanaires, de manière à pouvoir caractériser l’éclairement sur un plan donné.
Les cellules bifaciales du dispositif de référence doivent être représentatives des cellules photovoltaïques composant les dispositifs photovoltaïques bifaciaux dont on cherche à évaluer ou suivre les performances.
De plus, toutes les cellules bifaciales d’un dispositif de référence sont en le même matériau et en les mêmes caractéristiques, et de préférence ce sont toutes des cellules bifaciales identiques.
De préférence, tout ou partie des cellules bifaciales d’un dispositif de référence sont choisies de façon à ce que, lorsqu’elles sont associées (c’est-à-dire lorsqu’une cellule est en court-circuit alors que l’autre est en circuit ouvert et/ou lorsque une cellule est occultée en face avant alors que l’autre cellule est occultée en face arrière), leurs faces avant et arrière respectives soient de même nature, notamment si la technologie de fabrication des cellules bifaciales crée des cellules bifaciales avec deux faces de nature différentes. Deux cellules ainsi associées sont généralement deux cellules adjacentes.
Par raccourci, une cellule est dite en « court-circuit » lorsque ses bornes sont reliées à un circuit fermé par/sur un shunt (ou résistance en dérivation) et une cellule est dite en « circuit ouvert » lorsque ses bornes sont reliées à un circuit ouvert, c’est-à-dire que les bornes de la cellule ne sont pas reliées entre elles.
Dans l’ensemble de la présente description, par souci de simplification, une cellule photovoltaïque bifaciale de référence peut être désignée par « cellule de référence » voire « cellule ». De même, un dispositif photovoltaïque bifacial de référence peut être désigné par « dispositif de référence », voire « dispositif ». En outre, un dispositif photovoltaïque bifacial dont on cherche à suivre ou évaluer les performances peut être désigné par « dispositif photovoltaïque bifacial ». Egalement par simplification, on pourra parler d’un dispositif photovoltaïque bifacial, bien qu’il soit évident qu’un dispositif de référence puisse suivre ou évaluer les performances de plusieurs dispositifs photovoltaïques bifaciaux.
Evidemment, pour un dispositif bifacial, les termes de « face avant » et de « face arrière » ont un peu moins de sens que pour un dispositif monofacial. Aussi, par convention, on désignera par « face avant » ou « plaque avant » la face ou la plaque exposée le plus directement au rayonnement et par « face arrière » ou « plaque arrière » la face ou la plaque exposée le moins directement au rayonnement. Plus généralement, « avant » ou « devant » se réfère au côté exposé le plus directement au rayonnement, et « arrière » ou « derrière » se réfère au côté exposé le moins directement au rayonnement.
Selon l’invention, un circuit électrique « relié à » une cellule, signifie qu’il est relié aux bornes de ladite cellule.
Le dispositif photovoltaïque bifacial de référence selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniques possibles.
Selon un mode de réalisation, au moins un circuit électrique fermé apte à mesurer une tension de court-circuit comporte un cavalier disposé entre la résistance dudit circuit électrique fermé et la cellule de référence reliée audit circuit électrique fermé.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre au moins une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée, chaque cellule non occultée étant reliée à un circuit électrique configuré pour que la cellule soit en court-circuit ou en circuit ouvert ; les cellules photovoltaïques bifaciales de référence étant disposées sensiblement selon un même plan.
Selon un mode de réalisation, au moins une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée est en court-circuit, ladite cellule étant reliée à un circuit électrique fermé comportant une résistance de valeur connue R3;
les moyens de mesure de tension étant en outre aptes à mesurer au moins une tension V3aux bornes de la résistance dudit circuit fermé, ladite au moins une tension correspondant à la tension du courant de court-circuit VIcc3de ladite au moins une cellule non occultée en court-circuit.
les moyens de mesure de tension étant en outre aptes à mesurer au moins une tension V3aux bornes de la résistance dudit circuit fermé, ladite au moins une tension correspondant à la tension du courant de court-circuit VIcc3de ladite au moins une cellule non occultée en court-circuit.
Selon un mode de réalisation pouvant être combiné avec le précédent mode, au moins une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée est en circuit ouvert, ladite cellule étant reliée à un circuit électrique ouvert ;
les moyens de mesure de tension étant en outre aptes à mesurer au moins une tension V4aux bornes dudit circuit électrique ouvert, ladite au moins une tension correspondant à la tension en circuit ouvert Vco4de ladite au moins une cellule de référence non occultée en circuit ouvert.
les moyens de mesure de tension étant en outre aptes à mesurer au moins une tension V4aux bornes dudit circuit électrique ouvert, ladite au moins une tension correspondant à la tension en circuit ouvert Vco4de ladite au moins une cellule de référence non occultée en circuit ouvert.
Selon un mode de réalisation, chaque cellule photovoltaïque bifaciale de référence comprend une plaque avant formant la face avant et une plaque arrière formant la face arrière, et est encapsulée dans une couche d’encapsulation. Les cellules photovoltaïques bifaciales de référence peuvent être encapsulées séparément ou ensemble.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins un cache est intégré contre (ou à) la plaque avant et/ou contre (ou à) la plaque arrière.
Selon un mode de réalisation avantageux, au moins un cache est encapsulé dans la couche d’encapsulation de la cellule. Cela permet de contrebalancer la surépaisseur du cache par la réduction de l’épaisseur de la couche d’encapsulation à l’endroit où est encapsulé le cache. Cela est un moyen de limiter l’impact du cache sur le comportement thermique de la cellule photovoltaïque. De préférence, tous les caches sont encapsulés dans la couche d’encapsulation.
Un deuxième objet de l’invention est un système photovoltaïque comprenant au moins un dispositif photovoltaïque bifacial et au moins un dispositif photovoltaïque bifacial de référence selon le premier objet de l'invention.
Selon un mode de réalisation, au moins un dispositif photovoltaïque bifacial de référence est disposé à côté du dispositif photovoltaïque bifacial.
