Caractérisations électrique des modules et technologies étudiées

L’acquisition de la caractéristique IV des modules est réalisée par un traceur de courbe IV automatisé. Une source d’alimentation Kepco paramétrable effectue un balayage en tension, pendant qu’un multimètre Keithley mesure le courant en sortie de module. Un programme d’acquisition permet de piloter l’ensemble et de paramétrer jusqu’à douze voies de mesures. Pour chaque mesure IV , les conditions d’opération (température module, conditions ambiantes, ressource solaire) sont enregistrées. A noter que la température du module est mesurée en face arrière, avec une sonde PT100 fixée au plus près d’une cellule. La fréquence d’acquisition est fixée à 5 minutes, et le temps nécessaire pour chaque balayage est de l’ordre de 3 secondes.

Entre chaque mesure, les modules ne sont pas connectés à une charge et sont donc en circuit-ouvert. Aucune puissance électrique n’est alors dissipée et l’énergie lumineuse incidente est transformée majoritairement en chaleur, une faible partie étant réfléchie. Ainsi, au moment de la mesure de la courbe IV , la cellule se situe à une température plus élevée que si le module était maintenu à son point de puissance maximum, conformément à des condi-tions de fonctionnement normales. Cette différence de température dépendra des condicondi-tions

ambiantes (vent, température) et de la capacité du module à évacuer la chaleur. Différentes études ont reporté des écarts de l’ordre de 10 à 15 °C [65–67], soit une augmentation de l’ordre de 20% de la grandeur T_cell− T_amb. Cet écart va principalement provoquer une diminu-tion de la tension de court-circuit, de l’ordre de 1,6 à 2,4% pour un coefficient thermique de 0,12%/°C , et une augmentation du courant de court-circuit, soit 0,7 à 1% pour un coefficient thermique en courant de 0,07%/°C . L’impact global sur la puissance est donc faible, et de manière plus générale, les études sur la sensibilité spectrale, la température de lentille et la ressource solaire seront considérées applicables à un module en fonctionnement nominal.

Afin d’obtenir une analyse pertinente de la sensibilité des performances aux conditions environnantes, nous avons étudié quatre différentes technologies CPV, toutes de concentration géométrique supérieure à 300. Les cellules utilisées dans ces modules sont des cellules triple-jonctions lattice-matched constituées d’un empilement GaInP/GaInAs/Ge, à l’exception de la technologie dénommée C dans la suite du manuscrit. En effet, pour celle-ci, la jonction bottomen Ge est susbstituée par un matériau III-V d’énergie de gap ≃1 eV. Il n’existe pas de spectro-pyrhéliomètre adapté à cette architecture de cellule, et nous étudierons ce module de la même manière que pour les autres technologies (les jonctions top et middle étant similaires). Par ailleurs, les cellules des différentes technologies proviennent de fabricants différents et leurs caractéristiques varient (en matière de taille, de réponse spectrale, et de métallisation). Pour des raisons de confidentialité nous n’avons pas eu accès à ces caractéristiques, et nous nous en tiendrons à analyser la performance des modules.

Ces modules diffèrent également de par leur architecture optique (type d’optique, facteur de concentration). Le schéma de la figure 2.7 illustre ces architectures. Certains acronymes d’optiques utilisées proviennent de la littérature et nous avons choisi de garder la dénomina-tion anglo-saxonne pour une raison de cohérence avec les études existantes.

Détaillons maintenant ces technologies:

• Technologie A: Le parquet d’optiques primaires est constitué de 42 lentilles de Fres-nel de type SoG, de dimension 17,4x17,4 cm² par lentille. La lumière est d’abord concentrée sur une optique secondaire en verre moulée DTIRC, dont nous avons fait mention dans le chapitre 1. La concentration géométrique finale ainsi atteinte est de 1000 sur une cellule carrée de 5,5 mm de côté. Les 42 cellules sont assemblées en série dans le module.

• Technologie B: L’optique primaire est une lentille carrée de Fresnel de type SoG de 6 cm de côté. En revanche, aucune optique secondaire n’est utilisée pour ce module, ce qui va impacter la tolérance au désalignement. Pour cette raison également, il n’est pas désirable d’atteindre des hauts facteurs de concentration, et la concentration finale géométrique obtenue est d’environ 500 sur une cellule ronde de 3 mm de diamètre. Pour le module testé, deux strings de 49 cellules permettent de convertir l’énergie lumineuse.

• Technologie C: De par la taille des lentilles primaires utilisées de 2x2 cm², l’optique primaire utilisée ne requiert pas de configuration de Fresnel. C’est une lentille plano-convexe de type SoG de petite taille focalisant la lumière sur une optique secondaire. L’absence de motif de Fresnel se justifie par la petite taille de la lentille: l’épaisseur de la lentille est suffisamment faible pour mouler une lentille ’pleine’. Le SOE est une micro-bille sphérique en verre attaché à la cellule. L’architecture électrique est la suivante: 22 strings, constitués de 30 cellules en série, délivrent la puissance électrique. La concentration géométrique atteinte est de 1100 sur une cellule carrée de 0,6 mm de côté.

• Technologie D: Pour cette technologie, du PMMA est moulé pour fabriquer une lentille primaire de Fresnel en forme de dôme, de 20 cm de côté. La lumière est ainsi focalisée sur une optique secondaire réfractive de type RTP. La concentration géométrique est de 820 sur une cellule carrée de 0,7 cm de côté. Le module testé a été spécifiquement conçu pour des études en laboratoires et est constitué d’un seul élément optique-cellule.

Il est important de préciser ici que les modules ont été obtenus au travers de partenariats avec différents fabricants. Le type de module fourni ne correspond pas forcément aux modules commerciaux de ces fabricants: il peut ainsi s’agir de version prototype ou d’essai, qui peut présenter des performances différentes des modules commerciaux. Ainsi cette étude n’a pas pour objet de ’classer’ les différentes technologies, mais plutôt de bien comprendre

les phénomènes responsables de la variation des performances en extérieur en fonction de différentes architectures optiques. Passons maintenant à l’analyse des données en extérieur.