Brevet FR3070560A1 — publié le 20190301

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé d'analyse d'une installation comprenant au moins un module électroluminescent, le module pouvant typiquement être un panneau photovoltaïque. Le procédé d'analyse permet l'établissement d'une cartographie d'une fonction de l'efficacité du transport des charges électriques au sein de l'installation, afin d'identifier des dysfonctionnements du module ou des défauts de connexion dans l'installation, et d'anticiper d'éventuelles défaillances de l'installation. ETAT DE LA TECHNIQUE La performance électrique d'une installation comprenant un ou plusieurs modules photovoltaïques dépend des deux grandeurs suivantes : - D'une part, le rendement de conversion du matériau photovoltaïque de la lumière qui lui est incidente, en énergie électrique, - D'autre part, l'efficacité d'extraction et d'acheminement de l'énergie électrique jusqu'au point de consommation ou de stockage de cette dernière. Le vieillissement d'une installation photovoltaïque et des modules qui la composent entraine une dégradation simultanée de ces deux grandeurs, mais selon des cinétiques distinctes. De ce fait, il est important de pouvoir découpler ces deux grandeurs pour pouvoir identifier et quantifier les sources de perte de performance de l'installation, et déterminer les mesures correctrices appropriées. Dans cette optique, il existe plusieurs techniques de contrôle de la performance d'une installation photovoltaïque, qui peuvent par exemple être basées sur une analyse électrique ou optique de l'installation. Parmi elles, on connaît en particulier la photoluminescence, qui consiste à exciter un module photovoltaïque à l'aide d'une sollicitation lumineuse. A la suite de cette excitation, le module réagit en émettant de la lumière. L'analyse d'une image de la lumière générée par le module permet d'identifier les possibles régions à faible absorption lumineuse et les régions où la qualité du matériau photovoltaïque est médiocre. Cependant, cette technique n'est pas satisfaisante car elle est d'implémentation complexe pour obtenir une illumination homogène sur l'ensemble du module, et en outre elle n'est pas applicable à l'analyse d'une installation comprenant plusieurs modules. 2 Enfin, les images de photoluminescence sont acquises en imposant une tension de circuit ouvert au module, ce qui implique qu'aucune information sur l'activité électrique du module ne peut en être déduite. 5 On connaît également l'électroluminescence comme méthode d'analyse d'un module photovoltaïque. Cette technique consiste à appliquer aux bornes d'une installation photovoltaïque une tension électrique, ou à injecter un courant déterminé dans l'installation, ce qui provoque l'émission de lumière par le module. L'analyse d'une image acquise pendant cette émission lumineuse permet d'identifier 10 d'éventuels défauts pouvant limiter les performances du module, tels que par exemple des fissures ou des dislocations, etc. La publication d'O. Breitenstein et al. (2010) « Quantitative evaluation of electroluminescence images of solar cells », phys. stat. sol. (RRL), 4: 7-9. doi:10.1002/pssr.200903304, décrit un procédé d'analyse quantitative d'images 15 d'électroluminescence d'un module photovoltaïque. Dans ce procédé, le module photovoltaïque est modélisé comme un ensemble de résistances connectées en série avec une diode. Deux images d'électroluminescence du module sont acquises avec respectivement deux différences de potentiel distinctes appliquées au module, et ces images sont ensuite 20 traitées pour déterminer la résistance série et le courant de saturation du module. Ce procédé n'est pas applicable à une installation photovoltaïque comprenant plusieurs modules, du fait du modèle mathématique sur lequel il repose. De ce fait, il ne permet pas non plus de déterminer l'efficacité de 25 l'acheminement de l'électricité du ou des modules au point de collecte de l'électricité. PRESENTATION DE L'INVENTION Au regard de ce qui précède, l'invention a pour but de pallier aux 30 insuffisances de l'art antérieur. En particulier, un but de l'invention est de proposer une méthode d'analyse quantitative des performances d'une installation électrique pouvant comprendre plusieurs modules photovoltaïques. Un autre but de l'invention est de permettre simultanément : 3 - d'une part de quantifier les défaillances électriques lors de l'acheminement de l'énergie électrique au sein de l'installation, et - d'autre part d'évaluer l'état de vieillissement des modules photovoltaïques de l'installation. 5 Un autre but de l'invention est d'être d'implémentation simple. A cet égard, l'invention a pour objet un procédé d'analyse d'une installation électrique comprenant au moins un module électroluminescent, le procédé étant mis en oeuvre par un système comprenant au moins une source d'alimentation 10 électrique, une caméra et un calculateur, le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition par la caméra d'une première image d'électroluminescence de l'installation, pour une première alimentation électrique fournie à l'installation par la source, 15 - acquisition par la caméra d'une seconde image d'électroluminescence de l'installation, pour une seconde alimentation électrique fournie à l'installation par la source, dans lequel les alimentations électriques fournies à l'installation sont déterminées de sorte que les tensions V1 et V2 d'un terminal d'entrée de l'installation lors de 20 l'acquisition respectivement de la première et de la deuxième image sont liées par la relation : 171 2), on peut en déduire l'existence de l'un des problèmes suivants : - Défaut de conception d'un module (mauvaise soudure, point chaud), 5 - Phénomène de dégradation d'un module lié au vieillissement, - Mauvaise qualité de connexion (connecteurs, boites de jonctions, barres de bus, etc.) de l'installation hors modules. Cette étape 500 qui est de mise en oeuvre plus rapide que les étapes 300 et 10 400 peut aussi être mise en oeuvre avant ces étapes pour réaliser d'abord un premier diagnostic qualitatif. Il est néanmoins préférable de mettre aussi en oeuvre les étapes 300 et 400, en particulier si les ratios d'efficacité de transport électrique calculés à l'étape REVENDICATIONS1. Procédé d'analyse d'une installation électrique (I) comprenant au moins un module électroluminescent (M), le procédé étant mis en oeuvre par un système comprenant au moins une source d'alimentation électrique (10), une caméra (11) et un calculateur (120), le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition (100) par la caméra (11) d'une première image d'électroluminescence de l'installation, pour une première alimentation électrique fournie à l'installation par la source (10), - acquisition (100) par la caméra (11) d'une seconde image d'électroluminescence de l'installation, pour une seconde alimentation électrique fournie à l'installation par la source (10), dans lequel les alimentations électriques fournies à l'installation sont déterminées de sorte que les tensions V1 et V2 d'un terminal d'entrée de l'installation lors de l'acquisition respectivement de la première et de la deuxième image sont liées par la relation : 171 2. Procédé d'analyse selon la revendication 1, dans lequel la fonction de l'efficacité du transport des charges électriques au sein de l'installation est définie par: al av(x, y) ail, =0 f7-(x, y) = al, (x, y) av, avT=o Où : 19 - (x,y) est un point de l'installation, - V(x,y) est la tension électrique locale de l'installation, - VT est la tension au terminal de l'installation électrique, - IL(x,y) est le courant électrique local photogénéré par l'installation, 5 - et I est le courant électrique au terminal de l'installation électrique. 3. Procédé d'analyse selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la cartographie de la fonction d'efficacité du transport des charges électriques dans l'installation est obtenue par application de l'équation suivante : a ln» (x, y)) 10 (x, y) qV T kT où : - (DEL (x, y)est l'intensité de l'image d'électroluminescence du module, - q est la charge électrique élémentaire, - T est la température du module, 15 - kB est la constante de Boltzmann. 4. Procédé d'analyse selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la fonction de la qualité de l'acheminement des charges électriques par l'installation est la résistance électrique locale RT(x,y) dans l'installation, définie par : d177, - 7 (X, Y) I RT (X, 37) - ôj(x, y) I a h=c) 20 5. Procédé d'analyse selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la fonction de la qualité du transport des charges électriques dans le module est la j(x, y) dérivée de la densité de courant locale par rapport à la tension locale aV(x, y) 6. Procédé d'analyse selon l'une des revendications précédentes, comprenant 25 en outre une étape (90) de calibration absolue des intensités des images d'électroluminescence acquises, et l'établissement d'une cartographie (300) de la fonction de la qualité du transport des charges électriques dans le module, 20 dans lequel l'établissement de ladite cartographie comprend les étapes suivantes : - pour chaque image d'électroluminescence acquise, détermination (310) d'une cartographie du rendement quantique externe du module à partir de l'intensité de l'image d'électroluminescence, 5 - pour chaque image d'électroluminescence acquise, établissement (320) d'une cartographie de la densité de courant dans le module pour chaque image d'électroluminescence, à partir de la cartographie de rendement quantique externe du module, et - à partir de la différence d'alimentation électrique fournie à l'installation entre 10 les acquisitions des deux images d'électroluminescence, établissement de la cartographie (330) de la fonction de la qualité du transport des charges électriques. 7. Procédé d'analyse selon la revendication 6, comprenant en outre 15 l'établissement (400) d'une cartographie de la qualité de l'acheminement des charges électriques dans l'installation à partir de la relation : =1+ fT(x, y) ( . aj(x, y) RT (X y). av(x, y)) 1 8. Procédé d'analyse selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les alimentations électriques Al et A2 fournies à l'installation respectivement lors de 20 l'acquisition des première et deuxième images d'électroluminescence sont des tensions V1 et V2 électriques appliquées aux bornes de l'installation telles que : 9. Procédé d'analyse selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'installation (I) comprend une pluralité de modules photovoltaïques (M), et le 25 procédé comprend en outre le calcul (500) d'un ratio des valeurs de la fonction de l'efficacité du transport des charges électriques au sein de l'installation calculées pour deux modules distincts et, en fonction du résultat, la détermination d'un dysfonctionnement d'un module ou d'un défaut de connexion dans l'installation. 21 10. Système (1) d'analyse d'une installation (I) électrique comprenant au moins un module électroluminescent (M), le système comprenant : - une source d'alimentation électrique (10) de l'installation, - une caméra (11) adaptée pour acquérir des images d'électroluminescence 5 de l'installation, et - une unité de traitement (12) comprenant un calculateur (120), le système étant caractérisé en ce qu'il est adapté pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes.