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EP2898336A1 - Procede de caracterisation d'un element photovoltaique, dispositif de caracterisation de l'element photovoltaique, programme et support d'enregistrement associes - Google Patents

Procede de caracterisation d'un element photovoltaique, dispositif de caracterisation de l'element photovoltaique, programme et support d'enregistrement associes

Info

Publication number
EP2898336A1
EP2898336A1 EP13763037.2A EP13763037A EP2898336A1 EP 2898336 A1 EP2898336 A1 EP 2898336A1 EP 13763037 A EP13763037 A EP 13763037A EP 2898336 A1 EP2898336 A1 EP 2898336A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
study
light source
initialization
photovoltaic element
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13763037.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Henri Zara
Jens Merten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2898336A1 publication Critical patent/EP2898336A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to the field of photovoltaic energy.
  • the invention more particularly relates to a method of characterizing a photovoltaic element for its study.
  • a photovoltaic panel can be characterized under variable lighting (VIM for "Variable Illumination Method”).
  • VIM variable Lighting
  • the proposed VIM analysis makes it possible to define the parameters of the electrical model of the photovoltaic panel. This analysis requires a large number of "current / voltage” measurements on a large lighting dynamic.
  • photovoltaic panels are characterized under natural lighting outdoors for several days or even months. These measurement campaigns are therefore long but necessary to obtain a large number of operating points over a range of sunshine and temperature.
  • LED lighting benches that can "flash” the panels during production, but these devices do not allow a VIM analysis.
  • the object of the present invention is to propose a solution that overcomes the disadvantages listed above.
  • a method for characterizing a photovoltaic element comprising a phase of studying a behavior of the photovoltaic element in response to the application of a light beam coming from a photovoltaic element.
  • light source for example an array of light-emitting diodes, at a study emission power
  • said study phase comprising a step of measuring at least one electrical parameter representative of the operation of the photovoltaic element
  • said method comprising in addition, an initialization phase, carried out before the study phase, comprising a step of adjusting an operating temperature of the light source as a function of the study emission power.
  • the adjustment step comprises a step in which the light source is traversed by an electric current that is a function of the study emission power, said study phase being triggered when said operating temperature is stabilized.
  • the adjustment step comprises a step in which the light source is traversed during an initialization period by an electric current of intensity according to an initial transmission power different from the study emission power.
  • the initialization time is a function of a value representative of a current temperature of the light source prior to the initiation of the initialization phase, and of a value representative of a desired temperature of the light source associated with the light source. the study emission power of the study phase.
  • the method comprises at least two successive study phases associated with different study emission powers, each study phase being preceded by an associated initialization phase.
  • the study phase includes a step of homogenizing the illumination received by at least a portion of the photovoltaic element.
  • the step of homogenizing the illumination can be implemented by means of a reflection element and / or a controlling the operation of light-emitting diodes of the light source.
  • the electrical parameter measured during the measurement step is the voltage and / or the current derived from the photovoltaic element.
  • the invention also relates to a device for characterizing a photovoltaic element comprising: a light source; an element for studying the behavior of the photovoltaic element in response to the application of a light beam coming from the light source and having a study emission power, said study element being provided with at least a system for measuring an electrical parameter derived from the photovoltaic element; and an initialization component configured to adjust an operating temperature of the light source according to the study transmit power.
  • the device may comprise a calculation unit interfaced with the initialization component and the study element, said calculation unit being configured to perform the method as described.
  • the device comprises a reflection element comprising a conduit provided with two ends, the light source being disposed at one end of the conduit so that the light beam is directed in the conduit towards the other end of the conduit.
  • conduit comprising a surface capable of being brought into contact on an active face of the photovoltaic element, an inner surface of the conduit being at least partially formed by a mirror.
  • the inside of the duct may be delimited by a cylinder in particular of square or rectangular section.
  • the light source may comprise a matrix of light-emitting diodes.
  • the light emitting diodes of the matrix of diodes being arranged in the form of a square or a rectangle, the distance separating the two ends of the duct is substantially equal to the distance of the longer side of the matrix of diodes.
  • the matrix of diodes can be divided into a plurality of groups each comprising at least one diode, the transmission powers of the groups being controlled independently of one group to another.
  • the invention also relates to a data storage medium readable by a computer, on which is recorded a computer program comprising computer program code means for implementing the phases and / or steps of a method such as as described.
  • the invention also relates to a computer program comprising computer program code means adapted to the realization of the phases and / or steps of a method as described, when the program is executed by a computer.
  • FIG. 1 represents a diagram of a method for characterizing a photovoltaic element
  • FIG. 2 illustrates an equivalent electrical model of the thermal behavior of a light source as used for example in the method
  • FIG. 3 illustrates two respectively representative graphs of evolution of the temperature and of the current crossing the light source in time for the same characterization period, these two graphs being representative of what happens without the implementation of the method of the figure 1 ,
  • FIGS. 4 and 5 each illustrate two graphs respectively representative of the evolution of the temperature of the light source and the intensity of the current flowing through the light source over time for the same characterization period, these two graphs being representative of what happens with the implementation of the process of Figure 1,
  • FIG. 6 schematically illustrates an implementation of a characterization device
  • FIG. 7 illustrates an embodiment of the characterization device
  • FIG. 8 illustrates a view along the sectional plane A of FIG. 7,
  • FIG. 9 illustrates the distribution of the light irradiation on the surface of a photovoltaic element without the implementation of the improvement of FIG. 7,
  • FIG. 10 illustrates the distribution of the light irradiation on the surface of a photovoltaic element with the implementation of the improvement of FIG. 7 Description of preferred modes of the invention
  • the method and the device described below differ from the prior art in particular in that a study phase is performed so as to overcome the thermal variations of the light source.
  • This can be implemented by providing an initialization step for adjusting the operating temperature of the light source as a function of a study emission power of said light source provided during the study phase. .
  • the power can be measured in W / m 2 .
  • the light source can be traversed by an electric current of fixed intensity. This electric current will be associated with a reference temperature and a reference transmission power.
  • the temperature and the power of emission can vary until converging towards stabilized values after a certain time, the power of emission being a function of the temperature and the current.
  • the intensity of the light beam is substantially proportional to the intensity of the electric current flowing through the light source when the temperature is stabilized.
  • the intensity of the current passing through the diodes can thus be referred to as an image of the illumination produced, when the stabilization is reached.
  • photovoltaic element means either a photovoltaic panel as a whole comprising a plurality of elementary photovoltaic cells, or a single elementary photovoltaic cell, or several elementary photovoltaic cells for example partially constituting a photovoltaic panel.
  • the method of characterizing a photovoltaic element comprises a study phase E1 of a behavior of the photovoltaic element in response to the application of a light beam coming from a light source (for example a matrix of light-emitting diodes) at a study emission power.
  • This study phase E1 comprises a step E1 -1 measuring at least one electrical parameter representative of the operation of the photovoltaic element.
  • This electrical parameter measured during the measurement step may be the voltage and / or the current derived from the photovoltaic element.
  • graphs (or reference tables) of the measured magnitude (s) can be realized in a step E1 -2, these graphs permitting the interpretation of the operation of the photovoltaic element.
  • the measured parameter (s) (voltage and / or current) are at regular intervals so as to determine the behavior of the photovoltaic element throughout. said study phase.
  • the method comprises an initialization phase E2, carried out before the study phase E1.