Selon un mode de réalisation pouvant être combiné avec le mode précédent, au moins un dispositif photovoltaïque bifacial de référence est disposé au sein du dispositif photovoltaïque bifacial, entre plusieurs cellules photovoltaïques bifaciales et/ou au niveau d’au moins un bord du dispositif photovoltaïque bifacial.
Le dispositif photovoltaïque bifacial de référence et le système photovoltaïque selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
Un troisième objet est un procédé de détermination d’au moins une température T d’un dispositif de référence selon le premier objet de l’invention, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- une étape de mesure de la tension du courant de court-circuit VIcc1de la première cellule de référence ;
- une étape de mesure de la tension du courant de court-circuit VIcc2de la deuxième cellule de référence ;
- une étape de mesure de la température T1de la première cellule de référence par le premier capteur de température ;
- une étape de mesure de la température T2de la deuxième cellule de référence par le deuxième capteur de température ;
- une étape de calcul de la température T par la formule :
.
- une étape de mesure de la tension du courant de court-circuit VIcc1de la première cellule de référence ;
- une étape de mesure de la tension du courant de court-circuit VIcc2de la deuxième cellule de référence ;
- une étape de mesure de la température T1de la première cellule de référence par le premier capteur de température ;
- une étape de mesure de la température T2de la deuxième cellule de référence par le deuxième capteur de température ;
- une étape de calcul de la température T par la formule :
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre :
- une étape de détermination d’une température ambiante Taà proximité du dispositif de référence par la formule :
- une étape de détermination d’une température ambiante Taà proximité du dispositif de référence par la formule :
Selon un mode de réalisation pouvant être complémentaire au mode précédent, le procédé comprend en outre :
- une étape de détermination d’un coefficient de température k par la formule :
- une étape de détermination d’un coefficient de température k par la formule :
Un quatrième objet est un procédé de détermination d’un courant de court-circuit d’au moins une cellule de référence en court-circuit, reliée à un circuit électrique fermé comportant une résistance de valeur connue R, d’un dispositif de référence selon le premier objet de l’invention, ledit procédé comprenant:
- une étape de mesure d’une tension du courant de court-circuit VIccaux bornes de ladite résistance ; puis
- une étape de détermination du courant de court-circuit Iccde ladite cellule à partir de la tension du courant de court-circuit VIccmesurée, en utilisant la loi d’Ohm :
.
- une étape de mesure d’une tension du courant de court-circuit VIccaux bornes de ladite résistance ; puis
- une étape de détermination du courant de court-circuit Iccde ladite cellule à partir de la tension du courant de court-circuit VIccmesurée, en utilisant la loi d’Ohm :
Selon un mode de réalisation, les étapes de mesure d’une tension du courant de court-circuit VIccet de détermination du courant de court-circuit Iccsont réalisées pour chacune des première et deuxièmes cellules de référence, de manière à déterminer le courant de court-circuit Icc1de la première cellule de référence et le courant de court-circuit Icc2de la deuxième cellule de référence, le courant de court-circuit équivalent à une cellule de référence non occultée étant déterminé en additionnant le courant de court-circuit Icc1de ladite première cellule et le courant de court-circuit Icc2de ladite deuxième cellule.
Un cinquième objet est un procédé de détermination d’au moins une température T d’un dispositif de référence selon le premier objet de l’invention, ledit procédé comprenant :
- une étape de mesure de la température T1de la première cellule de référence par le premier capteur de température ;
- une étape de mesure de la température T2de la deuxième cellule de référence par le deuxième capteur de température ;
- une étape de calcul de la température T par la formule :
.
- une étape de mesure de la température T1de la première cellule de référence par le premier capteur de température ;
- une étape de mesure de la température T2de la deuxième cellule de référence par le deuxième capteur de température ;
- une étape de calcul de la température T par la formule :
Selon un mode de réalisation, le procédé précédent comprend en outre une étape préalable de détermination des constantes (b, c, d, e, f) de la formule :
;
ladite étape préalable comprenant les sous-étapes suivantes :
- une sous-étape de mesure d’une tension de circuit ouvert Vcoaux bornes d’une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée en circuit ouvert ;
- une sous-étape de mesure d’une tension du courant de court-circuit VIccaux bornes de la résistance d’un circuit électrique fermé relié à une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée en court-circuit ;
- une sous-étape de détermination du courant de court-circuit Iccà partir de la tension du courant de court-circuit VIccmesurée, en utilisant la loi d’Ohm :
;
- une sous-étape de détermination d’une température T en utilisant la formule :
;
où :
Vcoest la tension en circuit ouvert mesurée ; Iccest le courant de court-circuit déterminé ; VcoSTCest la tension en circuit ouvert dans les conditions standard de test ; IccSTCest le courant de court-circuit dans les conditions standard de test ; et α et β sont des coefficients, VcoSTC,IccSTC, α et β étant préalablement déterminés ;
lesdites sous-étapes étant réitérées pour plusieurs températures T, T1et T2déterminées dans les mêmes conditions de manière à déterminer les constantes (b, c, d, e, f).
ladite étape préalable comprenant les sous-étapes suivantes :
- une sous-étape de mesure d’une tension de circuit ouvert Vcoaux bornes d’une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée en circuit ouvert ;
- une sous-étape de mesure d’une tension du courant de court-circuit VIccaux bornes de la résistance d’un circuit électrique fermé relié à une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée en court-circuit ;
- une sous-étape de détermination du courant de court-circuit Iccà partir de la tension du courant de court-circuit VIccmesurée, en utilisant la loi d’Ohm :
- une sous-étape de détermination d’une température T en utilisant la formule :
où :
Vcoest la tension en circuit ouvert mesurée ; Iccest le courant de court-circuit déterminé ; VcoSTCest la tension en circuit ouvert dans les conditions standard de test ; IccSTCest le courant de court-circuit dans les conditions standard de test ; et α et β sont des coefficients, VcoSTC,IccSTC, α et β étant préalablement déterminés ;
lesdites sous-étapes étant réitérées pour plusieurs températures T, T1et T2déterminées dans les mêmes conditions de manière à déterminer les constantes (b, c, d, e, f).
