INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’invention porte plus particulièrement sur une caractérisation électrique de cellules composant un module photovoltaïque au moyen de l’observation d’une lumière émise par phénomène d’électroluminescence.
Un module photovoltaïque se compose de cellules individuelles connectées en série ou en série-parallèle afin d’obtenir la puissance recherchée par augmentation de la tension plutôt que par augmentation du courant qui est source de perte par effet Joule. Cette disposition est commune à toutes les technologies de module photovoltaïque, que le module soit composé de cellules silicium ou bien de cellules en couches minces à base de CIGS, CdTe ou Pérovskite.
La caractérisation d’un module photovoltaïque peut être réalisée en menant des mesures électriques de type courant-tension I-V qui permettent de quantifier la puissance du module ainsi que ses caractéristiques électriques essentielles que sont la résistance série, la résistance parallèle, le courant de recombinaison, voire le facteur d’idéalité.
Ces caractéristiques sont obtenues de manière globale pour le module. Une fois le module fabriqué, la caractérisation individuelle des cellules est impossible par cette méthode. On notera que si la caractérisation individuelle des cellules est possible avant assemblage pour les modules à cellules silicium, cela reste impossible pour les modules à cellules en couches minces.
Or on cherche à connaître les caractéristiques électriques ci-dessus mentionnées cellule par cellule afin de pouvoir étudier le module non seulement juste après fabrication, mais également après vieillissement accéléré ou en production.
L’imagerie d’électroluminescence est une autre méthode de caractérisation qui permet d’identifier des zones de faible/forte recombinaisons électroniques et/ou de rupture mécanique (fissures) et ainsi de porter un jugement qualitatif cellule par cellule, sans quantification.
L’identification des causes de la moindre performance d’un module photovoltaïque constitué de la mise en série de cellules individuelles (ou de champs de modules mis en série) n’est cependant pas aisée à partir de la réalisation d’une seule image d’électroluminescence ou bien photoluminescence.
En particulier, la distinction de l’effet de la résistance parallèle (également dénommée résistance shunt ) ou du courant de recombinaison dans l’obscurité (caractéristique des défauts électroniques) n’est pas alors pas faisable. Il est connu qu’une image d’électroluminescence à faible tension met en évidence les zones de shunt (fuite de courant) d’un dispositif photovoltaïque (cellule ou module). En revanche, dans le cas d’un module associant des cellules en série, la mesure à une seule tension basse ne permet pas d’arbitrer avec certitude entre une plus faible résistance parallèle dans le cas où le courant de recombinaison dans l’obscurité serait également plus faible pour la même cellule. De même, une image à forte tension ne permet pas de distinguer une perte d’intensité d’électroluminescence due à une résistance série plus élevée ou un courant de recombinaison dans l’obscurité plus élevée et encore moins une combinaison des deux sources de perte.
L’invention a pour objectif de fournir une solution qui puisse permettre d’obtenir une évaluation quantitative des caractéristiques électriques individuelles des différentes cellules composant un module photovoltaïque.
A cet effet, l’invention propose un procédé de caractérisation électrique de cellules composant un module photovoltaïque qui comprend une étape de réalisation de mesures d’intensité lumineuse émise par électroluminescence par chacune des cellules en fonction d’une tension appliquée au module. Ce procédé comprend par ailleurs une étape de détermination, à partir des mesures d’intensité lumineuse émise par électroluminescence par chacune des cellules dans une première plage de tension appliquée au module, de relations hiérarchiques ou de relations analytiques entre des premiers paramètres électriques caractéristiques des cellules. Ce procédé comprend en outre une étape de détermination, à partir des mesures d’intensité lumineuse émise par électroluminescence par chacune des cellules dans une deuxième plage de tension appliquée au module, de relations hiérarchiques ou de relations analytiques entre des deuxièmes paramètres électriques caractéristiques des cellules.
