III.2. Présentation de l’environnement expérimental
III.2.2. Présentation de la plateforme de mesures
La plateforme de mesures présentée sur la Figure III-1 est opérationnelle depuis Avril 2012. Elle est constituée de deux modules photovoltaïques, de quatre capteurs de température des modules, d’un thermo-hygromètre, d’un pyranomètre, de résistances shunt, d’une centrale d’acquisition et d’un ordinateur.
La plateforme permet de mesurer les paramètres suivants:
- Le rayonnement global à la surface des modules (E),
- la température ambiante (Tamb),
- l’humidité relative (HR),
- la température des modules (Tmod),
- le courant de court-circuit (Icc),
- la tension en circuit-ouvert (Vco),
67
Figure III- 1. Plateforme de mesures.
III.2.2.1. Les modules photovoltaïques
La plateforme est constituée de deux modules Photovoltaïques identiques (même constructeur, même technologie et caractéristiques techniques identiques). Les modules sont en silicium monocristallin de type verre/cellule/Polymère et d’une puissance crête de 30 Watt. Ils sont installés en champ libre (non intégré au bâti) avec un angle d’inclinaison de 14° par rapport à l’horizontal, une orientation vers le plein sud et à 1,5 mètres du sol. Les spécifications techniques des modules données par le constructeur sont consignées dans le Tableau III-1. Ces modules sont fabriqués par la société Victron Energy et n’ont jamais été exposés au rayonnement solaire avant leur installation dans la plateforme de mesures.
Paramètres Valeurs Unités
Puissance nominale (P0) 30 Watts
Courant de court-circuit (Icc) 2,24 Amps
Tension de circuit-ouvert (Vc0) 22,50 Volts
Résistance série (Rs) 1,74 Ohms Surface des cellules (S) 49 cm2
Nombre de cellules (N) 36 - Facteur de forme (FF) 0,72 -
Tableau III- 1. Spécifications techniques des Modules photovoltaïques.
III.2.2.2. Le capteur d’ensoleillement
La plateforme permet de mesurer l’ensoleillement global qui atteint la surface des modules. Pour cela, un pyranomètre mesurant le rayonnement global de type CM 11 [Zon_06]
68
fabriqué par la société Kipp&Zonen est installé au même niveau que les modules comme le montre la Figure III-1. Il est placé à 1,5 mètre du sol avec la même inclinaison de 14° que les modules. Les caractéristiques du capteur d’ensoleillement sont données dans le Tableau III-2.
Paramètre mesuré
Plage
Précision Résolution Temps de
réponse à 95% de calibrage Coefficient
Temp.
(°C) Long. Onde (nm) Ray.max (Wm-2) Rayonnement
solaire -40 à 90 350 -2800 4000 <2% 0,001Wm
-2 5s 499µV/W.m-2
Tableau III- 2. Caractéristiques techniques du pyranomètre.
III.2.2.3. Les capteurs de température des modules
Les capteurs utilisés pour mesurer la température des modules sont des thermocouples de type K. Deux thermocouples identiques (même constructeur et mêmes caractéristiques) sont placés sur la face arrière de chaque module à des endroits assez éloignés comme le montre la Figure III-2. Les caractéristiques du thermocouple sont données par le Tableau III-3.
Figure III- 2. Thermocouples sur la face arrière du module.
Paramètre mesuré Plage Précision Résolution
Température -40°C à 750°C 1,5°C
(-40°C à 350°C)
0,1°C (-40°C à 200°C) 1°C (Temp.>200°C) Tableau III- 3. Caractéristiques du capteur de température des modules.
III.2.2.4. Le capteur de température et d’humidité
Un capteur Hygro-thermomètre de type HD2101.1 fabriqué par la société DeltaOhm est installé au niveau de la plateforme à cinq centimètres (5 cm) des modules et à la même hauteur (Figure III-1). Il permet de mesurer la température ambiante et l’humidité relative de l’air dans l’environnement des modules photovoltaïques. Le capteur Hygro-thermomètre dispose d’une centrale d’acquisition qui lui permet de collecter et de mémoriser la température et l’humidité pendant une année complète en raison d’un pas de mesure d’une minute. Les caractéristiques techniques sont données au Tableau III-4 [Reg_12].
69
Paramètres mesurés Plage Précision Résolution
Humidité relative 0 à 100% 0,1% 0,1%
Température -20°C à 6500C 0,1°C 0,1°C
Tableau III- 4. Caractéristiques du capteur du thermo-hygromètre.