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Les figures 1 à 5 représentent plusieurs modes de réalisation d’un dispositif photovoltaïque bifacial de référence conforme à l’invention (dénommé ci-après « dispositif de référence »).
Dans l’ensemble des figures 1 à 5, les cellules photovoltaïques bifaciales de référence sont encapsulées dans une couche d’encapsulation 40 transparente à la lumière, par exemple en polyéthylène-acétate de vinyle (EVA), ou en polyvinylbutyral (PVB) ou tout autre matériau adapté et connu dans le domaine de l’invention, afin de protéger lesdites cellules de l'environnement extérieur, tout en perturbant au minimum la réception du rayonnement lumineux. Au moins une partie des conducteurs formant les circuits décrits ci-après est également encapsulée dans la couche d’encapsulation.
L’ensemble cellules et couche d’encapsulation est intercalé entre une plaque avant 41 formant la face avant AV et une plaque arrière 42 formant la face arrière AR. Les plaques avant et arrière sont de dimensions adaptées pour recouvrir la couche d’encapsulation. Le dispositif de référence étant bifacial, les plaques avant et arrière sont toutes les deux transparentes (par exemple en bi-verre ou tout autre matériau adapté et connu dans le domaine de l’invention).
A noter que dans les figures 1 à 5, les cellules sont encapsulées ensemble, mais ceci n’est pas limitatif, chaque cellule peut être encapsulée individuellement, avec sa propre plaque avant et sa propre plaque arrière.
L’ensemble cellules / couche d’encapsulation / plaques avant et arrière est fabriqué et assemblé par un des procédés connus dans le domaine de l’invention, typiquement par un procédé de lamination à chaud (voire à froid) et sous vide, formant une structure.
Les caches sur les cellules photovoltaïques bifaciales de référence peuvent être intégrés à cette structure. Un cache peut ainsi être assemblé sur (ou à) la plaque arrière d’une cellule occultée en face arrière et/ou sur (ou à) la plaque avant d’une cellule occultée en face avant. Chaque cache est de préférence encapsulé dans la couche d’encapsulation.
Un capteur de température disposé contre la face occultée d’une cellule photovoltaïque bifaciale de référence peut également être encapsulé dans la couche d’encapsulation. Il peut notamment être disposé entre le cache et la cellule correspondante.
Les cellules de référence doivent être les plus représentatives possible des cellules du dispositif photovoltaïque bifacial dont on cherche à évaluer ou suivre les performances (dénommé ci-après « dispositif photovoltaïque bifacial »). Comme indiqué précédemment, par simplification, on parlera d’un dispositif photovoltaïque bifacial bien qu’il soit évident qu’un dispositif de référence puisse suivre ou évaluer les performances de plusieurs dispositifs photovoltaïques bifaciaux.
Les cellules bifaciales du dispositif de référence sont constituées du même matériau que les cellules composant les dispositifs photovoltaïques bifaciaux, et de préférence avec une réponse spectrale proche ou équivalente.
En outre, les matériaux de la couche d’encapsulation et des plaques avant et arrière sont de préférence choisis identiques à ceux des dispositifs photovoltaïques bifaciaux dont on cherche à évaluer ou suivre les performances.
Ainsi, on peut choisir des cellules bifaciales issues de la chaîne de fabrication des cellules utilisées pour les dispositifs photovoltaïques bifaciaux dont on cherche à évaluer ou suivre les performances et/ou sélectionnées avec les mêmes critères de sélection que les cellules des dispositifs photovoltaïques bifaciaux, par exemple la même puissance et/ou le même courant au point de puissance maximum.
Il est à noter que la disposition des cellules dans le dispositif n’est pas nécessairement comme représenté dans les figures 1 à 5. L’essentiel est d’avoir des cellules disposées les unes à côté des autres, selon un même plan, de préférence encapsulées ensemble, mais il n’est pas obligatoire que la disposition soit aussi régulière que celle représentée. En outre, il ne s’agit pas nécessairement de cellules de même taille que la cellule photovoltaïque à suivre ou évaluer. Il est cependant important que toutes les cellules d’un même dispositif de référence soient en le même matériau et de mêmes caractéristiques. Ce peut être des cellules identiques.
En outre, les circuits électriques ouverts et fermés reliés aux bornes des cellules ne sont pas nécessairement disposés en partie périphérique inférieure du dispositif de référence. Ils peuvent être disposés sur une autre partie périphérique du dispositif. Il est essentiel qu’ils ne soient disposés sur aucune des faces avant et arrière des cellules.
Par raccourci dans la présente description, on pourra écrire que les circuits électriques sont reliés aux cellules, signifiant de manière évidente qu’ils sont reliés aux bornes desdites cellules.
Les signaux de tension peuvent être en général déportés loin des cellules. Par contre, les mesures de courant se font en général par mesure de la tension aux bornes donc proche des cellules, évitant des longueurs de câble inutiles qui créent des chutes de tension parasites.
Enfin, bien que cela ne soit pas représenté dans les figures, le dispositif photovoltaïque bifacial de référence comprend une unité de traitement apte à réaliser au moins les opérations décrites plus après.
Les différentes tensions délivrées par le dispositif photovoltaïque bifacial de référence selon l’invention peuvent être traitées classiquement au niveau du dispositif en fournissant des courants 4-20 mA ou en les incluant dans des registres du type Modbus, avec ou sans traitement mathématique préalable.