  • This initialization phase E2 comprises an adjustment step E2-1 of an operating temperature of the light source as a function of the study transmission power.
  • the light source is shaped so as to reproduce natural lighting conditions by using artificial lighting, in particular produced by light-emitting diodes, in particular of power.
  • the advantage provided by power LEDs lies in the control capabilities of the light source thus formed in terms of the dynamics of the transmission power (greater than 10 E 6W / m 2 ) and the precise control of the transmission time. lighting.
  • the utility of the initialization phase E2 is to limit the variations in operation of the light source due to a drift of the operating temperature during the study phase.
  • a light source formed by a matrix of light-emitting diodes mounted on a dissipator can be modeled according to a particular thermal model of which an equivalent electrical model is illustrated in FIG. 2 where there is current flowing through the model, R1 the electrical resistance of the model (1000 ⁇ in the example), C1 representing the capacity of the model (0.8m in the example) and V the voltage associated with said model.
  • the entire array of diodes can be considered as a single source of heat contiguous to a sink.
  • a discretization of each diode would refine the model, but will not be described here.
  • the thermal model gives a power P watt, a thermal resistance Rth in K / W, a heat capacity Cth in J / K, and a temperature T.
  • the thermal resistance considered Rth can connect a hot spot corresponding to the electronic junction of the diodes at room temperature, and it represents the resistance equivalent to the different thermal resistances that exist between the different junctions.
  • the thermal resistance Rth of the thermal model of the light source can correspond to the thermal resistance between the junction of the diode matrix diodes and the ambient air
  • the thermal capacity Cth of the thermal model of the light source can correspond to the heat capacity of the diode matrix.
  • FIG. 3 associates a representative graph of the evolution of the current passing through the light source (current 11 of the model) as a function of time for different phases of successive studies P1 to P5, to a graph of the evolution of the temperature (voltage V1 of the model) as a function of time.
  • the study phases P1 to P5 are each associated with a different study transmission power, increasing from one phase to another over time. It is clearly seen in FIG. 3 that the different phases of studies P1 to P5 are carried out directly one after the other, and that during the transition from one study phase to another, the temperature is not yet stabilized. , which leads to errors in the characterization of the associated photovoltaic panel.
  • the adjustment step E2-1 comprises a step in which the light source is traversed by an electric current that is a function of the desired study emission power.
  • the light source is crossed by the electric current associated with the power of study emission and the study phase E1 is triggered when said operating temperature is stabilized.
  • the operating temperature is considered as stabilized when at least one of the following parameters is verified:
  • the operating temperature remains constant, or varies in a range of plus or minus 1 ° C, during a predetermined period, for example a predetermined period of 5 seconds,
  • a predetermined period of time for example from 10 minutes to 30 minutes, has elapsed since the illumination of the light source.
  • the adjustment step E2-1 comprises a step E2-1 -1 in which the light source is traversed during a duration of initialization by an electric current of intensity depending on a power of initialization issue different from the desired study emission power thereafter.
  • the transmission power varies so as to tend towards the initialization transmission power.
  • this adjustment step there is momentarily going (during an initialisation period) to control an electric current of intensity greater or less than that of the electric current which will be used in the study phase so as to to increase or decrease the temperature of the LEDs more quickly.
  • the temperature of the light source is adjusted before the study phase, in particular by a control of the electric current having an intensity which is a function of the study emission power.
  • the initialization time makes it possible, among other things, to obtain a constant temperature of the light source during a study phase.
  • it can be measured closer to the light source, for example at different points of the diode matrix to verify homogeneity.
  • the initialization duration may advantageously be a function (ie for example calculated from) of a value representative of a current temperature of the light source prior to the initiation of the initialization phase.
  • E2 a value representative of a desired temperature (the temperature representative of that stabilized for a given study phase) of the source associated with the study emission power of the E1 study phase.
  • the initialization transmit power takes, for example, the maximum value of the possible transmit power for the light source.
  • the initialization time t is calculated according to the
  • the method may comprise at least two successive study phases E1 associated with different study transmission powers, each study phase E1 being preceded by an associated initialization phase E2.
  • each study phase may be associated with a level of electrical current flowing through the light source representative of the desired study emission power.
  • FIGS. 4 and 5 are each associated with two graphs respectively giving the evolution of the intensity of the current flowing through the light source as a function of time, and a temperature evolution curve (the voltage in FIGS. 5 represents the voltage V1 of the model, that is to say an image of the temperature of the light source) of the light source as a function of time.
  • Figure 4 comprises five test levels P1 to P5.
  • Each of the five test levels P1 to P5 is associated with an initialization phase preceding it, the initialization phases being represented from Init1 to Init5.
  • the duration between each representative stage of a study phase is determined using equation (1) because the bearings are upright (increasing current intensity levels in the example), in this case the current associated with the initialization transmit power is equal to 10mA.
  • FIG. 5 illustrates the same principle with downward bearings P1 to P5 (decreasing current intensity levels in the example), equation (2) applies to determine the duration of the initialization phases Init2 to Init5.
  • the first phase of study P1 is associated with an initialization phase Initl duration corresponding to the time required to achieve stabilization of the temperature of said light source (typically between 30s and 5min).
  • the intensity of the current flowing through the light source is advantageously zero, or small relative to the current associated with the transmission power of corresponding study.
  • the study phase E1 comprises a step E1 -3 homogenization of the illumination received by at least a portion of the photovoltaic element.
  • This homogenization step makes it possible to ensure that the illumination coming from the light source is the closest to natural lighting, that is to say, homogeneous on the surface of an active face of the photovoltaic element. .
  • active face is meant the face of a photovoltaic element intended to be oriented towards the sun to receive photons.
  • This step of homogenization E1 -3 of the lighting can be implemented by means of a reflection element and / or a control of the operation of light emitting diodes of the light source.
  • the light source is preferably a matrix of light-emitting diodes divided into a plurality of groups each comprising at least one diode, the illumination intensities of the groups being controlled independently of one group to another .
  • the control can be performed from an electronic preset of the diodes of the matrix of diodes.
  • the method as described above can be implemented by a device for specific characterization of a photovoltaic element.
  • such a characterization device 1 may comprise a light source 2, a study element 3 of the behavior of the photovoltaic element 4 in response to the application of a light beam coming from the light source 2 and having a study transmit power.
  • Said study element 3 is provided with at least one system for measuring an electrical parameter I, V coming from the photovoltaic element 4.
  • the device furthermore comprises an initialization component 5 configured to adjust an operating temperature. the light source 2 according to the study emission power.
  • a computing unit 6 of the device 1 can be interfaced with the initialization component 5 and the study element 3, said computing unit 6 being configured to carry out the method as described above.
  • the device 1 may, according to an implementation, comprise a reflection element 7 comprising a conduit 8 provided with two ends 8a, 8b.
  • the light source 2 is disposed at one of the ends 8a of the conduit 8 so that the light beam is directed (Arrow F1) in the conduit 8 to the other end 8b of the conduit 8.
  • Said other end 8b includes a scope 8c adapted to be brought into contact on an active face 4a of the photovoltaic element 4.
  • An inner surface 8d of the conduit 8 is at least partially formed by a mirror.
  • the entire inner surface of the duct 8 forms a mirror, or is formed by an arrangement of a plurality of mirrors.
  • the entire inner surface 8d of the duct 8 can reflect the light waves emitted by the light source 2.
  • the mirror makes it possible to homogenize the illumination at the level of the photovoltaic element 4, thus partially or totally realizing the step of homogenizing the process.
