Chapitre 3 : Influence de l’environnement optique du module
3.1. Comportement des paramètres IV en double éclairement
Nous avons utilisé notre protocole de caractérisation en double éclairement au simulateur solaire pour étudier l’évolution des paramètres IV d’un module d’architecture standard Bstand2 (voir annexe A). Nous
avons ici combiné l’utilisation des filtres PASAN (au niveau des lampes) et de nos filtres métalliques pour obtenir plus de points expérimentaux.
La Figure 3.1 montre l’évolution des tensions Voc et Vm ainsi que du FF en fonction du nombre de soleil
total incident sur le module (calculé avec le rapport Isc / Isc-STC). D’une part, on observe que le Voc biface
suit bien la même tendance logarithmique que le Voc monoface (face avant ou face arrière). Les
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donc vérifiées à l’échelle d’un petit module. En effet, le pFF suit aussi la même tendance quel que soit le mode d’éclairement puisqu’il ne dépend que de Voc (relation empirique de Green mentionnée dans
l’article). Il en est de même pour le courant d’obscurité de diode I0 qui ne dépend que de Voc et Isc en
première approximation (voir équations (1.4) et (1.5)). D’autre part, on s’intéresse aux paramètres IV au point de puissance maximale bien qu’ils subissent un biais lié aux effets capacitifs (voir section 2.1.4). On constate que les paramètres Vm et FF suivent bien la même tendance quel que soit le mode
d’éclairement. L’écart entre Voc et Vm grandissant avec l’éclairement (quelle que soit sa valeur réelle
sans les effets capacitifs) peut être attribué aux pertes résistives qui induisent une chute de tension lorsque le courant augmente. Il en résulte une décroissance du FF fortement liée à la décroissance du rapport Vm / Voc et à moindre mesure au rapport Im / Isc.
Figure 3.1 – Evolution des tensions Voc (en haut - courbe de tendance logarithmique
de R² = 0,994) et Vm (en bas) à gauche, ainsi que du FF à droite, en fonction du nombre
de soleil incident sur le module Bstand2 pour les différents modes d’éclairement : face
avant seule, face arrière seule et les deux faces simultanément.
Dans le but d’identifier les différences entre une caractérisation en double éclairement et une caractérisation monoface, le rapport IVbi / (IVfav + IVfar) -1 est évalué pour Isc, Im et Pm (Figure 3.2 à
gauche). Pour le paramètre Isc, le rapport est en moyenne constant (-0,5%) quel que soit le nombre de
soleil incident sur le module. Ce résultat confirme ainsi l’équation (1.14) pour des petits modules (Ohtsuka obtenait en moyenne +0,4% et Ezquer, -1,8% [60], [61]). Les tendances linéaires décroissantes avec l’éclairement observées pour les paramètres Im et Pm suggèrent un lien avec les pertes résistives
mentionnées plus haut. Ces tendances ne semblent pas dues aux effets capacitifs puisque l’on évalue ici un rapport entre paramètres IV, par conséquent les biais se compensent entre 0 et 1 soleil. Il est surprenant d’observer que la tendance linéaire de Pm est positive en dessous de 0,8 soleil (i.e. Pm-bi > Pm- fav + Pm-far). Pour aller plus loin dans la compréhension, la différence Pm-bi – (Pm-fav + Pm-far) est évaluée
en Figure 3.2 à droite. Sur ce graphique nous avons représenté les données mesurées et les données calculées au moyen des équations suivantes :
89 𝑷𝒎= 𝑷𝒎𝑺𝑷− 𝑷𝒎𝑱 (3.1) 𝑷𝒎−𝒃𝒊𝑺𝑷 = 𝑷 𝒎−𝒇𝒂𝒗 𝑺𝑷 + 𝑷 𝒎−𝒇𝒂𝒓 𝑺𝑷 (3.2) 𝑷𝒎𝑱 = 𝑹 · 𝑰𝒎² = 𝝆𝑪𝒖· ( 𝑳𝟏 𝒏𝒃𝒖𝒔𝒃𝒂𝒓· 𝑺𝟏+ 𝑳𝟐 𝑺𝟐) · 𝑰𝒎² (3.3)