La représente un premier dispositif de référence 11 comprenant :
- une première et une deuxième cellule photovoltaïque bifaciale de référence 21, 22 (dénommées ci-après « cellules de référence »);
- un premier et un deuxième circuit électrique 31, 32, le premier circuit électrique 31 étant relié à la première cellule photovoltaïque bifaciale 21 et le deuxième circuit électrique 32 étant relié à la deuxième cellule photovoltaïque bifaciale 22.
- une première et une deuxième cellule photovoltaïque bifaciale de référence 21, 22 (dénommées ci-après « cellules de référence »);
- un premier et un deuxième circuit électrique 31, 32, le premier circuit électrique 31 étant relié à la première cellule photovoltaïque bifaciale 21 et le deuxième circuit électrique 32 étant relié à la deuxième cellule photovoltaïque bifaciale 22.
Les circuits électriques sont disposés en bordure (ou périphérie) des cellules de référence.
Chacune de ces cellules de référence 21, 22 est occultée sur une face, c’est-à-dire assemblée avec un cache 51, 52 sur une face. Les caches peuvent être sous forme de film Tedlar® avec une face noire et une face blanche.
Dans le dispositif représenté, un premier cache 51 est disposé derrière la première cellule 21, la face noire du cache étant orientée vers la face avant AV du dispositif et la face blanche vers la face arrière AR du dispositif, de façon à éviter les réflexions en face avant de la première cellule 21 et renvoyer au maximum la lumière en face arrière de ladite cellule. Un deuxième cache 52 est disposé devant la deuxième cellule 22, la face blanche du cache étant orientée vers la face avant AV du dispositif et la face noire vers la face arrière AR du dispositif, de façon à éviter les réflexions en face arrière de la deuxième cellule 22 et renvoyer au maximum la lumière en face avant de ladite cellule.
Ainsi, la première cellule 21 combinée avec le premier cache 51 permet de mesurer le courant de court-circuit et la température générés par l’éclairement sur la face avant seulement, alors que la deuxième cellule 22 combinée avec le deuxième cache 52 permet de mesurer le courant de court-circuit et la température générés par l’éclairement sur la face arrière seulement. Cela permet de calculer le courant de court-circuit qui serait généré par un éclairement sur les deux faces en ajoutant les courants de court-circuit des deux cellules 21 et 22 et de calculer la température d’une cellule qui serait éclairée par les deux faces en combinant les températures des deux cellules 21 et 22.
Chaque cellule de référence est reliée à un circuit électrique qui est un circuit fermé par/sur un shunt, c’est-à-dire une résistance en dérivation. Le premier circuit électrique 31 comprend une première résistance 310 de valeur connue R1et le deuxième circuit électrique 32 comprend une deuxième résistance 320 de valeur connue R2.
Des moyens de mesure de tension permettent de mesurer une première tension V1aux bornes de la première résistance 310 et une deuxième tension V2aux bornes de la deuxième résistance 320 (moyens de mesure non représentés). La première tension V1mesurée correspond à la tension du courant de court-circuit ou tension de court-circuit VIcc1de la première cellule 21 (plus précisément la tension de court-circuit correspondant à l’éclairement reçu par la face avant, c’est à dire Vcc1AV) et la deuxième tension V2mesurée correspond à la tension du courant de court-circuit ou tension de court-circuit VIcc2de la deuxième cellule 22 (plus précisément la tension de court-circuit correspondant à l’éclairement reçu par la face arrière, c’est à dire Vcc2AR).
On peut déterminer le courant de court-circuit Icc1de la première cellule (plus précisément le courant de court-circuit correspondant à l’éclairement reçu par la face avant, c’est à dire Icc1AV) et le courant de court-circuit Icc2de la deuxième cellule (plus précisément le courant de court-circuit correspondant à l’éclairement reçu par la face arrière, c’est à dire Icc2AR) selon la loi d’Ohm, soit :
Le courant de court-circuit équivalent d’une cellule de référence non occultée peut être déterminé en additionnant le courant de court-circuit Icc1de la première cellule et le courant de court-circuit Icc2de la deuxième cellule.
Les première et deuxième cellules sont maintenues proches de leur état de court-circuit, et les valeurs R1et R2des résistances 310, 320 doivent être connues avec précision et doivent être convenablement choisies, de manière connue de l’homme du métier.
On choisit généralement une valeur de résistance définie pour que, sous l’éclairement maximum considéré, la tension aux bornes du shunt permette de rester dans la partie rectiligne de la courbe courant-tension, soit par exemple 50 mV. A titre d’exemple, si le courant est de 10 A sous l’éclairement maximum, une valeur convenable de résistance est de 5 mΩ.
En outre, le dispositif de référence 11 comprend une sonde de température sur chacune des faces occultées desdites première et deuxième cellules : un premier capteur 61 est disposé contre la face arrière (occultée) de la première cellule 21, et un deuxième capteur 62 est disposé contre la face avant (occultée) de la deuxième cellule 22.
Bien que cela ne soit pas représenté, chaque capteur est relié, de manière connue par l’homme du métier, par des fils aux appareils de mesure, le nombre de fils dépendant du type de capteur et du montage choisi.
Les capteurs de température peuvent être choisis parmi : un thermocouple, une thermistance, une sonde résistive (par exemple à base de platine, cuivre, alliages de nickel ou oxydes métalliques…).
La détermination de la température de la cellule bifaciale (température que l’on obtiendrait sans occulter les cellules bifaciales) peut s’effectuer de la façon suivante.
On considère que l’énergie lumineuse arrivant sur la face blanche du cache est réfléchie par ladite face blanche et ne contribue pas à l’élévation de température de la cellule. On considère également que la conductivité thermique de la face occultée est très peu modifiée par la mise en place du cache.
Soit T1et T2les températures respectives des deux cellules occultées 21, 22 et VIcc1et VIcc2les tensions mesurées à leurs bornes (plus précisément aux bornes des shunts).