  • FIG. 7 the interior of the duct 8 is delimited by a cylinder, in particular of square or rectangular section.
  • FIG. 8 represents a view along a sectional plane shown in dashed lines in FIG. 7, substantially perpendicular to the longitudinal axis of the duct 8 and oriented along A.
  • the light source 2 comprises a plurality of points 2a capable of to emit light
  • the conduit 8 surrounds the plurality of light spots at a support member 9 carrying said light spots.
  • Figures 9 and 10 illustrate the advantage of using reflection. These two figures 9 and 10 highlight the role of the mirrors which have the effect of homogenizing the illumination on the whole field, even if the predominant effect is on the edges.
  • FIGS. 9 and 10 show, from the left to the right of the associated figure, a scale representative of the light power in normalized scale, a mapping of the power actually reached in a study plane coinciding with the end 8b of the conduit 8 opposite the light source 2 formed by the matrix of diodes, and a graph representing the illumination profiles of the mapping along a vertical axis and a horizontal axis both passing through the center of the map.
  • FIG. 9 corresponds to the use of a characterization device without reflection element
  • FIG. 10 corresponds to the use of a characterization device equipped with a reflection element. It is clearly seen that the luminous power is distributed more homogeneously in FIG. 10 than in FIG. 9. As a result, it is very advantageous to use the reflection element 7.
  • the light source 2 comprises a matrix of light-emitting diodes 2a (FIGS. 7 and 8), for example of power, preferably white, and advantageously arranged in a controlled spacing.
  • controlled spacing it is meant that the light-emitting diodes can be homogeneously distributed over a lighting surface produced by the diode array.
  • the light-emitting diodes 2a of the diode array 2 may be arranged in the shape of a square or a rectangle, so that the distance separating the two ends 8a, 8b of the duct 8 is substantially equal to the distance of the longer side of the diode matrix.
  • the diode array 2a is divided into a plurality of groups each comprising at least one diode 2a, the transmission powers of the groups being controlled independently of one group to another.
  • the characterization device may comprise an electronic adjustment component making it possible to adjust the intensity of illumination of the light-emitting diodes by controlling the current flowing through them, independently or according to a distribution in groups.
  • the light-emitting diodes are advantageously traversed by a continuous and non-pulsed current.
  • the control of the luminous intensity generally made by the control of the cyclic ratio of the current is not applicable for the characterization of the photovoltaic cells, the response time of the photovoltaic cells being of the same order of magnitude as that of the electroluminescent diodes .
  • Each light-emitting diode, or group of light-emitting diodes can be controlled separately so as to correct the defects of homogeneity of the illumination.
  • the adjustment component of the light-emitting diodes and the light-emitting diodes themselves make it possible to obtain a lighting dynamics greater than 5 orders of magnitude. This characteristic is very advantageous in the case of a characterization of a photovoltaic panel, in particular by the VIM method.
  • the light-emitting diodes of the matrix of diodes are mounted on a heat sink to best dissipate the calories and thus prevent heating of the matrix of diodes.
  • the spectrum of light-emitting diodes is advantageously close to the solar spectrum (white light) but nevertheless has differences that are not detrimental to the characterization process.
  • the great lighting dynamic offered by the light-emitting diodes advantageously without spectrum variation, greater than 5 orders of magnitude allows a fine determination of the parameters of the model of the photovoltaic element.
  • each of the light-emitting diodes, or each group of light-emitting diodes, of the matrix is individually controlled by an electronic circuit which controls the current in the diode or group of diodes.
  • the matrix therefore has a unique control of the lighting, but the emission power of each light-emitting diode, or group of light-emitting diodes, can vary to obtain a uniform illumination.
  • the matrix of light-emitting diodes is controlled in illumination intensity by a lighting control system of the characterization device. The photovoltaic element is illuminated while the study element records the data to produce voltage and intensity curves IV from the photovoltaic element.
  • a supervision device makes it possible to parameterize and synchronize the lighting with the acquisition of the data intended to generate the curves IV. Then, a data processing unit makes it possible to extract IV curves from the parameters of the model.
  • the procedure for measuring the current and the voltage of the photovoltaic element produced during step E1 -1 of FIG. 1 may include the following successive steps: - measure the extreme values of current and voltage, that is to say the short-circuit current and the open-circuit voltage,
  • the parameters measured during the study phase may be the voltage and / or the current derived from the photovoltaic element. Therefore, for each study phase, the study element can establish curves of evolution of the current and / or the voltage measured under the effect of the light beam.
  • the study element may include an apparatus for supplying the photovoltaic element, in particular a photovoltaic cell, over the four quadrants, that is to say with positive and negative current, and with positive and negative voltage. negative (generator and load) while achieving simultaneous acquisition of current and voltage.
  • a computer readable data storage medium on which a computer program is recorded may include computer program code means for implementing the phases and / or steps of the method as described.
  • a computer program may include a computer program code means adapted to the realization of the phases and / or steps of the method as described, when the program is executed by a computer.
  • the method as described it is possible to obtain a very important statistical sampling over a fairly short time range.
  • the measurements can be redone, even in low lighting, in a very reproducible way, this to achieve a better definition of the model of the photovoltaic element.
  • the characterization device may comprise a data processing unit making it possible to implement the VIM method from the data recorded during one or more study phases.
  • the light source is preferably uncooled by an external temperature control system as described in JP201 1009358 and CN101290340.
  • the proposed method and the associated device are such that cooling is not necessary preferably at least during the initialization phase.

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Le procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque (4) comprend une phase d'étude (E1) d'un comportement de l'élément photovoltaïque (4) en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu d'une source lumineuse (2), par exemple une matrice de diodes électroluminescentes, à une puissance d'émission d'étude. Ladite phase d'étude (E1) comprend une étape de mesure (E1 -1) d'au moins un paramètre électrique (I, V) représentatif du fonctionnement de l'élément photovoltaïque (4). En outre, le procédé comporte une phase d'initialisation (E2), réalisée avant la phase d'étude (E1), comprenant une étape d'ajustement (E2-1) d'une température de fonctionnement de la source lumineuse (2) en fonction de la puissance d'émission d'étude.

Description

Procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque, dispositif de caractérisation de l'élément photovoltaïque, programme et support d'enregistrement associés
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne le domaine de l'énergie photovoltaïque.
L'invention a pour objet plus particulièrement un procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque permettant son étude.
État de la technique
Un panneau photovoltaïque peut être caractérisé sous un éclairage variable (VIM pour « Variable Illumination Method » en anglais). L'analyse VIM proposée permet de définir les paramètres du modèle électrique du panneau photovoltaïque. Cette analyse nécessite un grand nombre de mesures « courant/tension » sur une grande dynamique d'éclairage. Habituellement, les panneaux photovoltaïques sont caractérisés sous un éclairage naturel en extérieur sur plusieurs jours, voire plusieurs mois. Ces campagnes de mesures sont donc longues mais nécessaires pour obtenir un grand nombre de points de fonctionnement sur une gamme d'ensoleillement et de température. Il existe des bancs d'éclairage à diodes électroluminescentes qui permettent de « flasher » les panneaux en cours de production, mais ces équipements ne permettent pas de réaliser une analyse VIM.
Les documents US2010/007301 1 , JP201 1009358 et CN101290340 décrivent des mises en œuvre particulières de bancs d'éclairage de test.
