CH701758A1 - Simulateur solaire avec ajustement electrique du spectre pour la verification de cellules photovoltaïques. - Google Patents

Abstract

Ce dispositif pour la vérification du fonctionnement de cellules photovoltaïques à plusieurs jonctions comprend plusieurs lampes (1, 2, 3) dont chacune est pourvue d’un filtre (4, 5, 6) qui ne laisse passer qu’une bande spectrale déterminée. Après avoir passé les filtres, les rayons s’additionnent dans un champ (22) dans laquelle sont placées les cellules photovoltaïques (7) à tester. A côté des cellules à tester, et dans le champ (22) où les rayons s’additionnent, sont placées des cellules de mesure (12, 13, 14)), dont chacune est pourvue d’un filtre (15, 16, 17) correspondant à la bande spectrale déterminée qu’elle doit mesurer. La puissance de chaque lampe est asservie à la puissance reçue par une cellule de mesure (12, 13, 14), de telle façon que le contenu spectral reçu par la ou les cellules photovoltaïques (7) soit contrôlé en temps réel.

Description

[0001] La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs destinés à vérifier l’efficacité de cellules constituant un panneau photovoltaïque. La lumière émise par de tels dispositifs doit se rapprocher le plus possible de la lumière solaire. Les cellules photovoltaïques au silicium, à simple jonction, présentent une sensibilité spectrale très étendue, pratiquement de 400 à 1000 nm environ. De ce fait, elles sont peu sensibles aux variations de contenu spectral de la lumière solaire, qui se présente différemment selon que le soleil est haut sur l’horizon et que la lumière ne traverse qu’une épaisseur réduite d’atmosphère, ou que l’on se trouve au début ou en fin de journée et que l’épaisseur de l’atmosphère traversée devient plus importante.

[0002] Les nouveaux types de cellules, réalisées notamment pour l’industrie spatiale ou les applications à concentration, comprennent plusieurs jonctions superposées, chacune étant sensible à une partie seulement du spectre solaire reçu. Au point de vue électrique, chacune de ces cellules est connectée en série avec la suivante, de sorte que le courant total du dispositif est déterminé par le courant de la cellule la plus faible. Un éclairement solaire de référence a été défini par les normes industrielles de la Commission Electrotechnique Internationale. Les quantités de lumière reçues dans chaque secteur du spectre par chaque jonction lors du processus de vérification doivent correspondre à ces normes. Dans ce type de cellules, il est donc très important que chacune des jonctions reçoive de la source lumineuse du dispositif exactement la quantité de lumière prévue par la norme, de sorte que la production de l’ensemble du dispositif donne bien la puissance voulue.

[0003] Différents moyens ont été proposés pour ajuster le contenu spectral d’une source de lumière. Un moyen simple consiste à interposer un filtre ayant la caractéristique d’absorber ou de refléter les rayonnements produits en trop par la source lumineuse, et ne laissant passer que les rayons désirés, dans le contenu spectral désiré. Ce moyen a comme principal inconvénient de ne pas être ajustable, et donc de n’être valable que pour une source donnée, à un moment donné de sa vie. De plus, il n’est pas possible de compenser les erreurs de fabrication éventuelles du filtre.

[0004] Un autre moyen consiste à utiliser des filtres ayant une forme de segment pointu et que l’on peut disposer progressivement au-devant d’une source lumineuse. L’importance du filtrage sera fonction de la portion plus ou moins grande de filtre en face de ladite source lumineuse. Ce dispositif a notamment pour inconvénient de ne pas avoir un effet uniforme en fonction de l’angle de la cellule photovoltaïque par rapport à la source, et de nécessiter des dispositifs mécaniques pour l’ajustement.

[0005] Un troisième moyen, également connu, consiste à disposer des miroirs tout autour de la source, chaque miroir ne réfléchissant qu’une partie du spectre. En masquant plus ou moins chaque miroir, on dispose d’un moyen pour ajuster le contenu spectral de la lumière atteignant la cellule photovoltaïque. Ici encore, des dispositifs mécaniques sont nécessaires pour ajuster le contenu spectral des rayons renvoyés par chaque miroir.