On peut considérer en première approximation que l’énergie lumineuse E1reçue par la première cellule 21 est proportionnelle au courant de court-circuit Icc1et donc à la tension mesurée aux bornes des cellules en court-circuit VIcc1, c’est-à-dire :
k’ étant une première constante.
On peut alors écrire, si Tadésigne la température ambiante, que l’élévation de température des cellules est proportionnelle à l’énergie lumineuse E1reçue, soit :
k’’ étant une deuxième constante.
En combinant ces deux formules, on peut écrire :
k étant le produit des première et deuxième constantes et étant la constante ou coefficient thermique que l’on va rechercher.
Ou encore:
Il en est de même pour l’énergie lumineuse E2reçue par la deuxième cellule 22, et sa température T2, en considérant que le coefficient thermique k est le même, de sorte que :
Combinant ces deux formules, et en mesurant avec les capteurs de température T1et T2on peut calculer les valeurs de la température ambiante Taet du coefficient thermique k.
De même, on peut en déduire la température T d’une cellule bifaciale (non occultée) recevant la somme des éclairements des deux cellules occultées, par la formule :
où VIccest la tension de court-circuit de la cellule bifaciale (non occultée).
Et ainsi, en utilisant les expressions de la température ambiante Taet du coefficient thermique k, on en déduit la température T de la cellule bifaciale non occultée :
On voit donc qu’on peut déterminer la valeur de la température T de la cellule bifaciale (que l’on obtiendrait sans occulter les cellules bifaciales) à partir des mesures de tensions de court-circuit et des températures des deux cellules bifaciales occultées. On peut en outre déterminer la valeur de la température ambiante Taet celle du coefficient thermique k.
La température T ainsi déterminée correspond à la température de la cellule bifaciale de référence, représentative des cellules photovoltaïques bifaciales dont on cherche à déterminer les performances. Cela permet ainsi de déterminer une température de cellules photovoltaïques bifaciales, et ce, sans les inconvénients de l’état de la technique.
La représente un deuxième dispositif de référence 12 conforme à l’invention qui diffère du premier dispositif 11 en ce qu’il comprend en outre une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée en court-circuit, désignée troisième cellule 23, qui est reliée à un circuit électrique fermé, désigné troisième circuit 33, comportant un shunt, c’est-à-dire une troisième résistance 330 en dérivation, de valeur connue R3.
Les moyens de mesure de tension permettent en outre de mesurer une tension (troisième tension V3) aux bornes de la troisième résistance 330 (moyens de mesure non représentés). La troisième tension V3mesurée correspond à la tension du courant de court-circuit ou tension de court-circuit VIcc3correspondant à l’éclairement reçu par les deux faces de la troisième cellule 23.
Cela permet de déterminer le courant de court-circuit correspondant à l’éclairement reçu par les deux faces de la cellule bifaciale non occultée et donc de vérifier si ce courant de court-circuit est bien la somme des deux courants de court-circuit des deux cellules occultées 21, 22. Dans le cas contraire, cela peut permettre de détecter par exemple la présence de débris, végétaux, salissures, ombrage etc., sur au moins une des trois cellules, et dans ce cas, le courant de court-circuit à prendre en compte est la plus grande valeur entre le court-circuit de la cellule bifaciale et la somme des courants de court-circuit des deux cellules occultées.
La représente un troisième dispositif de référence 13 conforme à l’invention qui diffère du premier dispositif 11 en ce qu’il comprend une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée en circuit ouvert, désignée quatrième cellule 24, qui est reliée à un circuit électrique ouvert, désigné quatrième circuit 34. Ce troisième dispositif de référence ne comporte pas de cellule non occultée en court-circuit.
Les moyens de mesure de tension permettent en outre de mesurer une tension (quatrième tension V4) aux bornes du quatrième circuit électrique 34 (moyens de mesure non représentés). Cette quatrième tension V4correspond à la tension en circuit ouvert Vco4correspondant à l’éclairement reçu par les deux faces de la quatrième cellule 24.
Ce mode de réalisation permet d’obtenir une formule plus précise donnant la température T d’une cellule bifaciale (que l’on obtiendrait sans occulter les cellules bifaciales) à partir des mesures des températures T1, T2des deux cellules bifaciales occultées, et qui est la fonction polynomiale du second degré suivante :
où b, c, d, e, f sont des constantes, qui peuvent être déterminées comme suit.
Comme indiqué en introduction de la présente description, il est connu que la tension en circuit ouvert Vcoet la puissance au point de puissance maximum PPmaxdépendent de la température : plus précisément, on considère que ce sont des fonctions affines de la température et on parle de coefficient de température de la tension en circuit ouvert et de coefficient de température de la puissance au point de puissance maximum. En outre, ces coefficients de température varient eux-mêmes avec le courant de court-circuit.
Il existe une formule mathématique communément utilisée dans la littérature exprimant la tension en circuit ouvert d’un dispositif photovoltaïque en fonction de son courant de court-circuit et de sa température :
où :
- Vcoest la tension en circuit ouvert dans les conditions de mesure ;
- VcoSTCest la tension en circuit ouvert dans les conditions standard de test ;
- T est la température du dispositif (des cellules) ;
- Iccest le courant de court-circuit déterminé dans les conditions de mesure ;
- IccSTCest le courant de court-circuit dans les conditions standard de test ;
- α et β sont des coefficients obtenus par l’étalonnage du dispositif ; β est généralement désigné par « coefficient de température de la tension en circuit ouvert » ; on considère que ces coefficients sont déjà connus.
Un exemple d’étalonnage est le suivant: sous flash-test, on soumet la cellule à une série de niveaux d’éclairement et de températures, par exemple ceux définis dans le Tableau 2 de la norme ICE 61853-1, puis sous chaque condition, on mesure la tension en circuit ouvert Vco, le courant de court-circuit Iccet la température T. Supposant connu le courant de court-circuit dans les conditions standard de test IccSTC, on fait un tableau avec les variables Icc, T, Vco, ln(Icc/IccSTC), T-25, puis, par régression linéaire, on calcule les coefficients de la formule [Math.12].
