Dispositif expérimental de double éclairement

L’adaptation au niveau du module des dispositifs de double éclairement utilisés pour caractériser des cellules bifaces (voir section 1.2.2.2) est la suite logique pour étudier expérimentalement des modules bifaces. La Figure 1.2 représente le dispositif expérimental pour petits modules et le modèle optique de notre simulateur solaire. Le module 2 x 2 cellules est positionné entre deux miroirs avec un angle ajustable, tandis que l’utilisation de filtres permet d’atténuer le rayonnement sur la face arrière pour simuler diverses conditions d’albédo. Avec un tel dispositif, seules les conditions d’éclairement en intensité sont reproduites en face arrière, la répartition angulaire (rayonnement diffus) et les non-

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uniformités ne sont pas prises en compte. Le simulateur solaire utilisé est un PASAN de classe A par rapport à la norme IEC 60904-9 [63]. Cela signifie une non-uniformité d’éclairement (calculée avec l’équation (1.21)) inférieure à 2% et une différence spectrale avec AM1.5G inférieure à ±25% pour chaque bande de 100 nm entre 400 nm et 1100 nm. En pratique une non-uniformité de 0,33% et une différence spectrale inférieure à ±12,5% ont été mesurées pour notre simulateur solaire, il est donc classé A+ par le TÜV (un laboratoire de test des standards PV).

Figure 2.1 – Modèle optique de notre simulateur solaire PASAN (en haut à gauche) avec la partie source et masques (photographie en bas à gauche), et la partie dispositif de caractérisation en double éclairement (photographies à droite).

Dans un premier temps, l’angle ψ entre le module et les miroirs (voir Figure 2.1 en bas à droite) doit être optimisé pour que le rayonnement incident sur les deux faces du module soit similaire au cas d’une mesure standard en termes d’intensité, d’uniformité et d’angle d’incidence du rayonnement. Seuls les paramètres opto-géométriques du simulateur solaire sont modélisés : les quatre tubes flashs émettent de manière isotrope dans le demi-espace, les trois masques assurent une divergence des rayons inférieure à ±15° sur une surface de 3 m x 3 m au bout du tunnel, et les parois internes de ce dernier ont les propriétés réflectives d’une peinture noire typique (voir annexe D). Notre dispositif est modélisé par

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deux miroirs parfaitement spéculaires de taille 36 cm x 60 cm, un module PV totalement absorbant de taille 36 cm x 36 cm, et un espace e = 7,5 cm entre les extrémités de ces derniers. Chaque face du module est divisée en quatre pixels (irradiance constante sur un pixel associé à une cellule), de là on détermine l’irradiance minimum, maximum et moyenne sur les quatre pixels d’une face en variant l’angle ψ entre le module et un des deux miroirs. La Figure 2.2 à gauche montre la non-uniformité d’éclairement NUmiroir

et l’irradiance moyenne incidente normalisée par rapport au cas standard pour une face du module. En caractérisation standard, le modèle nous donne NUstandard = 2,7%. L’angle ψ = 44,1° ± 0,1° est un bon

compromis pour avoir une irradiance moyenne et une uniformité meilleures que dans une caractérisation standard, ainsi que des angles d’incidence de 0° en moyenne par rapport à la normale au module comme montré sur la Figure 2.2 à droite. A cet angle ψ, les valeurs numériques montrent que 95,1% de l’irradiance totale sur une face du module est incidente avec des angles inférieurs à 5°, tout comme pour le cas standard (95,0%).

Figure 2.2 – (gauche) Non-uniformité d’éclairement (en bleu) et irradiance comparée à une configuration standard (en rouge) en fonction de l’angle ψ entre le module et un des deux miroirs. (droite) Répartition du flux incident sur la face avant du module pour un angle optimal de ψ = 44,1° (les sections 4.3.1 et 5.2.2 permettront de comprendre ce type de graphique plus en détail) : la majorité du flux atteint la face avant avec des angles d’incidence par rapport à la normale inférieurs à 3° (échelle zoomée de 8° sur le diagramme) pour tous les azimuts (de 0° à 360°).

Contrairement aux conditions simulées, notre dispositif a des imperfections mécaniques (plans des réflecteurs et du module non parfaitement verticaux), son orientation vis-à-vis de la source du simulateur solaire est réglée visuellement et les deux miroirs ne sont pas parfaitement spéculaires ni totalement identiques (bien que découpés dans la même plaque et dans la même direction). Nous avons donc testé l’influence du positionnement des deux miroirs dans le dispositif sur le ratio biface en courant (rapport entre Isc-far et Isc-fav). Pour cela, nous utilisons un module de ratio biface 0,999 calculé avec des mesures

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ratios bifaces calculés avec des mesures faites avec notre dispositif pour les huit configurations possibles de disposition des miroirs (deux sens et deux positions possibles pour chaque miroir) s’étalent de 0,982 à 1,042. La configuration choisie est celle pour laquelle le ratio biface est le plus proche du ratio réel (0,998).

Les caractérisations en double éclairement et standard diffèrent au niveau spectral. Les miroirs choisis sont en aluminium (Alanod MIRO® _{4200GP), et leurs propriétés spectrales sont montrées en annexe C}

(Rspéculaire ~ 90% et pic d’absorption situé vers 800 nm). La Figure 2.3 montre le résultat d’une

caractérisation spectrale de chaque face d’un module dans le cas standard et avec notre dispositif. On observe un EQE plus faible particulièrement dans la zone spectrale d’absorption du miroir. En effet une telle mesure nous donne la réponse spectrale qλ/(hc)·EQEmod de l’équation (1.10) pour chaque filtre

spectral (de 400 nm à 1100 nm tous les 50 nm). Or la caractérisation spectrale au simulateur solaire est calibrée avec une cellule de référence pour un éclairement de spectre standard AM1.5G. Par conséquent l’EQE mesuré avec notre dispositif n’est autre que le produit Rmiroir·EQEmod.

Figure 2.3 – EQE pour chaque face du module dans le cas d’une caractérisation standard, ainsi qu’avec notre dispositif.

Enfin, les filtres utilisés sont réalisés avec trois grilles métalliques de différentes tailles de maillon. La première grille permet d’atténuer la lumière d’environ 22%, la deuxième d’environ 53%, et la troisième combinée avec les deux premières d’environ 77%. Il ne s’agit pas de filtres optiques réalisés avec un matériau transparent, par conséquent nous supposerons que notre moyen de filtrage ne modifie pas le spectre du rayonnement incident.

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