Le document de Bliss M et Al intitulé « Performance measurements at varying irradiance spectrum, intensity and module température of amorphous silicon solar cells » issu de la conférence « 35TH IEE Photovoltaic specialists conférence (PVSC) » du 20-25 Juin 2010 tenue à Honolulu, Hl, USA décrit aux pages 2660-2665 un banc de test dans lequel la température du dispositif photovoltaïque à tester est ajustée.
Le document de A. Lo et al intitulé « An Hybrid LED/Halogen large area solar Simulator allowing for variable spectrum and variable illumination puise shape » issu de la conférence « 25TH European Photovoltaic Solar Energy Conférence and Exhibition/ 5TH world Conférence on Photovoltaic Energy Conversion » du 6-10 septembre 2010 tenue à Valence en Espagne décrit un simulateur solaire à base de diodes électroluminescentes ou d'halogène se présentant sous la forme d'une matrice. II résulte donc une problématique relative aux tests des panneaux photovoltaïques notamment sur banc d'éclairage permettant de réaliser des tests de manière correcte et rapide. Objet de l'invention
Le but de la présente invention est de proposer une solution qui remédie aux inconvénients listés ci-dessus.
On tend vers ce but par l'utilisation d'un procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque comprenant une phase d'étude d'un comportement de l'élément photovoltaïque en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu d'une source lumineuse, par exemple une matrice de diodes électroluminescentes, à une puissance d'émission d'étude, ladite phase d'étude comprenant une étape de mesure d'au moins un paramètre électrique représentatif du fonctionnement de l'élément photovoltaïque, ledit procédé comportant en outre une phase d'initialisation, réalisée avant la phase d'étude, comprenant une étape d'ajustement d'une température de fonctionnement de la source lumineuse en fonction de la puissance d'émission d'étude.
Selon une mise en œuvre, l'étape d'ajustement comprend une étape dans laquelle la source lumineuse est traversée par un courant électrique fonction de la puissance d'émission d'étude, ladite phase d'étude étant déclenchée lorsque ladite température de fonctionnement est stabilisée.
Selon une autre mise en œuvre, l'étape d'ajustement comporte une étape dans laquelle la source lumineuse est traversée pendant une durée d'initialisation par un courant électrique d'intensité fonction d'une puissance d'émission d'initialisation différente de la puissance d'émission d'étude. Avantageusement, la durée d'initialisation est fonction d'une valeur représentative d'une température courante de la source lumineuse préalable au déclenchement de la phase d'initialisation, et d'une valeur représentative d'une température désirée de la source lumineuse associée à la puissance d'émission d'étude de la phase d'étude.
Par exemple, la température courante T0 étant inférieure à la température désirée T1 , la durée d'initialisation t est calculée selon la formule (Tmax- T0) * (l - e ^m cth) = Tl - T0 avec Tmax la température associée à la puissance d'émission d'initialisation, Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse, Cth la capacité thermique du modèle thermique de la source lumineuse.
Selon un autre exemple, la température courante T0 étant supérieure à la température désirée T1 , la durée d'initialisation t est calculée selon la formule TO.e /m -Cth = T\ avec Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse, Cth la capacité thermique du modèle thermique de la source lumineuse, et, au cours de l'étape d'ajustement, la puissance d'émission d'initialisation de la source lumineuse est nulle.
De préférence, le procédé comporte au moins deux phases d'étude successives associées à des puissances d'émission d'étude différentes, chaque phase d'étude étant précédée d'une phase d'initialisation associée.
Selon un perfectionnement, la phase d'étude comporte une étape d'homogénéisation de l'éclairage reçu par au moins une partie de l'élément photovoltaïque. L'étape d'homogénéisation de l'éclairage peut être mise en œuvre au moyen d'un élément de réflexion et/ou d'un pilotage du fonctionnement de diodes électroluminescentes de la source lumineuse.
Avantageusement, le paramètre électrique mesuré au cours l'étape de mesure est la tension et/ou le courant issu(s) de l'élément photovoltaïque.
L'invention est aussi relative à un dispositif de caractérisation d'un élément photovoltaïque comprenant : une source lumineuse ; un élément d'étude du comportement de l'élément photovoltaïque en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu de la source lumineuse et présentant une puissance d'émission d'étude, ledit élément d'étude étant muni d'au moins un système de mesure d'un paramètre électrique issu de l'élément photovoltaïque ; et un composant d'initialisation configuré pour ajuster une température de fonctionnement de la source lumineuse en fonction de la puissance d'émission d'étude. Le dispositif peut comporter une unité de calcul interfacée avec le composant d'initialisation et l'élément d'étude, ladite unité de calcul étant configurée pour réaliser le procédé tel que décrit.
Selon un perfectionnement, le dispositif comporte un élément de réflexion comprenant un conduit muni de deux extrémités, la source lumineuse étant disposée au niveau d'une des extrémités du conduit de sorte que le faisceau lumineux soit dirigé dans le conduit vers l'autre extrémité du conduit comprenant une portée apte à être mise en contact sur une face active de l'élément photovoltaïque, une surface intérieure du conduit étant au moins partiellement formée par un miroir. L'intérieur du conduit peut être délimité par un cylindre notamment de section carrée ou rectangulaire. Par ailleurs, la source lumineuse peut comporter une matrice de diodes électroluminescentes.
Avantageusement, les diodes électroluminescentes de la matrice de diodes étant arrangées sous la forme d'un carré ou d'un rectangle, la distance séparant les deux extrémités du conduit est sensiblement égale à la distance du plus grand côté de la matrice de diodes.
En outre, la matrice de diodes peut être divisée en une pluralité de groupes comprenant chacun au moins une diode, les puissances d'émission des groupes étant pilotées de manière indépendante d'un groupe à l'autre.
L'invention est aussi relative à un support d'enregistrement de données lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique de mise en œuvre des phases et/ou des étapes d'un procédé tel que décrit.
L'invention est aussi relative à un programme informatique comprenant un moyen de codes de programme informatique adapté à la réalisation des phases et/ou des étapes d'un procédé tel que décrit, lorsque le programme est exécuté par un calculateur.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente un schéma d'un procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque,
- la figure 2 illustre un modèle électrique équivalent du comportement thermique d'une source lumineuse telle qu'utilisée par exemple dans le procédé,
- la figure 3 illustre deux graphiques respectivement représentatifs de évolution de la température et du courant traversant la source lumineuse dans le temps pour une même période de caractérisation, ces deux graphiques étant représentatifs de ce qui se passe sans la mise en œuvre du procédé de la figure 1 ,
- les figures 4 et 5 illustrent chacune deux graphiques respectivement représentatifs de l'évolution de la température de la source lumineuse et de l'intensité du courant traversant la source lumineuse dans le temps pour une même période de caractérisation, ces deux graphiques étant représentatifs de ce qui se passe avec la mise en œuvre du procédé de la figure 1 ,
- la figure 6 illustre schématiquement une mise en œuvre d'un dispositif de caractérisation,
- la figure 7 illustre un mode de réalisation du dispositif de caractérisation,
- la figure 8 illustre une vue selon le plan de coupe A de la figure 7,
- la figure 9 illustre la répartition de l'irradiation lumineuse à la surface d'un élément photovoltaïque sans la mise en œuvre du perfectionnement de la figure 7,
- la figure 10 illustre la répartition de l'irradiation lumineuse à la surface d'un élément photovoltaïque avec la mise en œuvre du perfectionnement de la figure 7 Description de modes préférentiels de l'invention
Le procédé et le dispositif décrits ci-après diffèrent de l'art antérieur notamment en ce qu'une phase d'étude est réalisée de sorte à s'affranchir de variations thermiques de la source lumineuse. Ceci peut être mis en œuvre en prévoyant une étape d'initialisation permettant d'ajuster la température de fonctionnement de la source lumineuse en fonction d'une puissance d'émission d'étude de ladite source lumineuse prévue au cours de la phase d'étude.