les cellules étant connectées en série pour former une unique branche de cellules, les étapes de détermination comprennent la détermination de relations analytiques entre les premiers et les deuxièmes paramètres électriques caractéristiques des cellules ; les cellules étant réparties en plusieurs branches parallèles et étant connectées en série sur chaque branche, les étapes de détermination comprennent, pour chacune des branches, la détermination de relations analytiques entre les premiers et les deuxièmes paramètres électriques caractéristiques des cellules de la branche ; les étapes de détermination comprennent la détermination de relations hiérarchiques entre les premiers et les deuxièmes paramètres électriques caractéristiques des cellules ; les étapes de détermination comprennent chacune une hiérarchisation des mesures d’intensité lumineuse émise par électroluminescence par chacune des cellules respectivement dans la première plage de tension appliquée au module et dans la deuxième plage de tension appliquée au module ; il comprend en outre une étape d’estimation, à l’aide des relations hiérarchiques ou des relations analytiques, de paramètres d’un modèle électrique du module incluant les premiers et les deuxièmes paramètres électriques caractéristiques des cellules ; l’estimation des paramètres du modèle électrique du module comprend la résolution d’un problème d’optimisation exploitant en tant que contraintes lesdites relations hiérarchiques ou lesdites relations analytiques, les paramètres ainsi estimés permettant de mettre en correspondance, pour chacune des cellules, les mesures d’intensité lumineuse réalisées pour la cellule avec une intensité lumineuse calculée pour la cellule à partir du modèle électrique du module ; les paramètres du modèle électrique incluent un ou plusieurs paramètres électriques caractéristiques du module ; le premier paramètre électrique caractéristique d’une cellule est une résistance de fuite de la cellule, le deuxième paramètre électrique est un courant d’obscurité de la cellule et la première plage de tension couvre des tensions plus faibles que les tensions couvertes par la deuxième plage de tension ; il comprend en outre la détermination d’une résistance série de chacune des cellules ; les mesures d’intensité lumineuse émise par électroluminescence par chacune des cellules sont des mesures d’intensité moyenne.
La illustre schématiquement l’architecture d’un concentrateur dans lequel la présente invention est implémentée.
Selon l’exemple d’architecture matérielle représenté à la , le concentrateur Co comprend , reliés par un bus de communication 300 : un processeur ou CPU (« Central Processing Unit » en anglais) 301 ; une mémoire vive RAM (« Random Access Memory » en anglais) 302 ; une mémoire morte ROM (« Read Only Memory » en anglais) 303 ; une unité de stockage telle qu’un disque dur (ou un lecteur de support de stockage, tel qu’un lecteur de cartes SD (« Secure Digital » en anglais) 304 ; au moins une interface de communication 305 permettant au concentrateur de communiquer avec les équipements du réseau.
Le processeur 301 est capable d’exécuter des instructions chargées dans la RAM 302 à partir de la ROM 303, d’une mémoire externe (non représentée), d’un support de stockage (tel qu’une carte SD), ou d’un réseau de communication. Lorsque le concentrateur Co est mis sous tension, le processeur 301 est capable de lire de la RAM 302 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant la mise en œuvre, par le processeur 301, de tout ou partie du procédé décrit en relation avec la .
Le procédé décrit ci-après en relation avec la peut être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un microcontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, par exemple un FPGA (« Field-Programmable Gate Array » en anglais) ou un ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en anglais). En général, le concentrateur comprend de la circuiterie électronique configurée pour mettre en œuvre les procédés décrits en relation avec la .
La illustre un exemple d’un algorithme exécuté par un dispositif nœud lorsqu’il détecte une coupure de la fourniture en énergie électrique selon la présente invention.
A l’étape E40, un dispositif nœud, par exemple le dispositif nœud CP5, détecte une coupure de la fourniture en énergie électrique. La coupure de la fourniture électrique est par exemple détectée lorsque la tension de l’énergie électrique est inférieure à 70% de la tension nominale de l’énergie électrique.
A l’étape E41, le dispositif nœud CP5 procède à la sauvegarde des données mémorisées dans la mémoire vive dans la mémoire non volatile.
A l’étape E42, le dispositif nœud CP5 vérifie dans sa table de routage, s’il est relié à au moins un dispositif nœud voisin par une liaison radio.
Dans l’affirmative, le dispositif nœud CP5 passe à l’étape E43. Dans la négative, le dispositif nœud CP5 passe à l’étape E44.
A l’étape E43, le dispositif nœud CP5, selon l’exemple de la , est relié au dispositif nœud voisin CP4 par une liaison radio. Le dispositif nœud CP5 commande l’émission par l’interface radio d’un message point à point au dispositif nœud CP4 indiquant une coupure de la fourniture en énergie électrique et passe à l’étape E45.
A l’étape E44, la table de routage du dispositif nœud CP5, selon l’exemple de la , n’indique pas que le dispositif nœud CP5 est relié à un de ses dispositifs nœud voisins CP2, CP3 et CP4 par une liaison radio. Le dispositif nœud CP5 commande l’émission par l’interface radio d’un message de diffusion indiquant une coupure de la fourniture en énergie électrique.