Dans l’équation (3.1), le terme PmSP représente la puissance maximale sans pertes résistives liées à
l’interconnexion des cellules et PmJ la puissance dissipée par effet Joule dans la connectique. Cette
relation qui suppose qu’il n’y a pas de pertes résistives liées au « shunt » (courants de fuite par les bords des cellules) peut s’écrire pour les trois modes d’éclairement (biface, face avant seule et face arrière seule). Dans le cas sans perte, on suppose la relation montrée à l’équation (3.2). De plus, pour chaque mode d’éclairement, on peut évaluer PmJ connaissant les caractéristiques de la connectique de notre
module (équation (3.3)). Notre module utilise deux types de rubans de cuivre étamés (Schlenk de section S1 = 0,2 mm x 1,5 mm sur les cellules, et Ulbrich de section S2 = 0,3 mm x 5 mm sur les contours), les
cellules ont trois « busbars », et la longueur totale des rubans est d’environ 1 m (L1 = 0,64 m sur les
cellules et L2 = 0,36 m sur les contours). L’étamage influe peu sur la résistivité électrique du ruban, on
utilise donc celle du cuivre ρCu (17·10-9 Ω.m à 27 °C). Il en résulte une résistance électrique liée aux
rubans de R = 0,016 Ω. De ces trois équations, on en déduit :
𝑷𝒎−𝒃𝒊− (𝑷𝒎−𝒇𝒂𝒗+ 𝑷𝒎−𝒇𝒂𝒓) = 𝑹 · (𝑰𝒎−𝒇𝒂𝒗² + 𝑰𝒎−𝒇𝒂𝒓²−𝑰𝒎−𝒃𝒊² ) (3.4)
Figure 3.2 – Comparaison entre les paramètres IV obtenus expérimentalement sur le module Bstand2 en caractérisation biface et calculés à partir des caractérisations
monofaces : le rapport est évalué pour Isc, Im et Pm (à gauche – courbes de tendance
linéaires), et la différence ainsi qu’un calcul des pertes résistives par l’équation (3.4) est évalué pour Pm (à droite – courbes de tendance polynomiales d’ordre 2).
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Sur la Figure 3.2 à droite, le calcul (équation (3.4)) et la mesure ont des tendances similaires ce qui nous conforte dans l’hypothèse d’une contribution du phénomène résistif. Cependant le calcul ne permet pas d’expliquer la partie positive de la tendance mesurée. Cela n’est pas non plus explicable par les effets capacitifs puisqu’une correction entre 0 et 1 soleil pour retirer leur influence consisterait à appliquer un gain de +0,8% sur les points calculés (le biais moyen observé sur Im étant de -0,4% - voir la Figure 2.7
à droite – et les Im sont au carré) et un gain de +4,2% sur les points mesurés (le biais moyen observé sur
Pm étant de -4%). La courbe calculée serait peu modifiée et toujours dans le négatif, alors que la courbe
mesurée serait encore plus dans le positif. En réalité, on observe Pm-bi > Pm-fav + Pm-far à faible éclairement
à cause du comportement de la tension : Vm-bi > Vm-fav+far. Le calcul n’explique donc pas la tendance
expérimentale dans la mesure où l’égalité supposée à l’équation (3.2) est fausse (de par la tendance logarithmique des tensions en fonction des courants).
On retiendra aussi pour la suite qu’en supposant Pm-bi = Pm-fav + Pm-far dans nos simulations, on sous-
estime au maximum de 0,13 W (ou 4%) la puissance calculée en dessous de 0,8 soleil, et on la surestime de maximum 0,15 W (ou 1%) jusqu’à 1,06 soleil (limite de double éclairement qui ne sera pas dépassée dans nos simulations). L’erreur est donc tout à fait acceptable considérant que l’on néglige les irradiances inférieures à 10 W/m² ce qui correspond à 0,17 W sur le module monoface de référence.