Il est rappelé que les conditions standard de test, notamment définies par la norme IEC 60904, correspondent à un éclairement selon la répartition spectrale AM1.5, avec une puissance lumineuse (ou irradiance) normale de 1000 W/m2et sous une température du dispositif de 25°C.
On peut mesurer par ailleurs les tensions (court-circuit et circuit ouvert) dans les conditions normales de test, puis en déduire la température T dans les conditions de mesure.
En déterminant plusieurs températures T dans les mêmes conditions que les températures T1et T2, on voit qu’on peut déterminer les constantes b, c, d, e, f de la fonction polynomiale [Math.11].
Lorsqu’on souhaite réaliser une telle détermination, en comparant des températures obtenues selon deux méthodes différentes et avec des données issues de cellules différentes, il est important que lesdites cellules (ici les cellules 21, 22, 24) soient les plus proches possible.
Cette condition est moins importante lorsqu’on compare des courants de court-circuit comme dans le mode de réalisation de la .
Il est à noter qu’en connaissant la température et le courant de court-circuit d’une cellule bifaciale, et ce qu’elle qu’en soit la méthode, on peut déterminer l’éclairement ainsi que la puissance électrique du dispositif de référence, et par là même, la puissance électrique du dispositif photovoltaïque bifacial dont il est représentatif.
On peut déterminer l’éclairement E d’une cellule en utilisant la formule :
ESTCétant l’éclairement dans les conditions standard de test, soit 1000W/m2.
De manière plus précise, en connaissant la température T, on peut affiner le résultat en utilisant la formule :
où a est le coefficient de courant de court-circuit, pouvant être obtenu par l’étalonnage du dispositif.
La puissance électrique peut être déterminée en utilisant un modèle permettant de calculer, à partir de la valeur du courant de court-circuit et de la température, les valeurs de la tension en circuit ouvert, du courant, de la tension et de la puissance au point de puissance maximum. Il peut s’agir par exemple du modèle MotherPV décrit notamment dans la publication« Description of MotherPV, the new method developed at INES / CEA for the assessment of the energy production of photovoltaic modules », Guérin de Montgareuil, Antoine, 22ndEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference, Milano, 2007, Milano, Italy, 2007 » et dans la publication« A new tool for the MotherPV method: modelling of the irradiance coefficient of photovoltaic modules », Guérin de Montgareuil, Antoine, Sicot , Lionel, Martin, Jean-Luc, Mezzasalma, Frédéric, Merten, Jens 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Hamburg, 2009, Hamburg, Germany, 2009.
Ceci est applicable à tous les modes de réalisation, et plus largement à tout dispositif de référence entrant dans la portée de l’invention.
La représente un quatrième dispositif de référence 14 conforme à l’invention qui combine les deuxième et troisième dispositifs. Ainsi, le quatrième dispositif de référence 14 comprend deux cellules occultées 21, 22 en court-circuit, une cellule non occultée 23 en court-circuit et une cellule non occultée 24 en circuit ouvert.
En ayant une cellule non occultée en court-circuit, cela permet, comme pour le dispositif de la , d’obtenir une redondance des valeurs de courants de court-circuit (en plus de l’avantage du dispositif de la ). Plus précisément, cela permet de déterminer le courant de court-circuit correspondant à l’éclairement reçu par les deux faces de la cellule bifaciale non occultée et donc de vérifier si ce courant de court-circuit est bien la somme des deux courants de court-circuit des deux cellules occultées. Dans le cas contraire, cela peut permettre de détecter par exemple la présence de débris, végétaux, salissures, ombrage etc., sur au moins une des trois cellules, et dans ce cas, le courant de court-circuit à prendre en compte est la plus grande valeur entre le court-circuit de la cellule bifaciale et la somme des courants de court-circuit des deux cellules occultées.
La représente partiellement un cinquième dispositif de référence 15 conforme à l’invention qui diffère du premier dispositif en ce que le premier circuit électrique 31 comprend en outre un cavalier amovible 315. Un tel cavalier amovible ainsi disposé sur un des conducteurs du premier circuit permet de déterminer avec une meilleure précision la valeur du courant de court-circuit de la première cellule de référence 21 dans les conditions standards de test. Il est rappelé que le principe du cavalier est de rester fermé tant qu’il n’est pas nécessaire de faire cette mesure, il est enlevé et le circuit est ainsi ouvert pour permettre de réaliser cette mesure en mettant à la place un shunt bien défini. Notamment, il peut être utilisé par les laboratoires de métrologie accrédités pour réaliser de telles mesures, qui pour plus de précision mesurent directement le courant de court-circuit sans passer par la tension aux bornes du shunt. Les laboratoires enlèvent donc le cavalier et mettent à la place leurs propres shunts pour la mesure du courant.
Ainsi, on peut mesurer plus précisément la valeur du courant de court-circuit IccSTCd’une cellule en court-circuit dans les conditions standards de test.
Cette caractéristique de cavalier dans un circuit électrique fermé par/sur un shunt peut être ajoutée à un ou plusieurs circuits fermés d’un ou plusieurs des dispositifs décrits selon les modes de réalisation décrit précédemment, plus généralement à un ou plusieurs circuits fermés d’un dispositif de référence selon l’invention.
Le dispositif de référence selon l’invention est idéalement disposé le plus près possible d’un dispositif photovoltaïque bifacial dont on cherche à suivre les performances, et dans les mêmes dispositions (orientation, inclinaison, système de montage), ainsi que dans le même environnement que ledit dispositif, lorsque celui-ci est déjà en place évidemment. Lorsque le dispositif photovoltaïque bifacial ou l’installation photovoltaïque n’est pas encore installé(e), le dispositif selon l’invention est disposé de préférence dans le futur lieu d’installation, ou du moins dans un lieu représentatif.