Plus précisément, le message indiquant une coupure de la fourniture en énergie électrique comporte un champ indiquant un nombre prédéterminé de fois que le message doit être rediffusé par un compteur recevant le message. Par exemple le nombre prédéterminé est au maximum égal à trois, préférentiellement égal à zéro. Cette opération effectuée, le dispositif nœud CP5 passe à l’étape E45.
A l’étape E45, le dispositif nœud CP5 vérifie si une fin une coupure de la fourniture en énergie électrique est détectée. La fin de coupure de la fourniture électrique est par exemple détectée lorsque la tension de l’énergie électrique est supérieure à 90% de la tension nominale de l’énergie électrique.
Dans l’affirmative, le dispositif nœud CP5 passe à l’étape E46. Dans la négative, le dispositif nœud CP5 retourne à l’étape E45.
A l’étape E46, le dispositif nœud CP5 vérifie dans sa table de routage, s’il est relié à au moins un dispositif nœud voisin.
Dans l’affirmative, le dispositif nœud CP5 passe à l’étape E47. Dans la négative, le dispositif nœud CP5 passe à l’étape E48.
Le nombre de modes N m pris en compte pour la méthode de synthèse peut avantageusement varier entre 2 et 30.
L'impédance d'entrée du résonateur modélisé s'exprime en fonction des paramètres modaux de la manière suivante :
avec les paramètres modaux suivant : ω n la pulsation modale, α n l’amortissement modal et A n l’amplitude modale.
Pour un doigté donné, les pressions modales p n sont liées linéairement au débit tel qu'en représentation fréquentielle on ait :
Où Z n est une fonction de transfert du deuxième ordre que l'on met sous forme discrète grâce à la méthode de l'invariance de la réponse impulsionnelle. On a ainsi :
p n [k]= b c0,n u[k] + b c1,n u[k-1] + b c2,n u[k-2] + a c1,n p n [k-1] + a c2,n p n [k-2] (1)
Les coefficients de cette équation aux différences varient en fonction du doigté, car ils dépendent des résonances du résonateur telles qu'elles sont décrites par les paramètres modaux ω n la pulsation modale, α n l’amortissement modal et A n l’amplitude modale
Les coefficients de l'équation aux différences admettent les expressions suivantes en fonction des paramètres modaux :
avec F s la fréquence d’échantillonnage de la synthèse.
À ce stade de la boucle le débit u[k] est inconnu. On commence par calculer la composante strictement causale des pressions modales :
où est la composante retardée du débit u[k-2] à laquelle on a ajouté une composante bruitée et une composante sinusoïdale de facilitation des transitoires. Comme on le verra plus loin, cette composante sinusoïdale permet d’améliorer les transitoires d’attaque.
On somme ensuite les V n pour obtenir la partie strictement causale de la pression
Concernant le modèle de l’anche 10 sur la .
On calcule ensuite la position et l'ouverture de l'anche. La dynamique de l'anche est régie par un modèle masse-ressort à deux paramètres : pulsation de résonance ω r et amortissement q r . Ces paramètres peuvent être ajustés en fonction des paramètres de contrôle et du doigté afin de favoriser la production de son ou d'ajuster le timbre du son produit. De ces paramètres sont déduits les coefficients du filtre numérique liant la position de l'anche sans limitation x t à l'écart entre pression dans le bec et pression dans la bouche p[k-1]-g , grâce à la méthode de l'invariance de la réponse impulsionnelle. À ce stade de la boucle, la pression instantanée p[k] est inconnue et il est donc nécessaire d'utiliser la pression retardée d'un échantillon, p[k-1] . On obtient alors
On notera que certains éléments généralement présents dans une carte à puce ont été volontairement omis car ils ne sont pas nécessaires à la compréhension de la présente invention.
Il convient également de noter que la carte à puce 100 représentée en ne constitue qu’un exemple de réalisation, d’autres mises en œuvre étant possibles dans le cadre de l’invention. Par exemple, au moins une partie de chaque spire d’une pluralité de spires de la piste conductrice 50, peuvent être dans la zone d’embossage et aptes à être coupées par embossage d’un relief. La piste conductrice est ainsi particulièrement adaptée pour être coupée plusieurs fois par embossage d’un relief.
En outre, comme le comprend l’homme du métier, certains éléments de la carte à puce 100 ne sont décrits ici que pour faciliter la compréhension de l’invention, ces éléments n’étant pas obligatoires pour mettre en œuvre l’invention. Par exemple, une deuxième partie 50a rectiligne de la piste conductrice 50, la première partie 50b selon un motif en zigzag de la piste conductrice 50, et une troisième partie rectiligne 50c de la piste conductrice 50 sont représentées sur la dans la zone d’embossage 90 mais toutes ces parties ne sont pas obligatoires, notamment dans la zone d’embossage, pour mettre en œuvre l’invention.
