Etude expérimentale de linfluence de la température et l
May 15 2019 Le rendement
Etude de linfluence de la température sur les paramètres
Les cellules de silicium amorphe (rendement 5%-8%). 1.3. Module photovoltaïque. Le module photovoltaïque est constitué de cellules associées en
Untitled
ture : le rendement des cellules photovoltaïques a tendance à diminuer à haute de l'influence de la température sur la performance de cellules.
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UTILISATION DES ENERGIES RENOUVELABLES INFLUENCE DE
2.7Évaluation du rendement photovoltaïque avec la température. FIGURE 1.1 STRUCTURE D'UNE CELLULE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE .
Influence des rayonnements solaires sur le rendement des
le rendement des panneaux photovoltaïques de 36 cellules photovoltaïques élémentaires. ... La figure (4) montre l'influence de la température sur la.
Etude de leffet de la température et de léclairement sur les
9-5-1-Types et rendements des cellules photovoltaïques . En effet L'influence de la température est importante puisque les cellules PV sont.
Article 18 S Harouni
qui engendre une chute de la puissance de sortie de la cellule photovoltaïque. Vu l'importance de l'influence de la température sur le rendement de la
Etude du comportement thermique et électrique des cellules
Jun 29 2016 3.2 Influence de l'environnement sur la température de fonctionnement ... fondamentales de rendement des cellules photovoltaïques en ...
Rendement des cellules des modules et du système - univ-tlnfr
– Influence de la température Le réchauffement d'une cellule solaire conduit à une diminution du rendement (environ 05 par degré Celsius) La perte de rendement pour des modules mal ventilés est ainsi de 4 à 6 supérieure à celle des modules munis d'une ventilation en face arrière 1 5 LE MODULE
L’énergie solaire photovoltaïque - IFDD
• Une élévation de la température de jonction des cellules solaires provoque une légère augmentation du courant court-circuit ICC accompagné d’une forte diminution de la tension circuit ouvert V CO et donc un décalage du point de puissance max P max vers les puissances inférieures Ainsi contrairement à ce que l’on peut croire
Thème : Effets de la température sur les paramètres
température sur la caractéristique I (V) de la cellule étudiée en suite nous déterminons les différents paramètres caractéristiques à différentes températures puis nous donnons une description de l’évolution des paramètres caractéristiques en fonction de la température
Quelle est la température d’un module photovoltaïque?
2.2. Température de module photovoltaïque La températureest une grandeur liée à certaines propriétés des corps (volume massique, résistivité électrique, …). Selon les travaux de Skoplaki et Palyvos (2009), la température d’un module photovoltaïque varie en fonction de l’irradiance solaire, de la vitesse des vents, de la
Comment la température affecte-t-elle les paramètres photovoltaïques?
Cette variation peut être liée à la dégradation du module tel que le mentionne Kamkird et al. (2012). Etude de l’influence de la température sur les paramètres photovoltaïques dans les conditions réelles de fonctionnement NEYA Ibrahim Mémoire Génie Electrique et Energétique Promotion 2014-2015 15 4.2.
Quel est le rendement d'une cellule solaire ?
Le réchauffement d'une cellule solaire conduit à une diminution du rendement (environ 0,5% par degré Celsius). La perte de rendement pour des modules mal ventilés est ainsi de 4 à 6% supérieure à celle des modules munis d'une ventilation en face arrière.
Quels sont les facteurs qui influencent la production photovoltaïque?
fixe. Ce résultat peut être lié à des facteurs externes comme la vitesse des vents, la température ambiante, l’air mass, une dégradation accélérée du module ou des défauts de fabrication. Une attention particulière devrait être portée sur l’influence de ces facteurs sur la production photovoltaïque.
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Thèse
Étude du comportement thermique et
électrique des cellules photovoltaïques
en silicium cristallin sous concentrationPrésentée devant
L"institut national des sciences appliquées de LyonPour obtenir
Le grade de docteur
Formation doctorale : Dispositifs de l"Électronique Intégrée École doctorale : Électronique, Électrotechnique, Automatique ParRomain COUDERC
(Ingénieur de l"INSA de Lyon) Soutenue le 29 juin 2015 devant la Commission d"examen Jury MM.Directeur M. AMARAChargé de recherche (CNRS, INSA de Lyon) Rapporteur A. DOLLETDirecteur de recherche (CNRS, PROMES)K. JOULAINProfesseur (Université de Poitiers)
Rapporteur A. KAMINSKI-CACHOPO Professeur (IMEP-LAHC)Directeur M. LEMITIProfesseur (INSA de Lyon)
C. MENEZOProfesseur (Université de Savoie)
Y. VESCHETTIIngénieur de recherche (CEA-INES)
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© [R. Couderc], [2015], INSA de Lyon, tous droits réservésCette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2015ISAL0054/these.pdf
© [R. Couderc], [2015], INSA de Lyon, tous droits réservés INSA Direction de la Recherche - Ecoles Doctorales - Quinquennal 2011-2015 SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE http://www.edchimie-lyon.frM. Jean Marc LANCELIN
Université de Lyon - Collège Doctoral
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43 bd du 11 novembre 1918
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© [R. Couderc], [2015], INSA de Lyon, tous droits réservésRésumé
Le silicium est très utilisé dans la production de cellules photovoltaïques mais très peu pour les applications sous concentration. Il possède pourtant un fort poten-tiel sous concentration grâce à son faible coût et la maturité de sa filière industrielle.