[0006] La présente invention vise à fournir un dispositif simple et peu onéreux. permettant d’ajuster aisément le contenu spectral des rayons envoyés par la source lumineuse du dispositif de vérification sur les cellules photovoltaïques à une ou plusieurs jonctions qu’il s’agit de tester.

[0007] En gros, l’invention décrite ici consiste à utiliser des filtres laissant passer une bande spectrale déterminée, disposés chacun au-devant d’une source lumineuse dont l’intensité peut être variée électroniquement ou au moyen d’un diaphragme approprié. Par la simple application d’une consigne électrique donnée par un dispositif ad hoc, qui peut être un rhéostat ou un autre dispositif permettant d’ajuster la lumière, et qui peut notamment être commandé par ordinateur, on peut varier l’importance de chaque bande spectrale et par là la composition spectrale et l’intensité de la lumière générée.

[0008] L’invention est définie dans les revendications.

[0009] Les dessins représentent, à titre d’exemples, deux formes d’exécution de l’invention, et les effets de l’utilisation de ladite invention sur le spectre de la lumière envoyée aux cellules à vérifier. <tb>La fig. 1<sep>représente schématiquement un dispositif selon l’invention, dans une première forme d’exécution, qui est la forme d’exécution préférée. <tb>La fig. 2<sep>représente schématiquement un dispositif selon l’invention, dans une deuxième forme d’exécution. <tb>La fig. 3<sep>est un graphe en coordonnées cartésiennes, avec en abscisse la longueur d’onde exprimée en nm et en ordonnée l’intensité de la lumière exprimée en unités arbitraires, montrant la courbe de l’intensité lumineuse reçue par la cellule photovoltaïque et les cellules de mesure dans trois bandes spectrales différentes, après le filtrage des rayons des lampes, les lampes comme les filtres étant au nombre de trois, et l’intensité de lumière reçue dans chaque bande étant sensiblement la même. <tb>La fig. 4<sep>est un graphe du même type que celui de la fig. 3, dans lequel l’intensité de lumière reçue est différente dans chaque bande. <tb>La fig. 5<sep>est un graphe du même type que celui des fig. 3 et 4, dans lequel l’intensité de lumière reçue dans la première et la troisième bande sont sensiblement égales, alors que l’intensité de lumière reçue dans la deuxième bande, qui est au centre, est plus basse. <tb>La fig. 6<sep>est un graphe du même type que celui des figures précédentes, dans lequel la bande spectrale que laisse passer chaque filtre est environ deux fois plus large que dans les fig. 3 à 5.

[0010] A la fig. 1, on peut voir trois lampes 1, 2 et 3, associées chacune respectivement à un filtre 4, 5 et 6, laissant passer une portion différente du spectre produit par lesdites lampes. Les faisceaux produits par chacune des lampes sont dirigés sur un champ 22, où vont être placées la ou les cellules photovoltaïques 7, et où ces faisceaux s’additionnent. Les lampes sont alimentées par une batterie 8, chacune au travers de ses rhéostats, respectivement 9, 10 et 11. Le nombre de trois lampes est arbitraire et utilisé seulement à fin de démonstration, le dispositif pouvant être réalisé à partir de deux lampes et théoriquement jusqu’à l’infini.

[0011] Dans le champ éclairé 22 sont disposées des cellules de mesure 12,13 et 14, chacune avec son filtre associé 15, 16 et 17. Si ces cellules de mesure sont montrées ici placées sur le même plan que la cellule photovoltaïque 7, ce ne sera cependant pas nécessairement le cas. Chacun de ces filtres, qui reçoit comme la cellule photovoltaïque à tester 7 des rayons venant de toutes les lampes, ne laisse passer que les rayons dont le spectre correspond à celui dont l’intensité doit être mesurée par la cellule devant laquelle il est placé. Ces cellules permettent de mesurer l’énergie reçue dans chaque bande spectrale et, par des moyens appropriés, peuvent être utilisées pour ajuster la puissance émise par chaque lampe. Il est donc possible de s’approcher du spectre solaire ou de toute autre combinaison désirée.