De surcroît, la deuxième partie 50a et la première partie 50b, et donc aussi son motif en zigzag, de la piste conductrice 50 sont selon un axe parallèle aux grands côtés 11 du corps 10 de la carte 100, et la troisième partie 50c est selon un axe parallèle aux petits côtés 12 de la carte 100.
Néanmoins, l’homme du métier comprend qu’il peut adapter l’axe de chaque partie de la piste conductrice 50 dans la zone d’embossage, au relief qui sera embossé dans le corps 10 de la carte puce 100 pour couper ladite partie de la piste conductrice 50.
Par exemple, il peut adapter la première partie 50b et donc son motif en zigzag, pour être selon un axe parallèle aux petits côtés 12 du corps 10 ou selon un axe qui n’est parallèle à aucun côté dudit corps 10.
L’homme du métier comprend aussi qu’il peut adapter l’emplacement de chaque partie de la piste conductrice 50 dans la zone d’embossage aux reliefs pouvant être embossés, ou qui seront embossés, dans le corps 10 de la carte puce 100 pour couper ladite partie de la piste conductrice 50.
Par exemple, si la zone d’embossage s’étend selon une direction longitudinale perpendiculaire à une direction transversale, la piste est centrée dans la zone d’embossage selon la direction transversale. Typiquement, si la zone d’embossage prédéterminée est rectangulaire comme représentée sur la , une partie de la piste conductrice 50 est placée parallèle et à proximité de la médiane de plus grande longueur de la zone d’embossage, c’est-à-dire parallèle aux bords 91 de plus grande longueur de zone d’embossage, et plus proche de ladite médiane que des bords 91 de plus grande longueur de la zone d’embossage.
La piste conductrice est ainsi positionnée pour être coupée par embossage d’un relief, notamment par embossage d’un caractère selon la norme ISO/IEC 7811-1, tout en permettant une tolérance maximale quant au positionnement transversale du relief embossé, c’est-à-dire quant au positionnement du relief embossé selon un axe parallèle aux bords 92 de plus petite longueur de la zone d’embossage, notamment de la zone d’embossage 1 spécifiée par la norme ISO/IEC 7811-1.
La représente de manière schématique un exemple de vue partielle en coupe de la carte à puce de la comprenant la deuxième partie 50a de la piste conductrice 50.
Le corps 10 de la carte à puce 100 a une épaisseur EP.
Quand le corps est conforme au format ID1 spécifié par la norme ISO/IEC 7810 ou la norme ISO/IEC 7813, l’épaisseur EP du corps 10 est comprise entre 0,68 millimètres et 0,84 millimètres.
La deuxième partie 50a de la piste conductrice 50 a une épaisseur E, de préférence comprise entre 4 micromètres et 300 micromètres.
Plus généralement, au moins une partie de la piste conductrice qui est dans la zone d’embossage 90 et apte à être coupée par embossage d’un relief, a une épaisseur comprise entre 4 micromètres et 300 micromètres.
On notera que des parties de la piste conductrice 50 qui sont dans la zone d’embossage 90, notamment la deuxième partie 50a, la première partie 50b et la troisième partie 50c, peuvent avoir des épaisseurs différentes.
est un schéma d’un modèle électrique d’une cellule d’un module photovoltaïque ;
est un schéma d’un modèle électrique d’un module photovoltaïque composé de quatre cellules connectées en série ;
représente l’intensité d’électroluminescence des cellules d’un module dont l’une des cellules est affectée d’une résistance parallèle plus faible que celle des autres cellules du module, en fonction de la tension appliquée au module ;
représente l’intensité d’électroluminescence des cellules d’un module dont l’une des cellules est affectée d’un courant de recombinaison plus élevé que celui des autres cellules du module, en fonction de la tension appliquée au module ;
représente des mesures d’intensité d’électroluminescence pour différentes cellules d’un module, à partir desquelles des relations hiérarchiques ou analytiques entre des paramètres électriques des cellules peuvent être déterminées ;
représente des mesures d’intensité d’électroluminescence pour différentes cellules d’un module ;
, donnée à titre de comparaison avec la , représente l’intensité d’électroluminescence des cellules telle que découlant d’un modèle électrique dont les paramètres électriques sont issus d’un exemple de résolution d’un problème d’optimisation ;
est un schéma représentant l’enchaînement des principales étapes d’un mode de réalisation possible du procédé selon l’invention.