Dans le cas d’un dispositif photovoltaïque bifacial déjà installé et/ou déjà existant ou en cours de conception, il peut être intéressant d’intégrer le dispositif selon l’invention au sein même dudit dispositif afin d’en suivre les performances. Les cellules du dispositif de référence selon l’invention peuvent ainsi être intégrées lors de la fabrication du dispositif photovoltaïque bifacial. On peut par exemple intégrer des cellules 20 d’un dispositif de référence 10 dans un des espaces libres d’un dispositif photovoltaïque bifacial 100, par exemple entre quatre cellules si la technologie s’y prête et/ou des cellules 20’ d’un dispositif de référence 10’ au bord d’un module du dispositif photovoltaïque bifacial 100, comme cela est représenté en qui représente un système photovoltaïque 1. Les circuits sont également représentés sous les références 30 ou 30’ comme étant des circuits fermés. Cette configuration n’est évidemment pas limitative. En outre, on peut ajouter notamment une cellule bifaciale non occultée en court-circuit et/ou une cellule bifaciale non occultée en circuit ouvert. Les cellules ainsi insérées ne sont pas nécessairement des cellules de même taille que les cellules du dispositif photovoltaïque bifacial, comme on peut le constater dans la .
Tout dispositif de référence selon tout mode de réalisation précédemment décrit peut ainsi être intégré à un dispositif photovoltaïque bifacial, selon l’espace disponible, ou être disposé à côté.
Les différents modes présentés peuvent être combinés entre eux, selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
En outre, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation entrant dans la portée des revendications.
Claims (17)
- Dispositif photovoltaïque bifacial de référence (11, 12, 13, 14, 15) comprenant au moins :
- une première cellule photovoltaïque bifaciale de référence (21) occultée sur sa face arrière, respectivement sa face avant, par un premier cache (51), et reliée à un premier circuit électrique (31), ledit premier circuit électrique étant un circuit fermé comportant une première résistance (310) de valeur connue R1;
- un premier capteur de température (61) disposé contre la face occultée de ladite première cellule ;
- une deuxième cellule photovoltaïque bifaciale de référence (22) occultée sur sa face avant, respectivement sa face arrière, par un deuxième cache (52), et reliée à un deuxième circuit électrique (32), ledit deuxième circuit électrique étant un circuit fermé comportant une deuxième résistance (320) de valeur connue R2;
- un deuxième capteur de température (62) disposé contre la face occultée de ladite deuxième cellule ;
les cellules photovoltaïques bifaciales de référence étant disposées sensiblement selon un même plan ; les caches et les circuits électriques étant compris dans ledit dispositif, et ledit dispositif comprenant en outre :
- des moyens de mesure de tension, aptes à mesurer au moins :
-- une première tension V1aux bornes de la première résistance (310), ladite première tension V1correspondant à la tension du courant de court-circuit VIcc1de la première cellule de référence (21); et
-- une deuxième tension V2aux bornes de la deuxième résistance (320), ladite deuxième tension V2correspondant à la tension du courant de court-circuit VIcc2de la deuxième cellule de référence (22). - Dispositif (15) selon la revendication 1, au moins un circuit électrique fermé (31) apte à mesurer une tension de court-circuit comportant un cavalier (315) disposé entre la résistance (310) dudit circuit électrique fermé et la cellule de référence (21) reliée audit circuit électrique fermé.
- Dispositif (12, 13, 14) selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant en outre au moins une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée (23, 24), chaque cellule non occultée étant reliée à un circuit électrique (33, 34) configuré pour que la cellule soit en court-circuit ou en circuit ouvert ; toutes les cellules photovoltaïques bifaciales de référence étant disposées sensiblement selon un même plan.
- Dispositif (12, 14) selon la revendication 3, au moins une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée (23) étant en court-circuit, ladite cellule étant reliée à un circuit électrique (33) fermé comportant une résistance (330) de valeur connue R3;
les moyens de mesure de tension étant en outre aptes à mesurer au moins une tension V3aux bornes de la résistance (330) dudit circuit fermé, ladite au moins une tension correspondant à la tension du courant de court-circuit VIcc3de ladite au moins une cellule non occultée en court-circuit. - Dispositif (13, 14) selon l’une des revendications 3 ou 4, au moins une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée (24) étant en circuit ouvert, ladite cellule non occultée étant reliée à un circuit électrique (34) ouvert ;
les moyens de mesure de tension étant en outre aptes à mesurer au moins une tension V4aux bornes dudit circuit électrique ouvert (34), ladite au moins une tension correspondant à la tension en circuit ouvert Vco4de ladite au moins une cellule de référence non occultée en circuit ouvert. - Dispositif (11, 12, 13, 14, 15) selon l’une des revendications précédentes, chaque cellule photovoltaïque bifaciale de référence comprenant une plaque avant (41) formant la face avant (AV) et une plaque arrière (42) formant la face arrière (AR) et étant encapsulée dans une couche d’encapsulation (40), les cellules photovoltaïques bifaciales de référence pouvant être encapsulées séparément ou ensemble.
- Dispositif selon la revendication 6, au moins un cache étant intégré contre (ou à) la plaque avant et/ou contre (ou à) la plaque arrière d’une cellule de référence occultée, et étant de préférence encapsulé dans la couche d’encapsulation (40) de ladite cellule.
- Système photovoltaïque bifacial (1) comprenant :
- au moins un dispositif photovoltaïque bifacial (100) et
- au moins un dispositif photovoltaïque bifacial de référence (10, 10’) choisi selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. - Système photovoltaïque bifacial (1) selon la revendication 8, au moins un dispositif photovoltaïque bifacial de référence étant disposé à côté du dispositif photovoltaïque bifacial.
- Système photovoltaïque bifacial (1) selon la revendication 8 ou 9, les cellules (20, 20’) d’au moins un dispositif photovoltaïque bifacial de référence (10, 10’) étant disposées au sein du dispositif photovoltaïque bifacial (100), entre plusieurs cellules photovoltaïques bifaciales et/ou au niveau d’au moins un bord dudit dispositif photovoltaïque bifacial.