De plus, il est possible d"avoir recours à la cogénération pour augmenter fortement les rendements énergétiques du système. La concentration et la cogénération impliquent un fonctionnement de la cellule à une température plus élevée que les conditions standards de test des cellules pho- tovoltaïques. Cela engendre le besoin de connaître le comportement thermique et électrique de la cellule en fonction de sa température de fonctionnement. La variation de celle-ci, en conditions réelles, est pourtant souvent ignorée. Pour remédier à cette lacune, nous présentons un modèle électro-thermo-radiatif pour les cellulesphotovoltaïquesensiliciumcristallin.Ilréalise lecouplagedel"ensemble des phénomènes physiques prenant place dans une cellule photovoltaïque sous éclaire- ment. Grâce à de nombreuses analyses effectuées dans le cadre des travaux de cette thèse, l"importance du comportement thermique d"une cellule photovoltaïque pour sa conception est mise en évidence. Entre autres, la variation de la température de la cellule avec sa tension que nous avons confirmé expérimentalement grâce à des mesures de température différentes de 2C entre leMppet leVoc.
Un des paramètres majeurs influençant le comportement électrique et thermique d"une cellule photovoltaïque en silicium est la densité de porteurs de charge intrin- sèque du silicium,ni. Le développement du modèle électro-thermo-radiatif nous a amené à proposer une nouvelle expression semi-empirique de sa variation en fonc- tion de la température. En complément de ces avancées théoriques, la réalisation de cellules photovol-taïques à contacts arrière interdigités implantées ioniquement (3IBC) a été menée.
Nous avons diminué le nombre d"étapes nécessaires à sa réalisation et amélioré sa
métallisation grâce à un empilement Si/Ti/Ag permettant d"espérer un gain absolu pour leJscde 0.72mAcm2. Un rendement de 14.6% a été obtenu sous 1soleil avec une cellule 3IBC dont la résistance série est de seulement 0.4Wcm2ce qui confirme le potentiel des cellules 3IBC pour la concentration linéaire. 4Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2015ISAL0054/these.pdf
© [R. Couderc], [2015], INSA de Lyon, tous droits réservésTable des matières
Nomenclature8
1 Introduction générale11
1.1 Pour une énergie abondante à faible coût. . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 La concentration du rayonnement solaire. . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.1 Le rayonnement du corps noir. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.2 La traversée de l"atmosphère. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.3 Les systèmes de concentration de la lumière solaire. . . . . . . 22
1.2.4 L"essor du photovoltaïque concentré. . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.3 Les cellules photovoltaïques en silicium cristallin sous concentration. 28
1.3.1 La pertinence du silicium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.2 Les architectures de cellules photovoltaïques en silicium cris-
tallin pour le CPV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.3.3 Les limites des cellules photovoltaïques en silicium cristallin
pour le CPV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321.4 Problématique de l"échauffement des cellules photovoltaïques. . . . . 34
1.5 Contenu de la thèse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2 Modélisation électro-thermo-radiative d"une cellule photovoltaïque en si-
licium cristallin392.1 Généralités sur la modélisation d"une cellule photovoltaïque. . . . . . 42
2.1.1 Géométrie de la structure simulée. . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.1.2 L"équation de Shockley. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2 Modèle de transport des porteurs de charge. . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.3 Modèle radiatif. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3.1 Une approche phénoménologique. . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3.2 Le rayonnement direct. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3.3 Le rayonnement diffus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.4 Le taux de génération de porteurs de charge. . . . . . . . . . . 54
2.4 Modèle thermique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.1 L"équation de la chaleur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.2 Les mécanismes d"échauffement d"une cellule photovoltaïque. 56
5Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2015ISAL0054/these.pdf
© [R. Couderc], [2015], INSA de Lyon, tous droits réservés2.5 Problématique des propriétés physiques des matériaux constituant la
cellule photovoltaïque. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612.5.1 Indices optiques et coefficients d"absorption. . . . . . . . . . . 61
2.5.2 Durée de vie et mobilité des porteurs de charge. . . . . . . . . 63
2.5.3 Bande interdite du silicium, BGN et densité intrinsèque des
porteurs de charge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662.6 Le principe de superposition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.7 Paramètres de simulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
2.7.1 Maillages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
2.7.2 Convergence en température. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.8 Conclusion du chapitre 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3 Analyses des sources thermiques dans une cellule photovoltaïque en sili-