L’invention a pour objet un procédé de caractérisation électrique de cellules composant un module photovoltaïque, ce procédé comprenant la détermination de paramètres électriques caractéristiques de chacune des cellules (par exemple résistance parallèle, résistance série, facteur(s) d’idéalité, courant de recombinaison dans l’obscurité).
On a à cet égard représenté sur la un exemple de modèle électrique (i.e. un circuit équivalent) d’une cellule d’un module photovoltaïque qui inclut ici une diode D ainsi que la résistance série Rs et la résistance parallèle Rp caractéristiques de la cellule. Un modèle avec deux diodes est possible. La illustre quant à elle un modèle électrique d’un module composé de quatre cellules en série ayant chacune pour circuit équivalent le modèle de la .
L’invention est basée sur le constat réalisé par les inventeurs que certains paramètres électriques des cellules constituant le module ont des effets sur l’intensité d’électroluminescence, et ce pour des plages de tension différentes. Avec plusieurs images d’électroluminescence obtenues en faisant varier la tension appliquée au module, il est ainsi possible d’obtenir une évaluation d’un module qui traite de l’ensemble de ses paramètres électriques à l’échelle des cellules, et notamment de déterminer des relations hiérarchiques ou analytiques entre les paramètres électriques caractéristiques des cellules.
Une modélisation réalisée par les inventeurs a permis d’établir l’évolution comparée de l’intensité d’électroluminescence d’une cellule (dite défectueuse) affectée par une résistance parallèle plus faible comparée aux autres, toutes choses égales par ailleurs. Cette modélisation est basée sur un module à quatre cellules connectées en série dont l’une est défectueuse et dont les trois autres présentent une résistance parallèle de référence prise égale à 1000 Ω.
La représente ainsi l’intensité moyenne d’électroluminescence EL de la cellule défectueuse (en unité arbitraire) en fonction de la tension V appliquée au module (en Volt), et ce pour différentes valeurs de résistance parallèle de la cellule défectueuse. Ainsi, la résistance parallèle de la cellule défectueuse est de 1000 Ω pour la courbe Dref, de 500 Ω pour la courbe D1 et de 50 Ω pour la courbe D3.
La représente également l’intensité moyenne d’électroluminescence EL de chacune des trois autres cellules en fonction de la tension V appliquée au module, et ce pour les différentes valeurs de résistance parallèle de la cellule défectueuse. Ainsi, la résistance parallèle de la cellule défectueuse est de 1000 Ω pour la courbe Aref, de 500 Ω pour la courbe A1 et de 50 Ω pour la courbe A2.
Dans cet exemple, la couche corrodable 90 est une partie d’une carrosserie 9 dans lequel est inséré l’aimant 10 par une ouverture 91. Ainsi le procédé de détection de corrosion permet de détecter la corrosion d’une couche corrodable 90 dont une surface est difficilement accessible.
Selon un autre exemple non représenté, c’est l’appareil de mesure 20 qui est à l’intérieur de la carrosserie et l’aimant 10 qui est à l’extérieur sur la couche corrodable 9.
Dans cet exemple, l’épaisseur 92 ou les différentes épaisseurs de la couche corrodable 90 est/sont connues et l’étape E1 d’acquisition et de stockage de données dans une mémoire dont au moins des données de différents emplacements peut correspondre à une pluralité d’emplacement Em20 de l’aimant 10 sur la couche corrodable dont la distance de mesure peut changer par exemple en fonction de différentes épaisseurs 92 de la couche corrodable 90. La valeur d’une caractéristique magnétique mesurée de l’aimant 10 peut correspondre au flux (B) ou un ou des moments magnétiques ( ) de l’aimant 10 dans son repère. Cette étape peut être réalisée sur la carrosserie ne comprenant pas de couche corrodée.
Dans cet exemple, la couche corrodable 9 comprend une zone corrodée 900 et une portion cabossée 901 comprenant aussi une zone corrodée 902.
Le dispositif de détection 2 est aussi configuré pour réaliser l’étape de détermination E2 d’un emplacement Ea20, Ea21 de l’appareil de mesure 20 d’une valeur de caractéristique magnétique dans son repère tridimensionnel global X, Y, Z par rapport à l’emplacement de l’aimant Em20, Em21 ou peut être aussi en fonction des anciennes mesures ayant déduit une corrosion ou une suspicion de corrosion par l’utilisateur par exemple à la portion cabossée 901.