Dans la présente description, la puissance peut être mesurée en W/m2. En fait, pour réaliser un test, la source lumineuse peut être traversée par un courant électrique d'intensité fixée. Ce courant électrique va être associé à une température de référence et une puissance d'émission de référence. A courant fixé, la température et la puissance d'émission peuvent varier jusqu'à converger vers des valeurs stabilisées au bout d'un certain temps, la puissance d'émission étant fonction de la température et du courant. Afin de caractériser au mieux un panneau photovoltaïque, il est préférable de réaliser son étude lorsque la température est stabilisée. En fait, lorsque la température est stabilisée, la puissance d'émission l'est aussi, et vice versa. Dans le cadre d'une source lumineuse à base de diodes électroluminescentes, l'intensité du faisceau lumineux est pratiquement proportionnelle à l'intensité du courant électrique traversant la source lumineuse quand la température est stabilisée. On peut donc prendre en référence l'intensité du courant traversant les diodes comme une image de l'éclairement produit, lorsque la stabilisation est atteinte. Autrement dit, il est possible d'avoir une table donnant pour différentes valeurs de courant, des valeurs de température et de puissance d'émission stabilisées.
Dans la présente description, par « élément photovoltaïque » on entend soit un panneau photovoltaïque dans son ensemble comprenant une pluralité de cellules photovoltaïques élémentaires, soit une unique cellule photovoltaïque élémentaire, soit plusieurs cellules photovoltaïques élémentaires par exemples constituant partiellement un panneau photovoltaïque.
Comme illustré à la figure 1 , le procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque comprend une phase d'étude E1 d'un comportement de l'élément photovoltaïque en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu d'une source lumineuse (par exemple une matrice de diodes électroluminescentes) à une puissance d'émission d'étude. Cette phase d'étude E1 comporte une étape E1 -1 de mesure d'au moins un paramètre électrique représentatif du fonctionnement de l'élément photovoltaïque. Ce paramètre électrique mesuré au cours de l'étape de mesure peut être la tension et/ou le courant issu(s) de l'élément photovoltaïque. Consécutivement à l'étape de mesure, des graphiques (ou des tables de référence) de la, ou des, grandeur(s) mesurée(s) peuvent être réalisés dans une étape E1 -2, ces graphiques permettant l'interprétation du fonctionnement de l'élément photovoltaïque.
Avantageusement, pour une phase d'étude donnée à une puissance d'étude associée, le ou les paramètres mesurés (tension et/ou courant), le sont à intervalle régulier de sorte à déterminer le comportement de l'élément photovoltaïque tout au long de ladite phase d'étude. En outre, le procédé comporte une phase d'initialisation E2, réalisée avant la phase d'étude E1 . Cette phase d'initialisation E2 comprend une étape d'ajustement E2-1 d'une température de fonctionnement de la source lumineuse en fonction de la puissance d'émission d'étude. La source lumineuse est conformée de sorte à reproduire des conditions d'éclairement naturel en utilisant un éclairage artificiel, notamment produit par des diodes électroluminescentes, en particulier de puissance. L'avantage apporté par les diodes électroluminescentes de puissance réside dans les possibilités de pilotage de la source lumineuse ainsi formée en termes de dynamique de la puissance d'émission (supérieure à 10E6W/m2) et du contrôle précis du temps d'éclairage.
L'utilité de la phase d'initialisation E2 est de limiter les variations de fonctionnement de la source lumineuse dues à une dérive de la température de fonctionnement lors de la phase d'étude. En fait, une source lumineuse formée par une matrice de diodes électroluminescentes montée sur un dissipateur peut être modélisée selon un modèle thermique particulier dont un modèle électrique équivalent est illustré à la figure 2 où on a 11 le courant traversant le modèle, R1 la résistance électrique du modèle (1000Ω dans l'exemple), C1 représentant la capacité du modèle (0,8m dans l'exemple) et V la tension associée audit modèle. Dans cet exemple, l'ensemble de la matrice de diodes peut être considérée comme une seule source de chaleur accolée à un dissipateur. Bien entendu, une discrétisation de chaque diode affinerait le modèle, mais ne sera pas décrite ici. Le modèle thermique donne quant à lui une puissance P en watt, une résistance thermique Rth en K/W, une capacité thermique Cth en J/K, et une température T. En fait, la résistance thermique considérée Rth peut relier un point chaud correspondant à la jonction électronique des diodes à la température ambiante, et elle représente la résistance équivalente aux différentes résistances thermiques qui existent entre les différentes jonctions. Plus précisément, la résistance thermique Rth du modèle thermique de la source lumineuse peut correspondre à la résistance thermique entre la jonction des diodes de la matrice de diodes et l'air ambiant, et la capacité thermique Cth du modèle thermique de la source lumineuse peut correspondre à la capacité calorifique de la matrice de diodes. La figure 3 associe un graphique représentatif de l'évolution du courant traversant la source lumineuse (courant 11 du modèle) en fonction du temps pour différentes phases d'études successives P1 à P5, à un graphique de l'évolution de la température (tension V1 du modèle) en fonction du temps. Les phases d'étude P1 à P5 sont associées chacune à une puissance d'émission d'étude différente, croissante d'une phase à l'autre dans le temps. On voit clairement sur la figure 3 que les différentes phases d'études P1 à P5 sont réalisées directement les unes après les autres, et que lors du passage d'une phase d'étude à une autre, la température n'est pas encore stabilisée, ce qui induit des erreurs dans la caractérisation du panneau photovoltaïque associé.
Le procédé mis en œuvre dans le cadre de la présente invention va chercher à limiter ces erreurs de caractérisation.
Selon un premier mode de réalisation, l'étape d'ajustement E2-1 comprend une étape dans laquelle la source lumineuse est traversée par un courant électrique fonction de la puissance d'émission d'étude souhaitée. Ainsi, lors du déclenchement de l'étape d'ajustement E2, la source lumineuse est traversée par le courant électrique associé à la puissance d'émission d'étude et la phase d'étude E1 est déclenchée lorsque ladite température de fonctionnement est stabilisée.
Selon une mise en œuvre particulière du premier mode de réalisation, la température de fonctionnement est considérée comme stabilisée lorsqu'au moins un des paramètres suivants est vérifié :
- la température de fonctionnement reste constante, ou varie dans une plage de plus ou moins 1 °C, au cours d'une période prédéterminée, par exemple une période prédéterminée de 5 secondes,
- un laps de temps prédéterminé, par exemple de 10 minutes à 30 minutes, s'est écoulé depuis l'allumage de la source lumineuse.
Il résulte de ce qui a été dit ci-dessus qu'il est possible d'attendre la stabilisation de la température de la source lumineuse pour considérer que la phase d'étude peut être déclenchée.