cium cristallin903.1 Analyse des répartitions spatiale et spectrale des sources thermiques. 93
3.2 Influence de l"environnement sur la température de fonctionnement
d"une cellule photovoltaïque en silicium cristallin. . . . . . . . . . . . 973.3 Impact de la tension et remise en cause du principe de superposition. 100
3.3.1 Quelle relation entre tension et température de fonctionnement?100
3.3.2 Dispositif de mesure de la température de fonctionnement en
fonction de la polarisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043.3.3 Mesures de température en fonction de la polarisation. . . . . 105
3.4 Gestion de la température de fonctionnement de la cellule photovol-
taïque grâce à ses paramètres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1093.4.1 L"épaisseur du substrat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.4.2 Le dopage du substrat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.4.3 L"épaisseur de la couche antireflet de la face avant. . . . . . . . 119
3.5 Étude de la concentration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
3.5.1 Indissociabilité de l"éclairement et de la température de fonc-
tionnement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1253.5.2 Gain de rendement sous concentration et résistance série. . . . 130
3.5.3 Analogie des effets thermiques et des effets résistifs sous con-
centration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1313.6 Conclusion du chapitre 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4 Réalisation de cellules photovoltaïques en silicium cristallin dédiées à la
concentration1334.1 Cellules à contacts arrière interdigités implantées ioniquement. . . . . 135
4.1.1 Avantages des cellules 3IBC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.1.2 Procédé de fabrication. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.1.3 Améliorations du procédé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.2 Amélioration de la métallisation des cellules à contacts arrière inter-
digités. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 6Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2015ISAL0054/these.pdf
© [R. Couderc], [2015], INSA de Lyon, tous droits réservésTABLE DES MATIÈRES
4.2.1 Mesure de la réflectivité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.2.2 Mesure de la résistivité du contact électrique. . . . . . . . . . . 145
4.3 Analyse de la résistance série des cellules IBC pour la concentration. . 148
4.3.1 Modélisation analytique du rendement. . . . . . . . . . . . . . 148
4.3.2 Modélisation du paramètre de recombinaison. . . . . . . . . . 150
4.3.3 Modélisation de la résistance série. . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.3.4 Exploitation du modèle et analyses. . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4.4 Fabrication de cellules photovoltaïques à contacts arrière interdigités
implantées ioniquement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1584.4.1 La protection des surfaces structurées. . . . . . . . . . . . . . . 159
4.4.2 Origine des courts-circuits observés. . . . . . . . . . . . . . . . 160
4.4.3 Caractéristique sous éclairement. . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
4.5 Conclusion du chapitre 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Conclusion générale166
Publications de l'auteur184
7Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2015ISAL0054/these.pdf
© [R. Couderc], [2015], INSA de Lyon, tous droits réservésNomenclature
Acronymes
BGNBandgap Narrowing
EQNCollecteur d"électrons
HQNCollecteur de trous
ZCEZone de charge d"espace
Alphabet grec
aCoefficient d"absorption (m1) bCoefficient de dégradation en température gCoefficient d"illumination solaire gBGNFacteur correctif denidû au BGN
DnDensité de porteurs de charge minoritaire en excès (cm3) hRendement fFlux surfacique hémisphérique total (Wm2) mMobilité des porteurs de charge minoritaires (cm2V1s1) nFréquence d"un photon (Hz) tDurée de vie des porteurs de charge minoritaires (s) qAngle d"incidence de rayonnement solaire par rapport à la normale de la surface avant de la cellule photovoltaïque (°)Alphabet latin
DDiffusivité des porteurs de charge (cm2s1)
EChamp électrique (Vcm1)
E cNiveau d"énergie de la bande de conduction (eV) EFnQuasi niveau de Fermi des électrons (eV)
EFpQuasi niveau de Fermi des trous (eV)
E gBande interdite (eV) E vNiveau d"énergie de la bande de valence (eV) 8Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2015ISAL0054/these.pdf
© [R. Couderc], [2015], INSA de Lyon, tous droits réservésTABLE DES MATIÈRES
Facteur de forme
FF0Pseudo facteur de forme
GTPuissance incidente du rayonnement (Wm2)
gTaux de génération (cm3) HSource thermique totale dans une cellule photovoltaïque hCoefficient d"échange thermique (Wm2K1)JDensité de courant (mAcm2)
J01Paramètre de recombinaison (mAcm2)
JDDensité de courant de recombinaison (mAcm2)
J LDensité de courant extraite d"une cellule photovoltaïque sous illumination (mAcm 2)J scDensité de courant de court-circuit (mAcm2) kCoefficient de Ross (Km2W1) kSiConductivité du silicium
LLuminance (Jm2)
M ppPoint de puissance maximumNNombre de noeuds du maillage
N aDopage du collecteur de trous (cm3) N aConcentration d"accepteurs ionisés (cm3) N dDopage du collecteur d"électrons (cm3) Nquotesdbs_dbs44.pdfusesText_44[PDF] la dianétique la puissance de la pensée sur le corps pdf
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