Etude des performances électriques annuelles de modules photovoltaïques bifaces. Cas particulier modules bifaces intégrés en façade verticale

par Bruno Soria

Thèse de doctorat en Optique et radiofréquences

Sous la direction de Jean-Emmanuel Broquin et de Eric Gerritsen.

Soutenue le 21-10-2014

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Institut national de l'énergie solaire (laboratoire) et de cea (laboratoire) .

Le président du jury était Anne Kaminski-Cachopo.

Le jury était composé de Jean-Emmanuel Broquin, Eric Gerritsen, Patrick Dupeyrat.

Les rapporteurs étaient Naftali Eisenberg, Raphaël Clerc.


  • Résumé

    Malgré le bénéfice apparent des modules bifaces, cette technologie souffre toujours d'un manque de visibilité sur les gains en performance qu'elle apporte. Dans cette thèse, nous étudions le cas de modules bifaces verticaux intégrés sur une façade et nous évaluons plusieurs architectures de modules spécifiques aux contraintes électriques et optiques des applications bifaces. Nous avons mis en place une méthodologie d'évaluation des performances électriques annuelles de modules bifaces basée sur trois outils : un dispositif de caractérisation en double éclairement au simulateur solaire, un banc de test modulable en environnement extérieur et son modèle optique avec un logiciel de tracé de rayons. Les résultats expérimentaux obtenus à court terme dans différentes configurations du banc ont permis de valider notre modèle optique. Ainsi, les performances annuelles de l'application façade verticale à échelle réduite ont pu être maximisées suivant les paramètres importants de l'application et du module. En particulier, les avantages d'une architecture à cellules découpées, à interconnexion en parallèle et à verres texturés ont été évalués séparément vis-à-vis des pertes résistives qui surviennent en double éclairement et du rayonnement souvent non-uniforme et diffus incident sur la face arrière du module. Ce travail à échelle réduite a permis de dresser des perspectives pour un module de taille réelle et d'initier des études à l'échelle du système biface.

  • Titre traduit

    Annual electrical performances of bifacial photovoltaic modules. Case study vertical facade integration of bifacial modules


  • Résumé

    Despite the apparent benefits of bifacial modules, their application still suffers from a lack of visibility on the performance gain that they can actually provide. In this thesis we consider the specific application of vertically oriented bifacial modules, notably for facade integration. We also consider several innovative module architectures to work around some of the electrical and optical constraints of bifacial modules. We have developed a methodology to evaluate the annual electrical performance of bifacial modules based on three tools. Firstly, a double illumination characterization setup is used in a solar simulator for comparing module architectures. Then, a reduced scale outdoor test bench allows us to evaluate bifacial module performance in a variety of configurations. Finally, a ray-tracing model validated with short-term outdoor data leads to the annual electrical performance. This methodology allowed us to find optimal performance according to the most important parameters of application and module. Specifically, a module architecture using half-cut cells, a parallel cell interconnection and textured glasses have been analysed with respect to their influence on the resistive losses which occur in double illumination as well as to their influence on the effect of non-uniform and diffuse irradiance on the backside of the module. This work enabled us to propose real size module architectures and to launch studies at the bifacial system level.


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