Il résulte de ce premier mode une problématique d'optimisation du temps de mise en œuvre d'un tel procédé. En effet, le temps d'attente entre différentes phases d'étude est assez important, et on va chercher par la suite à le diminuer. Ainsi, le second mode de réalisation décrit ci-après permet de diminuer le temps d'attente notamment entre deux phases d'étude du procédé, ou lors d'une phase d'étude en particulier. Selon ce second mode de réalisation, l'étape d'ajustement E2-1 comporte une étape E2-1 -1 dans laquelle la source lumineuse est traversée pendant une durée d'initialisation par un courant électrique d'intensité fonction d'une puissance d'émission d'initialisation différente de la puissance d'émission d'étude souhaitée par la suite. Ainsi, lors du déclenchement de l'étape d'ajustement E2-1 , la puissance d'émission varie de sorte à tendre vers la puissance d'émission d'initialisation. En d'autres termes, pendant cette étape d'ajustement, on va momentanément (pendant une durée d'initialisation) commander un courant électrique d'intensité supérieure ou inférieure à celle du courant électrique qui sera utilisée dans la phase d'étude de façon à faire croître ou décroître plus rapidement la température des LED.
En fait, on comprend que de manière préférée la température de la source lumineuse est ajustée avant la phase d'étude en particulier par un contrôle du courant électrique présentant une intensité fonction de la puissance d'émission d'étude.
La durée d'initialisation permet entre autre d'obtenir une température constante de la source lumineuse au cours d'une phase d'étude. De préférence, afin de s'assurer que la température désirée est obtenue, elle peut être mesurée au plus près de la source lumineuse, par exemple à différents points de la matrice de diodes pour en vérifier l'homogénéité.
En fait, la durée d'initialisation peut avantageusement être fonction (c'est- à-dire par exemple calculée à partie de) d'une valeur représentative d'une température courante de la source lumineuse préalable au déclenchement de la phase d'initialisation E2, et d'une valeur représentative d'une température désirée (la température représentative de celle stabilisée pour une phase d'étude donnée) de la source lumineuse associée à la puissance d'émission d'étude de la phase d'étude E1 .
Dans un premier cas, si la température courante T0 est inférieure à la température désirée T1 , la durée d'initialisation t est calculée selon la formule (Tmax- T0) * (l - e ^m ak) = Tl - T0 (1 ) avec Tmax la température associée à la puissance d'émission d'initialisation, Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse, Cth la capacité thermique (aussi appelée capacité calorifique) du modèle thermique de la source lumineuse. Dans cet exemple, la puissance d'émission d'initialisation prend, par exemple, la valeur maximale de la puissance d'émission possible pour la source lumineuse.
Dans un second cas, si la température courante T0 est supérieure à la température désirée T1 , la durée d'initialisation t est calculée selon la
-'/
formule TO.e /m-Ctk = τ\ (2) avec Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse, Cth la capacité thermique du modèle thermique de la source lumineuse, et, au cours de l'étape d'ajustement E2-1 , la puissance d'émission d'initialisation de la source lumineuse est nulle. Par « nulle », on entend par exemple que la source lumineuse est éteinte. A partir des équations (1 ) et (2), l'homme du métier pourra facilement extraire la valeur de t pour déterminer la durée d'initialisation optimale.
Le procédé peut comporter au moins deux phases d'étude E1 successives associées à des puissances d'émission d'étude différentes, chaque phase d'étude E1 étant précédée d'une phase d'initialisation E2 associée. En fait, chaque phase d'étude peut être associée à un palier de courant électrique traversant la source lumineuse représentatif de la puissance d'émission d'étude voulue. Les figures 4 et 5 sont associées chacune à deux graphiques donnant respectivement l'évolution de l'intensité du courant traversant la source lumineuse en fonction du temps, et une courbe d'évolution de la température (la tension sur les figures 3, 4 et 5 représente la tension V1 du modèle, c'est-à-dire une image de la température de la source lumineuse) de la source lumineuse en fonction du temps. La figure 4 comprend cinq paliers de test P1 à P5. Chacun des cinq paliers de test P1 à P5 est associé à une phase d'initialisation le précédant, les phases d'initialisation étant représentées de Initl à Init5. Lorsque l'on met en corrélation le graphique de l'évolution de l'intensité du courant avec celui de l'évolution de la température, on voit qu'au cours d'une phase d'initialisation la température augmente rapidement pour passer d'un palier à l'autre. Pour la figure 4, la durée entre chaque palier représentatif d'une phase d'étude est déterminée en utilisant l'équation (1 ) car les paliers sont montants (paliers d'intensité en courant croissants dans l'exemple), dans ce cas le courant associé à la puissance d'émission d'initialisation est égal à 10mA. La figure 5 illustre le même principe avec des paliers descendants P1 à P5 (paliers d'intensité en courant décroissants dans l'exemple), l'équation (2) s'applique pour déterminer les durées des phases d'initialisation Init2 à Init5. Si la source lumineuse est éteinte au départ, la première phase d'étude P1 est associée à une phase d'initialisation Initl de durée correspondant au temps nécessaire pour atteindre la stabilisation de la température de ladite source lumineuse (typiquement entre 30s et 5min). Au cours des phases d'initialisation Init2 à Init5 respectivement associées aux durées calculées selon l'équation (2) l'intensité du courant traversant la source lumineuse est avantageusement nulle, ou faible par rapport au courant associé à la puissance d'émission d'étude correspondante. Avantageusement, la phase d'étude E1 comporte une étape d'homogénéisation E1 -3 de l'éclairage reçu par au moins une partie de l'élément photovoltaïque. Cette étape d'homogénéisation permet de s'assurer que l'éclairage issu de la source lumineuse est le plus proche de l'éclairage naturel, c'est-à-dire homogène à la surface d'une face active de l'élément photovoltaïque. Par « face active », on entend la face d'un élément photovoltaïque destinée à être orientée vers le soleil pour recevoir des photons. Cette étape d'homogénéisation E1 -3 de l'éclairage peut être mise en œuvre au moyen d'un élément de réflexion et/ou d'un pilotage du fonctionnement de diodes électroluminescentes de la source lumineuse. Dans le cas du pilotage, la source lumineuse est de préférence une matrice de diodes électroluminescentes divisée en une pluralité de groupes comprenant chacun au moins une diode, les intensités d'éclairage des groupes étant pilotées de manière indépendante d'un groupe à l'autre. Le pilotage peut être réalisé à partir d'un préréglage électronique des diodes de la matrice de diodes.
Le procédé tel que décrit ci-dessus peut être mis en œuvre par un dispositif de caractérisation spécifique d'un élément photovoltaïque.
Comme illustré à la figure 6, un tel dispositif de caractérisation 1 peut comporter une source lumineuse 2, un élément d'étude 3 du comportement de l'élément photovoltaïque 4 en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu de la source lumineuse 2 et présentant une puissance d'émission d'étude. Ledit élément d'étude 3 est muni d'au moins un système de mesure d'un paramètre électrique I, V issu de l'élément photovoltaïque 4. Le dispositif comporte en outre un composant d'initialisation 5 configuré pour ajuster une température de fonctionnement de la source lumineuse 2 en fonction de la puissance d'émission d'étude. Une unité de calcul 6 du dispositif 1 peut être interfacée avec le composant d'initialisation 5 et l'élément d'étude 3, ladite unité de calcul 6 étant configurée pour réaliser le procédé tel que décrit ci-dessus.