[0012] Dans la deuxième forme d’exécution de l’invention, représentée à la fig. 2, les cellules de mesure 12, 13 et 14 sont disposées à proximité des lampes 1, 2 et 3, à l’extérieur des filtres 4, 5 et 6, mais hors du champ 22 de la cellule photovoltaïque 7. Cette disposition permet de faire l’économie d’un filtrage supplémentaire, mais en soumettant ces cellules à une irradiation beaucoup plus grande en raison de la proximité avec la source de lumière.

[0013] Si l’on considère les bandes spectrales limitées par les différents filtres, on peut obtenir un graphe semblable à celui de la figure 3, dans laquelle chaque lampe 1, 2 et 3 commande une partie du spectre, la variation de l’intensité de chaque lampe provoquant un changement d’intensité dans la bande spectrale correspondante. La somme de la quantité de lumière reçue dans chacune de ces bandes étant visible sur le graphe: la courbe en pointillé 18 représente la variation de l’intensité du rayonnement reçu par la ou les cellules photovoltaïques. 7 et par la cellule de mesure dans une bande spectrale d’environ 400 à 700 irai, la courbe composée de traits et de points successifs 19 celui compris dans une bande d’environ 700 à 900 nm et la courbe composée de traits et de doubles points alternés 20 celui compris dans une bande spectrale d’environ 900 à 1100 nm. La courbe en trait continu 21 représente la somme des quantités de lumière reçue dans chacune des trois bandes

[0014] La fig. 4 montre un graphe du même type que précédemment, où les trois bandes ont des intensités différentes. La somme se trouve avoir une autre répartition spectrale.

[0015] La fig. 5 est un troisième exemple d’intensités différentes conduisant à une répartition spectrale modifiée.

[0016] La fig. 6 montre une variante, qui consiste à utiliser des filtres recouvrant deux ou plusieurs bandes, différents pour chacune des lampes. La variation d’intensité des lampes provoquera également une variation d’intensité spectrale. Ce dispositif est intéressant par le fait qu’il permet à une plus grande partie de la lumière émise par chaque lampe d’atteindre la cellule photovoltaïque, mais il est limité par le fait que deux ou plusieurs lampes contribuent à chaque partie du spectre, ne permettant pas d’éteindre une bande sans modifier l’intensité des autres bandes spectrales.

[0017] Les lampes peuvent être de différents types, pourvu qu’il soit possible de faire varier leur puissance par une commande électrique. Les plus connues sont les lampes à incandescence ou halogènes, les tubes à décharge à gaz comme les tubes xénon ou krypton, ainsi que les tubes fluorescents. Une variante consiste à utiliser des lampes qui sont elles-mêmes monochromatiques, comme les diodes électroluminescentes ou certains tubes à décharge à gaz, et combinant en une seule unité la fonction d’émission de lumière et la fonction de délimitation de la bande spectrale.

[0018] Pour que le dispositif fonctionne à satisfaction, il est souhaitable que les bandes spectrales définies par les différents filtres soient aussi semblables que possible aux plages de sensibilité spectrale des cellules à mesurer.

Claims (7)

1. Dispositif de vérification de cellules photovoltaïques, caractérisé en ce qu’il comprend des lampes (1, 2, 3), des moyens (9, 10, 11) de faire varier la puissance d’au moins l’une desdites lampes, au moins l’une desdites lampes étant équipée d’au moins un filtre (4, 5, 6) apte à laisser passer une partie seulement du spectre de ladite lampe, les faisceaux desdites lampes s’additionnant dans un champ (22) apte à recevoir au moins une cellule photovoltaïque (7), la variation de puissance d’une des lampes par rapport à l’autre provoquant une variation du contenu spectral de la lumière reçue dans ledit champ et destinée à la cellule photovoltaïque (7).

2. Dispositif selon la fig. 1, caractérisé en ce qu’au moins une lampe est monochromatique.

3. Dispositif selon la revendications 2, caractérisé en ce qu’au moins une lampe comprend au moins une diode électroluminescente.

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’au moins une lampe comprend au moins un tube à décharge à gaz.

5. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la variation de puissance des lampes est obtenu par un moyen électromécanique.

6. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la variation de puissance des lampes est commandée par un ordinateur.

7. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la puissance de chaque lampe est asservie à la puissance reçue par une cellule de mesure (12, 13, 14), de telle façon que le contenu spectral reçu par la cellule photovoltaïque (7) soit contrôlé en temps réel.