Modélisation du vieillissement d'une cellule photovoltaïque au silicium et de ses matériaux d'encapsulation

Abstract

La capacité mondiale de production photovoltaïque sera amenée à croître de manière importante dans les années à venir. Les installations ont une durée de vie estimée aux alentours d'une vingtaine d'années. Pendant cette période d'utilisation, les panneaux vont subir des dégradations causées par l'exposition au rayonnement solaire, à l'humidité et aux différences de température. Les matériaux constitutifs du module subissent un vieillissement ayant un impact négatif sur le rendement de l'installation. L'étude en laboratoire nécessite de soumettre les modules photovoltaïques étudiés à de fortes conditions de température, d'humidité voire de pression afin d'accélérer le processus de vieillissement. Pour mieux comprendre les phénomènes de vieillissement et l'impact de celui-ci sur l'efficacité des systèmes photovoltaïques, des études par simulation numérique sont conduites dans cette thèse où deux approches sont mises en œuvre. La première a pour but d'estimer l'évolution des performances d'un module photovoltaïque au cours de toute sa durée de vie. Pour cela, le module est modélisé par une représentation équivalente en circuit électrique dont les valeurs d'entrées sont définies à l'aide de lois de comportement connues sur le vieillissement des modules photovoltaïques. Les taux de dégradation obtenus sont en accord avec les résultats expérimentaux dans un climat chaud et humide (Miami). Dans la deuxième, le transfert radiatif dans le verre protecteur est modélisé par la méthode des volumes finis. La solution de l'équation de transfert radiatif est obtenue en utilisant la méthode des ordonnées discrètes et celle de Monte-Carlo. La transmissivité du verre est en accord avec les propriétés connues. L'épaisseur optique est alors rehaussée pour reproduire l'effet d'une atténuation du rayonnement incident par un dépôt de poussières sur la surface supérieure du verre. Une équivalence avec l'épaisseur optique apparente et le taux de poussière est établie. Puis, un filtre passe-bande dans le visible est appliqué dans le modèle sur la surface supérieure du verre pour maintenir la température basse et prévenir les effets des rayonnements ultraviolets (dégradation des matériaux) et infrarouges (échauffement du matériau semi-conducteur)