- Procédé de détermination d’au moins une température T d’un dispositif de référence (11, 12, 13, 14, 15) défini selon l’une des revendications 1 à 7, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- une étape de mesure de la tension du courant de court-circuit VIcc1de la première cellule de référence (21) ;
- une étape de mesure de la tension du courant de court-circuit VIcc2de la deuxième cellule de référence (22) ;
- une étape de mesure de la température T1de la première cellule de référence (21) par le premier capteur de température (61) ;
- une étape de mesure de la température T2de la deuxième cellule de référence (22) par le deuxième capteur de température (62) ;
- une étape de calcul de la température T par la formule :
- Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre :
- une étape de détermination d’une température ambiante Taà proximité du dispositif de référence par la formule :
- Procédé selon l’une des revendications 11 ou 12, comprenant en outre :
- une étape de détermination d’un coefficient de température k par la formule : - Procédé de détermination d’un courant de court-circuit d’au moins une cellule de référence en court-circuit, reliée à un circuit électrique fermé comportant une résistance de valeur connue R, d’un dispositif de référence (11, 12, 13, 14, 15) défini selon l’une des revendications 1 à 7, ledit procédé comprenant:
- une étape de mesure d’une tension du courant de court-circuit VIccaux bornes de ladite résistance ; puis
- une étape de détermination du courant de court-circuit Iccde ladite cellule à partir de la tension du courant de court-circuit VIccmesurée, en utilisant la loi d’Ohm :
- Procédé selon la revendication 14, les étapes de mesure d’une tension du courant de court-circuit VIccet de détermination du courant de court-circuit Iccétant réalisées pour chacune des première et deuxièmes cellules de référence (21, 22), de manière à déterminer le courant de court-circuit Icc1de la première cellule de référence (21) et le courant de court-circuit Icc2de la deuxième cellule de référence (22), le courant de court-circuit équivalent à une cellule de référence non occultée étant déterminé en additionnant le courant de court-circuit Icc1de ladite première cellule et le courant de court-circuit Icc2de ladite deuxième cellule.
- Procédé de détermination d’au moins une température T d’un dispositif de référence (11, 12, 13, 14, 15) défini selon l’une des revendications 1 à 7, ledit procédé comprenant :
- une étape de mesure de la température T1de la première cellule de référence (21) par le premier capteur de température (61) ;
- une étape de mesure de la température T2de la deuxième cellule de référence (22) par le deuxième capteur de température (62) ;
- une étape de calcul de la température T par la formule :
- Procédé selon la revendication 16, le dispositif de référence (13, 14) étant choisi selon la revendication 4 en combinaison avec la revendication 5, ledit procédé comprenant une étape préalable de détermination des constantes (b, c, d, e, f) de la formule :
ladite étape préalable comprenant les sous-étapes suivantes :
- une sous-étape de mesure d’une tension de circuit ouvert Vcoaux bornes d’une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée en circuit ouvert (24) ;
- une sous-étape de mesure d’une tension du courant de court-circuit VIccaux bornes de la résistance d’un circuit électrique fermé (33) relié à une cellule photovoltaïque bifaciale de référence non occultée en court-circuit (23);
- une sous-étape de détermination du courant de court-circuit Iccà partir de la tension du courant de court-circuit VIccmesurée, en utilisant la loi d’Ohm :
- une sous-étape de détermination d’une température T en utilisant la formule :
où :
Vcoest la tension en circuit ouvert mesurée ; Iccest le courant de court-circuit déterminé ; VcoSTCest la tension en circuit ouvert dans les conditions standard de test ; IccSTCest le courant de court-circuit dans les conditions standard de test ; et α et β sont des coefficients, VcoSTC,IccSTC, α et β étant préalablement déterminés ;
lesdites sous-étapes étant réitérées pour plusieurs températures T, T1et T2déterminées dans les mêmes conditions de manière à déterminer les constantes (b, c, d, e, f).
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| FR2013431A FR3118359B1 (fr) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Dispositif photovoltaïque bifacial de référence |
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Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR2013431 | 2020-12-17 | ||
| FR2013431A FR3118359B1 (fr) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Dispositif photovoltaïque bifacial de référence |
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| FR3118359B1 FR3118359B1 (fr) | 2022-12-23 |
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| FR2013431A Active FR3118359B1 (fr) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Dispositif photovoltaïque bifacial de référence |
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| FR (1) | FR3118359B1 (fr) |
| WO (1) | WO2022128446A1 (fr) |
Citations (1)
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| EP3599718A1 (fr) * | 2018-07-27 | 2020-01-29 | Electricité de France | Caracterisation optique des proprietes de transport electronique d'un module photovoltaique bifacial |
-
2020
- 2020-12-17 FR FR2013431A patent/FR3118359B1/fr active Active
-
2021
- 2021-11-30 WO PCT/EP2021/083559 patent/WO2022128446A1/fr active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3599718A1 (fr) * | 2018-07-27 | 2020-01-29 | Electricité de France | Caracterisation optique des proprietes de transport electronique d'un module photovoltaique bifacial |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HO JIAN WEI ET AL: "Evaluating Performance Loss and Predicting Efficiency Gain of Bifacial Silicon Solar Cells", 2018 IEEE 7TH WORLD CONFERENCE ON PHOTOVOLTAIC ENERGY CONVERSION (WCPEC) (A JOINT CONFERENCE OF 45TH IEEE PVSC, 28TH PVSEC & 34TH EU PVSEC), IEEE, 10 June 2018 (2018-06-10), pages 3484 - 3488, XP033456345, DOI: 10.1109/PVSC.2018.8547708 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3118359B1 (fr) | 2022-12-23 |
| WO2022128446A1 (fr) | 2022-06-23 |
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