fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'université Ritsumeikan au Japon a identifié, grâce à des expériences en extérieur et à des simulations au niveau circuit, le mécanisme à l'origine du phénomène de points chauds en miroir dans des modules photovoltaïques commerciaux en silicium hétérojonction (HJT) demi-cellules de 120 cellules sous conditions d'ombrage partiel, et a développé un modèle au niveau circuit capable de prédire la formation de points chauds dans les cellules affectées.
Le point chaud en miroir désigne le phénomène suivant : lorsque l'ombrage partiel d'un module demi-cellules déclenche la diode de dérivation, les cellules non ombragées de la sous-chaîne miroir en parallèle entrent dans un état de polarisation inverse et, en raison du déséquilibre de courant, peuvent subir un échauffement local similaire à celui des cellules ombragées. L'équipe de recherche indique que des études antérieures avaient déjà confirmé que ce phénomène se produit tant en conditions de laboratoire contrôlées qu'en environnement extérieur réel, mais sans procéder à une attribution quantitative au niveau circuit de la dissipation et des paramètres de contrôle dans la sous-chaîne miroir, ni intégrer la rétroaction température-puissance régulant la dissipation dans des conditions de fonctionnement réelles dans un cadre prédictif validé.
Le module expérimental comprend six sous-chaînes, chacune composée de 20 cellules demi-cellules en série, deux sous-chaînes étant connectées en parallèle pour former une unité protégée par une diode de dérivation, et trois unités étant connectées en série au niveau du module. Le prototype a été installé à l'extérieur sous ensoleillement naturel et connecté à une charge électronique ; les chercheurs ont utilisé des plaques d'ombrage pour masquer sélectivement une seule demi-cellule, tout en surveillant la distribution de température à l'aide d'une caméra infrarouge. Les mesures ont été maintenues pendant 10 minutes à deux tensions de fonctionnement fixes, 36,5 V et 22,7 V, avant de collecter les images thermiques.
Les résultats montrent que seul un échauffement significatif des cellules de la sous-chaîne miroir non ombragée se produit lorsque la tension de fonctionnement est faible, c'est-à-dire lorsque la diode de dérivation est activée. À 22,7 V, les cellules miroir ont atteint 44,4 °C, soit 15,2 °C de plus que la température ambiante ; à 36,5 V, aucun échauffement similaire n'a été observé.
Pour analyser le mécanisme, l'équipe de recherche a établi un modèle de circuit équivalent sous LTspice, basé sur les paramètres de cellules coupon HJT encapsulées. Ce modèle reproduit les caractéristiques courant-tension mesurées du module et a été utilisé pour simuler la distribution de tension et la consommation d'énergie au niveau des cellules sous ombrage partiel, ainsi que pour examiner l'influence du déséquilibre de courant de court-circuit (ΔIsc), de la résistance shunt et de la température sur la formation des points chauds. Les simulations au niveau des cellules montrent que l'activation de la diode de dérivation est une condition nécessaire mais non suffisante pour la formation de points chauds miroirs localisés : si les cellules de la sous-chaîne miroir sont parfaitement identiques, la tension négative de l'unité se répartit largement ; un léger ΔIsc force en revanche une cellule miroir à entrer en polarisation inverse profonde, en faisant le principal point de dissipation. Dans l'analyse paramétrique, le ΔIsc a l'impact le plus important sur la consommation d'énergie du point chaud, suivi par les variations de la résistance shunt.
Les chercheurs concluent que cette étude fournit des recommandations au niveau circuit, validées en extérieur, pour atténuer les points chauds dans les modules demi-cellules, avec une portée dépassant la simple évaluation des cellules ombragées. Les résultats ont été publiés dans la revue « Solar Energy » sous le titre « Outdoor validated mismatch driven mirror-cell hotspots in half-cell silicon heterojunction modules ».
