Cycle Thermique (TC) et injection de courant

Contrairement aux essais DH et HF, le TC nécessite l’injection d’un courant dans l’assemblage CPV lorsque la température de la cellule est supérieure à 25˚C ; et ceci afin de représenter le courant photo-généré dans les conditions nominales. Afin de s’assurer du bon dimensionnement des contacts électriques (bondings, câbles, etc.), la norme IEC 62108 précise une injection de 1,25 fois le courant de court-circuit du module (ISC) mesuré dans les conditions nominales.

III.4.3.1 Valeur du courant injecté

Comme les essais de vieillissement accéléré ont été conçus avant la finalisation de module CPV complet, la valeur du courant à injecter a dû être déterminée sans avoir de retour d’expérience pro-bant sur le terrain. Nous nous sommes alors basés sur la fiche technique des cellules triples-jonctions Emcore qui précise un courant de court-circuit de 13,5A sous une irradiance de 100W/cm2au niveau de la cellule (soit une concentration de 1000 soleils à 1000W/m2par soleil, sans pertes dans la chaine optique).

Bien que les modules soient dimensionnés pour atteindre une telle irradiance (lentille de Fresnel 32*32cm²et cellule 1*1cm²), les différentes pertes optiques entrainent une concentration effective in-férieure. Celle-ci a été estimée autour de 800 soleils, sur les cellules, par des simulations conduites au LTS. Ajoutons à cela que les systèmes CPV, quels qu’ils soient, ont pour finalité d’être installés sur des sites où l’irradiance directe (DNI) est importante. Le marché visé par les entreprises européennes serait la ceinture méditerranéenne avec par exemple l’Afrique du Nord, le sud de l’Espagne ou encore les déserts d’Amérique du Nord.

L’irradiance directe dans ces zones géographiques peut atteindre 1100W/m2. Ce qui conduit à une irradiance au niveau de la cellule estimée à 88W/cm2. En utilisant la loi de linéarité entre le courant de court-circuit et l’irradiance, un ISCde 11,9A est obtenu. Nous obtenons ainsi une valeur de courant à injecter lors de l’essai de TC de 1,25×11,9≈15A.

Les modules en cours de développement atteignent aujourd’hui des courants de courts-circuits de 12A sous des latitudes à faible DNI (Chambéry, France) notamment grâce au progrès effectués sur les optiques.

III.4.3.2 Banc d’injection de courant (BIC) pour l’essai de TC

La norme IEC 62108 précise une injection de courant lorsque ✓la température de la cellule est supérieure à 25˚C✔. Nous n’entrerons pas dans les difficultés techniques introduites par cette phrase. Les organismes de certification n’ont généralement pas le droit d’introduire des capteurs au sein du module pour accéder aux cellules, tant pour des raisons de secret industriel que le risque d’introduire des points faibles non-imputables au design du module. Ce problème ne nous concerne cependant pas dans la mesure où nous travaillons sur des assemblages nus, rendant facile l’accès à la cellule.

La conduite d’essais de TC ne peut donc se faire qu’avec un système actif d’injection de courant, asservi par la température de la cellule, et dont le développement, détaillé dans la suite de ce para-graphe, a constitué un travail à part entière.

FIGUREIII.13 – Banc d’injection de courant pour l’essai de Cycle Thermique.

Le développement d’un banc d’injection de courant (BIC) a débuté au LCTA et s’est concrétisé pour les besoins des travaux de thèse. Il a été réalisé en partenariat avec la société Solutest, experte en bancs de mesures automatiques. La contribution de l’auteur sur le déboguage par le retour d’expérience a permis d’aboutir à un système fonctionnel. La figure III.13 montre une photographie du BIC ainsi que son schéma de principe.

Le BIC se compose de trois éléments principaux que sont l’alimentation, les boitiers d’acquisition NI-DAQ et le contrôle. L’alimentation est pilotée par le contrôle, elle est asservie sur un thermocouple qui mesure en permanence la température de la cellule. Lorsque celle-ci est supérieure à 25˚C, l’alimen-tation est déclenchée et l’injection de courant débute. La durée des cycles en courant est réglable dans le logiciel de contrôle, basé sur LabVIEW, et se doit de respecter les conditions décrites dans le premier

chapitre. Dès que la température de la cellule passe en dessous de 25˚C, l’alimentation est coupée et la température de l’assemblage est déterminée par la température de consigne de l’enceinte climatique (non représentée sur la figure III.13). Le boitier NI-DAQ # 1 transfère les mesures du thermocouple de référence au contrôle qui transmet les ordres de commutations à l’alimentation, formant ainsi la boucle de rétroaction.

Le boitier NI-DAQ # 2 peut mesurer jusqu’à 15 thermocouples d’ambiance qui peuvent être placés sur d’autres assemblages ou en différents points de la chambre climatique. Il permet donc la mesure de l’environnent et n’a aucune interaction avec la boucle de rétroaction.

FIGUREIII.14 – Version finale de l’interface homme-machine du BIC.

La figure III.14 présente l’interface de contrôle. Elle comprend une fenêtre d’affichage des mesures des thermocouples d’ambiance et de référence en temps réel. Les paramètres de l’essai sont réglables dans la section✓paramètres de test✔.t1ett3sont respectivement les temps des rampes ascendantes et descendantes lors des cycles de courant. Une commutation directe de 0A à 15A peut entraîner un dépassement de consigne de quelques ampères pendant un temps très bref, susceptible de détruire les cellules (phenomène d’overshoot). En jouant sur les tempst1ett3, le courant injecté atteint sa valeur de consigne progressivement. Ce temps de montée (et de descente) en courant est réglé par défaut à 5 secondes.

Les tempst2ett4sont respectivement le temps de maintien au courant de consigne et le temps de coupure de l’alimentation durent les cycles de courant. A raison de 10 cycles de courant pour un cycle de température de 80 minutes, les tempst2ett4seront égaux et fixés à 240 secondes.

Le paramètreDeltadétermine le temps entre chaque boucle de mesure. Une boucle se décompose par la mesure de la température du thermocouple de référence, des thermocouples d’ambiance, de la tension appliquée par l’alimentation et du courant injecté. Plus le nombre de thermocouples d’ambiance est important, plusDeltadevra être grand.

quel modèle d’enceinte climatique. Dans sa configuration matérielle, le BIC peut permettre la conduite d’essais de TC sur 25 assemblages connectés en série.

Nous avons vu les différents types d’assemblages CPV, de l’état de l’art avec l’assemblage DBC à un design innovant avec l’assemblage SMI. La mesure des spécifications environnementales a permis de définir les options des essais de qualification. Nous allons maintenant voir les protocoles d’essais de vieillissement accéléré mis en place pour étudier la fiabilité des assemblages DBC et SMI.