Structure du travail de thèse

Après ce premier chapitre introductif sur la technologie CPV, le rapport de thèse est suivi de quatre chapitres :

• Le chapitre 2 traite du fonctionnement des modules en conditions réelles. Quatre technologies, avec des architectures optiques différentes, seront testées et étudiées. Nous verrons les moyens mis en œuvre pour réaliser cette étude et acquérir les données de mesure nécessaire. A partir de ces données, un travail d’analyse sera réalisé et permettra de corréler l’évolution des paramètres électriques avec les conditions environnementales. Une attention particulière sera portée sur l’impact de la température de la lentille sur les performances des modules.

• Dans le troisième chapitre, nous aborderons l’évaluation des performances de dis-positifs optique-cellule en intérieur. Le développement d’un outil de caractérisation optique et électrique sera détaillé. Cet outil, appelé METHOD, permet de mesurer l’irradiance sur la cellule, et d’étudier ses variations en fonction de la distance fo-cale ou de la température de lentille. La mise en place de tels outils nécessite une bonne compréhension des subtilités liées à la mesure sous lumière pulsée, ainsi qu’une caractérisation approfondie du moyen de mesure. Nous verrons comment l’imagerie du spot lumineux et les mesures électriques permettent d’obtenir des informations clés quant au performances du module dans différentes conditions d’irradiation et de fonctionnement.

• Le quatrième chapitre aura pour sujet l’étude de différentes architectures optique-cellule. A partir des moyens de mesure développés, une analyse approfondie du fonctionnement des différents positifs sera effectuée. Nous nous pencherons ici sur l’analyse des phénomènes de perte dans des conditions d’opération variables et l’accent sera alors mis sur l’importance d’optimiser un module pour des conditions variables de fonctionnement. Les différents dispositifs étudiés seront comparés et nous nous pencherons plus spécifiquement sur la comparaison entre systèmes avec et sans optique secondaire.

• Finalement, les principaux résultats scientifiques de la thèse seront résumés dans le chapitre 5 de conclusion et de futurs axes de recherche seront évoqués. Les publi-cations effectuées dans des journaux, ainsi que les contributions à des conférences internationales, seront présentées en fin de mémoire de thèse.

Étude des performances des modules

CPV en conditions réelles de

fonctionnement

Ce deuxième chapitre est consacré à l’étude des performances électriques et optiques des modules CPV en fonction de paramètres environnementaux variables. Nous verrons tout d’abord en quoi le comportement en extérieur d’un module CPV diffère de celui d’un module à technologie silicium sans concentration, et pourquoi nous observons une plus grande variabilité des performances pour le photovoltaïque à concentration. Ensuite, nous décrirons le banc de mesure et les données pertinentes à mesurer pour analyser le fonctionnement du module en conditions réelles. Quatre technologies équipées de cellules triple-jonctions, mais d’architectures optiques différentes, ont été analysées sur différentes périodes temporelles. Nous montrerons alors l’importance du travail de filtrage des données, via la mise en place d’un logiciel adapté, pour la phase d’analyse des mesures. Les critères de performance des différents modules seront étudiés et comparés sous l’angle de différentes variables, telles que l’ensoleillement, la température de cellule, la composition du spectre solaire, ou encore la température de lentille.

2.1 De la variabilité des performances des modules en

ex-térieur

Comme nous l’avons vu dans le chapitre 1, les caractéristiques électriques d’un module CPV sont affectées par un certain nombre de paramètres environnementaux. Dans le cas du photovoltaïque non concentré utilisant des cellules à simple jonction, les performances

dépendent principalement de l’irradiance et de la température de cellule. Pour le CPV, basé sur des cellules multi-jonctions, d’autres paramètres vont impacter le comportement du module, tels que le spectre, la température de l’optique ou l’angle d’incidence de la lumière, entre autres. Afin d’illustrer cette variabilité, la figure 2.1 représente les rendements d’un module CPV équipé de cellules III-V en conditions réelles mesurés sur un an.

Figure 2.1: Rendement d’un module CPV (échelle colorimétrique) mesuré en extérieur sur un an, en fonction de la température de cellule et du DNI.

Pour chaque couple DNI - température de cellule, nous observons une large dispersion des valeurs de rendement. Cette dispersion est particulièrement visible au centre du nuage de points, sur une zone située entre 750 et 850 W/m², et entre 65 et 75°C. Pour des mêmes conditions, le rendement peut présenter des écarts de 5,5% en valeur absolue, soit une variation relative de l’ordre de 20%. Il est donc clair qu’en ne prenant en compte que la température de cellule et le DNI, on ne peut établir de relation directe entre le rendement et ces conditions ambiantes.

La figure 2.1 est intéressante à un autre égard, alors que les cellules III-V qui équipent ce module ont des rendements mesurés en laboratoire de l’ordre de 40%, le rendement moyen du module en extérieur se situe autour de 25%. Plusieurs sources de pertes provoquent cette diminution entre le rendement de la cellule et le rendement du module. Parmi ces sources de perte, on peut citer la différence entre conditions réelles et conditions de test standardisées en laboratoire, le désalignement du suiveur solaire, l’impact des éléments optiques ou encore les performances de la cellule sous un flux continu non-uniforme. Afin de maximiser la

production d’énergie sur l’année, il est important de comprendre comment ces phénomènes opèrent, dans quelle mesures ils impactent les paramètres électriques et comment les prendre en compte dès la conception du module pour optimiser les performances.