Comme illustré à la figure 7, le dispositif 1 peut, selon une mise en œuvre, comporter un élément de réflexion 7 comprenant un conduit 8 muni de deux extrémités 8a, 8b. La source lumineuse 2 est disposée au niveau d'une des extrémités 8a du conduit 8 de sorte que le faisceau lumineux soit dirigé (Flèche F1 ) dans le conduit 8 vers l'autre extrémité 8b du conduit 8. Ladite autre extrémité 8b comprend une portée 8c apte à être mise en contact sur une face active 4a de l'élément photovoltaïque 4. Une surface intérieure 8d du conduit 8 est au moins partiellement formée par un miroir. Avantageusement, toute la surface intérieure du conduit 8 forme un miroir, ou est formée par un agencement d'une pluralité de miroirs. Autrement dit, toute la surface intérieure 8d du conduit 8 peut réfléchir les ondes lumineuses émises par la source lumineuse 2. Le miroir permet d'homogénéiser l'éclairement au niveau de l'élément photovoltaïque 4, réalisant ainsi partiellement, ou totalement, l'étape d'homogénéisation du procédé.
Selon une mise en œuvre particulière, à la figure 7, l'intérieur du conduit 8 est délimité par un cylindre notamment de section carrée ou rectangulaire. La figure 8 représente une vue selon un plan de coupe représenté en pointillés à la figure 7, sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal du conduit 8 et orientée selon A. Dans ce cas particulier, la source lumineuse 2 comporte une pluralité de points 2a aptes à émettre de la lumière, et le conduit 8 entoure la pluralité de points lumineux au niveau d'un élément de support 9 portant lesdits points lumineux. Les figures 9 et 10 permettent d'illustrer l'avantage de l'utilisation de la réflexion. Ces deux figures 9 et 10 mettent en évidence le rôle des miroirs qui ont pour effet d'homogénéiser l'éclairement sur tout le champ, même si l'effet prépondérant se situe sur les bords. Des simulations ont été réalisées selon les conditions suivantes : une surface d'éclairage de 20x20cm avec un conduit permettant une distance d'environ 20cm entre le plan d'une matrice de diodes électroluminescentes et le plan d'étude incluant la face active de l'élément photovoltaïque. Sur les figures 9 et 10, on retrouve, de la gauche vers la droite de la figure associée, une échelle représentative de la puissance lumineuse en échelle normalisée, une cartographie de la puissance réellement atteinte dans un plan d'étude coïncidant avec l'extrémité 8b du conduit 8 opposée à la source lumineuse 2 formée par la matrice de diodes, et un graphique représentant les profils d'éclairement de la cartographie selon un axe vertical et un axe horizontal passant tous deux par le centre de la cartographie. La figure 9 correspond à l'utilisation d'un dispositif de caractérisation sans élément de réflexion, et la figure 10 correspond à l'utilisation d'un dispositif de caractérisation équipé d'un élément de réflexion. On voit très clairement que la puissance lumineuse est répartie de manière plus homogène à la figure 10 qu'à la figure 9. Il en résulte donc qu'il est très avantageux d'utiliser l'élément de réflexion 7.
Avantageusement, comme évoqué précédemment, la source lumineuse 2 comporte une matrice de diodes électroluminescentes 2a (figures 7 et 8), par exemple de puissance, de préférence blanches, et avantageusement disposées selon un espacement contrôlé. Par « espacement contrôlé », on entend que les diodes électroluminescentes peuvent être réparties de manière homogène sur une surface d'éclairage produite par la matrice de diodes. Les diodes électroluminescentes 2a de la matrice de diodes 2 peuvent être arrangées sous la forme d'un carré ou d'un rectangle, de sorte que la distance séparant les deux extrémités 8a, 8b du conduit 8 est sensiblement égale à la distance du plus grand côté de la matrice de diodes.
Selon une mise en œuvre, la matrice de diodes 2a est divisée en une pluralité de groupes comprenant chacun au moins une diode 2a, les puissances d'émission des groupes étant pilotées de manière indépendante d'un groupe à l'autre. Autrement dit, le dispositif de caractérisation peut comporter un composant électronique d'ajustement permettant d'ajuster l'intensité de l'éclairage des diodes électroluminescentes par le contrôle du courant traversant ces dernières, de manière indépendante ou selon une répartition par groupes. Pour les besoins de la méthode de caractérisation, les diodes électroluminescentes sont avantageusement traversées par un courant continu et non puisé. En effet, le contrôle de l'intensité lumineuse généralement fait par le contrôle du rapport cyclique du courant n'est pas applicable pour la caractérisation des cellules photovoltaïques, le temps de réponse des cellules photovoltaïques étant du même ordre de grandeur que celui des diodes électroluminescentes. Chaque diode électroluminescente, ou groupe de diodes électroluminescentes, peut être piloté séparément de façon à corriger les défauts d'homogénéité de l'éclairage. Le composant d'ajustement des diodes électroluminescentes et les diodes électroluminescentes elles mêmes permettent d'obtenir une dynamique d'éclairage supérieure à 5 ordres de magnitude. Cette caractéristique est très avantageuse dans le cas d'une caractérisation d'un panneau photovoltaïque, notamment par la méthode VIM. De manière générale, les diodes électroluminescentes de la matrice de diodes sont montées sur un dissipateur thermique pour évacuer au mieux les calories et ainsi éviter échauffement de la matrice de diodes. Le spectre des diodes électroluminescentes est avantageusement proche du spectre solaire (lumière blanche) mais présente néanmoins des différences non préjudiciables au procédé de caractérisation.
La grande dynamique d'éclairage offerte par les diodes électroluminescentes, avantageusement sans variation de spectre, supérieure à 5 ordres de magnitude permet une détermination fine des paramètres du modèle de l'élément photovoltaïque.
Avantageusement, comme évoqué précédemment, chacune des diodes électroluminescentes, ou chacun des groupes de diodes électroluminescentes, de la matrice est contrôlé individuellement par un circuit électronique qui pilote le courant dans la diode ou le groupe de diodes. La matrice possède donc un contrôle unique de l'éclairage mais la puissance d'émission de chaque diode électroluminescente, ou groupe de diodes électroluminescentes, peut varier pour obtenir un éclairage homogène. Selon une mise en œuvre, la matrice de diodes électroluminescentes est contrôlée en intensité d'éclairement par un système de contrôle de l'éclairage du dispositif de caractérisation. L'élément photovoltaïque est illuminé pendant que l'élément d'étude enregistre les données pour réaliser des courbes de tension et d'intensité IV issues de l'élément photovoltaïque. Un dispositif de supervision permet de paramétrer et de synchroniser l'éclairage avec l'acquisition des données destinées à générer les courbes IV. Puis une unité de traitement des données permet d'extraire des courbes IV des paramètres du modèle. La procédure de mesure du courant et de la tension de l'élément photovoltaïque réalisée lors de l'étape E1 -1 de la figure 1 peut comporter les étapes successives suivantes : - mesurer les valeurs extrêmes de courant et de tension, c'est-à-dire le courant de court-circuit et la tension en circuit ouvert,
- définir le meilleur calibre de mesure de l'instrumentation de mesure en courant et en tension en fonction des mesures de l'étape de mesure,
- enregistrer la courbe de courant et de tension avec synchronisation des mesures de courant et de tension. Le calibre de mesure issu de l'étape précédente étant conservé identique au cours de cette étape d'enregistrement. Comme évoqué ci-dessus, les paramètres mesurés lors de la phase d'étude peuvent être la tension et/ou le courant issu(s) de l'élément photovoltaïque. Dès lors, pour chaque phase d'étude, l'élément d'étude peut établir des courbes d'évolution du courant et/ou de la tension mesurés sous l'effet du faisceau lumineux. Pour cela, l'élément d'étude peut comporter un appareillage permettant d'alimenter l'élément photovoltaïque, notamment une cellule photovoltaïque, sur les quatre quadrants, c'est-à-dire en courant positif et négatif, et en tension positive et négative (générateur et charge) tout en réalisant l'acquisition simultanée du courant et de la tension. Un support d'enregistrement de données lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme informatique peut comprendre des moyens de codes de programme informatique de mise en œuvre des phases et/ou des étapes du procédé tel que décrit.