III.2.2.5. Le système d’acquisition
La collecte et le stockage des mesures effectuées (températures, humidités, courants et tensions) par la plateforme sont effectués par une centrale d’acquisition de type Agilent 34970A (Figure III-1) dont les spécifications sont données au Tableau III-5.
Paramètres mesurés Plage de tension Plage de courant Bande de fréquence
Tension 0 - 300V - 3Hz – 300kHz
Courant - 0 - 1A 3Hz – 5kHz
Tableau III- 5. Spécifications techniques de la centrale d’acquisition.
La centrale d’acquisition est pilotée par le logiciel Agilent Benchlink Data Logger [Agi_03]. Il permet de spécifier les voies, le pas de mesure et le pas d’acquisition. Un ordinateur, sur lequel est installé le logiciel Benchlink Agilent Data Logger, est relié à la centrale d’acquisition pour permettre la collecte, le stockage et le traitement des données mesurées par la plateforme. Les caractéristiques de l’ordinateur utilisé sont les suivantes :
- Processeur Pentium Dual-Core de 2,6 GHz sur 32 bit,
- 2 Go de RAM,
- 50 Go de Disque dur.
- Système d’exploitation XP.
Les mesures des paramètres (ensoleillement, température ambiante, température des modules, humidité relative, courant de court-circuit et tension en circuit ouvert) sont effectuées toutes les minutes de manière continue.
III.2.2.6. Principe de mesure des caractéristiques électriques des modules PV
Les paramètres mesurés sur les modules sont le courant de court-circuit, la tension en circuit-ouvert et la température du module. La Figure III-3 donne le schéma électrique relatif à la mesure des caractéristiques électriques des modules et de leur température.
70
Figure III- 3. Schéma électrique de la plateforme.
Le Tableau III-6 donne la fonction et les spécifications des principaux composants du schéma électrique de la plateforme.
Composants Type Fonction Spécifications
Module 1 (A1) Silicium
monocristallin Module photovoltaïque cible 30Wc/12V
Module 2 (B1) Silicium
monocristallin Module photovoltaïque référence 30Wc/12V
Module
Agilent 34970A Acquisition des mesures (E, TPmax) mod, Icc, Vco, 10 voies
D1 Diode
anti-retour -- Protection du module 1 Evite que le module 2 ne débite dans le module 1
P600A
Courant de
saturation < 25µA
D2 Diode
anti-retour -- Protection du module 2 Evite que le module 1 ne débite dans le module 2
idem
Shunt 1 Résistance Mesure le courant de court-circuit du module 1 DC50A/75mV
Coefficient.. Précision 0,05%
Shunt 2 Résistance Mesure le courant de court-circuit du module 1 idem
Thermocouples
1,2 K Mesurent la température du module 1 Températures de surface
Thermocouples
3,4 K Mesurent la température du module 2 Températures de surface
K1_PV Interrupteur Isole ou connecte les modules au module Agilent -
Tableau III- 6. Descriptif des composants de la plateforme.
Cette plateforme permet non seulement d’acquérir les mesures en temps réel de les afficher sur l’écran de l’ordinateur mais aussi de les enregistrer afin de constituer une base de données pour les traitements ultérieurs.
71
Le module 2 (B1) est pris comme référence afin de s’assurer que les mesures effectuées sur le module 1 (A1), cible de notre étude, sont bien cohérentes durant toute la campagne de mesure. Ainsi, il est nécessaire que les mêmes mesures sur les deux modules soient effectuées simultanément. L’interrupteur K1_PV permet de connecter simultanément les deux modules à la plateforme.
Le courant de court-circuit des modules est mesuré à partir de la chute de tension aux bornes des résistances shunts 1 et 2. Le coefficient de calibration des résistances shunts est de 1,25. L’interrupteur K2 doit être fermé pour mettre les modules en court-circuit. La commutation de l’interrupteur K2 est gérée par le Module Agilent (Figure III-3).
La tension en circuit-ouvert des modules est mesurée directement par la centrale d’acquisition lorsque l’interrupteur K2 est en position ouverte toujours piloté par le Module Agilent.
La mesure du courant de court-circuit et celle de la tension en circuit-ouvert sont réalisées toutes les minutes avec un décalage dix secondes.
La puissance maximale correspondante à chaque instant de mesure est déduite à partir des mesures du courant de court-circuit, de la tension en circuit-ouvert et du facteur de forme déjà connu à partir des caractéristiques techniques données par le constructeur. Cette méthode de détermination de la puissance maximale du module a été présentée à la section I.4.2.4 du chapitre I. Le schéma de la Figure III-4 synthétise l’agencement les différentes étapes de mesure des caractéristiques électriques des modules.
72