Un programme informatique peut comprendre un moyen de codes de programme informatique adapté à la réalisation des phases et/ou des étapes du procédé tel que décrit, lorsque le programme est exécuté par un calculateur.
Grâce au procédé tel que décrit, il est possible d'obtenir un échantillonnage statistique très important sur une plage de temps assez courte. D'autre part, les mesures peuvent être refaites, même en éclairage faible, de façon très reproductible, ceci permettant de réaliser une meilleure définition du modèle de l'élément photovoltaïque.
Ainsi, il est possible de réaliser, sous éclairage artificiel, une analyse VIM en quelques minutes comparé aux quelques semaines voire mois de l'art antérieur sous éclairage naturel. Dès lors, l'analyse issue du procédé de caractérisation peut être mise à profit directement sur des chaînes de production d'éléments photovoltaïques pour en améliorer la production.
En fait, comme évoqué ci-dessus, le dispositif de caractérisation peut comporter une unité de traitement des données permettant de mettre en œuvre la méthode VIM à partir des données enregistrées au cours d'une ou plusieurs phases d'étude.
De manière générale et applicable à tout ce qui a été dit ci-dessus, la source lumineuse est de préférence non refroidie par un système de régulation en température externe tel que décrit dans les documents JP201 1009358 et CN101290340. En effet, le procédé proposé et le dispositif associé sont tels qu'un refroidissement n'est pas nécessaire de préférence au moins pendant la phase d'initialisation.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de caractérisation d'un élément photovoltaïque (4) comprenant une phase d'étude (E1 ) d'un comportement de l'élément photovoltaïque (4) en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu d'une source lumineuse (2), par exemple une matrice de diodes électroluminescentes, à une puissance d'émission d'étude, ladite phase d'étude (E1 ) comprenant une étape de mesure (E1 -1 ) d'au moins un paramètre électrique (I, V) représentatif du fonctionnement de l'élément photovoltaïque (4), caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'initialisation (E2), réalisée avant la phase d'étude (E1 ), comprenant une étape d'ajustement (E2-1 ) d'une température de fonctionnement de la source lumineuse (2) en fonction de la puissance d'émission d'étude.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape d'ajustement (E2-1 ) comprend une étape dans laquelle la source lumineuse (2) est traversée par un courant électrique fonction de la puissance d'émission d'étude, ladite phase d'étude (E1 ) étant déclenchée lorsque ladite température de fonctionnement est stabilisée.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape d'ajustement (E2-1 ) comporte une étape (E2-1 -1 ) dans laquelle la source lumineuse est traversée pendant une durée d'initialisation par un courant électrique d'intensité fonction d'une puissance d'émission d'initialisation différente de la puissance d'émission d'étude.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée d'initialisation est fonction d'une valeur représentative d'une température courante de la source lumineuse (2) préalable au déclenchement de la phase d'initialisation (E2), et d'une valeur représentative d'une température désirée de la source lumineuse (2) associée à la puissance d'émission d'étude de la phase d'étude (E1 ).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température courante TO étant inférieure à la température désirée T1 , la durée d'initialisation t est calculée selon la formule
- */
(rmax- r0) * (l - e 'm-Qk) = Tl - T0 avec Tmax la température associée à la puissance d'émission d'initialisation, Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse (2), Cth la capacité thermique du modèle thermique de la source lumineuse (2).
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température courante TO étant supérieure à la température désirée T1 , la durée d'initialisation t est calculée selon la formule TO.e /Rth-Cth = τ\ avec Rth la résistance thermique du modèle thermique de la source lumineuse (2), Cth la capacité thermique du modèle thermique de la source lumineuse (2), et en ce que, au cours de l'étape d'ajustement, la puissance d'émission d'initialisation de la source lumineuse (2) est nulle.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux phases d'étude (E1 ) successives associées à des puissances d'émission d'étude différentes, chaque phase d'étude (E1 ) étant précédée d'une phase d'initialisation (E2) associée.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase d'étude (E1 ) comporte une étape d'homogénéisation (E1 -3) de l'éclairage reçu par au moins une partie de l'élément photovoltaïque (4).
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape d'homogénéisation (E1 -3) de l'éclairage est mise en œuvre au moyen d'un élément de réflexion (7) et/ou d'un pilotage du fonctionnement de diodes électroluminescentes (2a) de la source lumineuse (2).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le paramètre électrique (I, V) mesuré au cours l'étape de mesure (E2-1 ) est la tension et/ou le courant issu(s) de l'élément photovoltaïque (4).
1 1 . Dispositif de caractérisation d'un élément photovoltaïque (4) comprenant :
- une source lumineuse (2),
- un élément d'étude (3) du comportement de l'élément photovoltaïque (4) en réponse à l'application d'un faisceau lumineux issu de la source lumineuse (2) et présentant une puissance d'émission d'étude, ledit élément d'étude (3) étant muni d'au moins un système de mesure d'un paramètre électrique issu de l'élément photovoltaïque (4), et
- un composant d'initialisation (5) configuré pour ajuster une température de fonctionnement de la source lumineuse (2) en fonction de la puissance d'émission d'étude. - une unité de calcul (6) interfacée avec le composant d'initialisation (5) et l'élément d'étude (3), ladite unité de calcul (6) étant configurée pour réaliser le procédé selon l'une des revendications 1 à 10.
12. Dispositif selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un élément de réflexion (7) comprenant un conduit (8) muni de deux extrémités (8a, 8b), la source lumineuse (2) étant disposée au niveau d'une des extrémités (8a) du conduit (8) de sorte que le faisceau lumineux soit dirigé dans le conduit (8) vers l'autre extrémité (8b) du conduit (8) comprenant une portée (8c) apte à être mise en contact sur une face active de l'élément photovoltaïque (4), une surface intérieure (8d) du conduit (8) étant au moins partiellement formée par un miroir.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'intérieur du conduit (8) est délimité par un cylindre notamment de section carrée ou rectangulaire.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 1 à 13, caractérisé en ce que la source lumineuse (2) comporte une matrice de diodes (2a) électroluminescentes.
15. Dispositif selon la revendication 14 et l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que les diodes électroluminescentes (2a) de la matrice de diodes étant arrangées sous la forme d'un carré ou d'un rectangle, la distance séparant les deux extrémités (8a, 8b) du conduit (8) est sensiblement égale à la distance du plus grand côté de la matrice de diodes.
16. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 15, caractérisé en ce que la matrice de diodes est divisée en une pluralité de groupes comprenant chacun au moins une diode (2a), les puissances d'émission des groupes étant pilotées de manière indépendante d'un groupe à l'autre.
17. Support d'enregistrement de données lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique de mise en œuvre des phases et/ou des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 10.
18. Programme informatique comprenant un moyen de codes de programme informatique adapté à la réalisation des phases et/ou des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 10, lorsque le programme est exécuté par un calculateur.
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