Soutenance mémoire
L’augmentation du coût des énergies classiques et la limitation de leurs ressources font de l’énergie photovoltaïque une solution des plus prometteuses. En effet, elle présente des avantages tels que : l’abondance, l’absence de toutes pollutions et sa disponibilité en tout point du globe terrestre en plus ou moins grande quantité. C’est ainsi qu’actuellement, on assiste à u n regain d’intérêt pour les installations utilisant l’énergie solaire (cellule photovoltaïque), surtout dans des régions ayant des conditions climatiques favorables ou encore pour les applications sur des sites isolés.
Une cellule photovoltaïque ou ph otopile est un di spositif qui permet de transformer directement l’énergie lumineuse en énergie électrique. Pour améliorer le rendement des systèmes photovoltaïques selon leur utilisation, les fabricants ont conçu plusieurs types de cellules solaires: les cellules monocristallines, les polycristallines et amorphes.
Quand une cellule solaire est exposée à un éclairement, il se produit une génération de paires électron-trou. L’existence du champ électrique qui résulte de la mise en contact de deux matériaux dopés différemment au tour de la jonction permet de séparer ces charges électriques de signes contraires (positives et négatives) et d’obtenir une tension électrique. Ces porteurs photogénérés « succombent » par différents processus de recombinaison lors de leur diffusion au sein de la photopile limitant ainsi la performance de celle-ci. Ce phénomène de recombinaison réduit la collecte des porteurs de charges et par conséquent le rendement de la cellule solaire.
A modelling for ac photo conductance response of a n+ -p-p+ crystalline silicon: parti
monochromatic lig
Ce document comporte deux chapitres :
Dans le chapitre I, une etude bibliographique sur le régime dynamique fréquentiel exposant des méthodes de détermination de la durée de vieτ , de la longueur d’onde de diffusion L et de la constante de diffusion D a été faite.
Dans le chapitre II, après la résolution de l’équation de continuité régissant l’évolution des porteurs de charge minoritaires photogénérés dans la base, l’amplitude du photocourant a été corrélée à la fréquence de modulation et à la vitesse de recombinaison à la jonction, ce qui a permis à l’auteur de constater l’évolution de la fréquence de coupure en fonction du coefficient d’absorption du matériau.
Measurement of AC parameters of Gallium Arsenide (GaAS/Ge) solar by Impedance Spectrocopy
(Mesure des paramètres électriques d’une cellule en Arséniure de Gallium « GaAs/Ge », par spectroscopie d’impédance) [3] Dans cet article, il est proposé une méthode expérimentale de détermination des paramètres électriques. L’étude est faite sur une cellule solaire en Arséniure de Gallium par la méthode d’Impédance spectroscopique. Les mesures sont réalisées sur une cellule GaAs/Ge de taille (20 x 40 mm), la température de la salle est de 22ºC ±1ºC. La cellule est polarisée à l’obscurité, la tension de polarisation est comprise entre 0,3V et 0,9V et l’amplitude du signal alternatif est de 10 mV avec une fréquence variant de 1Hz à 60 kHz. Le spectre d’impédance obtenue est un demi-cercle (diamètre RP), il permet de déterminer les paramètres électriques de la cellule (RS, RP, C,) .
En examinant sa méthode, nous pouvons dire que lorsque la cellule est en situation de circuit ouvert, les demi-cercles ne sont plus parfaits. La résistance parallèle Rp qui est un paramètre important de la cellule est la combinaison de deux résistances : la résistance dynamique et la résistance shunt RSH. En générale Rsh >> RD lorsque ces cellules sont en situation de circuit ouvert, ce qui entraîne que RP = RD.
A new characterization method for Solar Cell dynamic impedance
(Nouvelle méthode de caractérisation d’impédance dynamique d’une cellule solaire) [4] Cet article présente une technique de caractérisation d’impédance dynamique d’une cellule solaire par une méthode basée sur la spectroscopie d’impédance. Pour cette nouvelle méthode de caractérisation d’impédance dynamique, on utilise un courant continu modulé d’un petit signal carré en lieu et place d’un signal sinusoïdal fréquemment utilisé en spectroscopie d’impédance. Cette méthode permet de réduire le matériel expérimental, de simplifier en rendant plus accessibles les mesures de l’impédance. Les mesures sont effectuées sur une cellule en silicium cristalline de surface (10 cm x 10 cm) Les conditions expérimentales sont :
– La température de la cellule est égale à la température ambiante de la salle
– La cellule est polarisée à l’obscurité .
Les courants et les tensions d’entrée et de sortie de la cellule test peuvent être visualisés par un oscilloscope numérique. Les données sont transférées au PC par l’intermédiaire du port de transmission de données de GPIB. L’impédance dynamique de la cellule solaire est calculée par MATLAB en utilisant la technique de FFT.
Fonctionnement de la photopile sous éclairement
Sous l’effet d’une excitation (optique ou électrique) des porteurs de charge sont générés dans la base de la photopile. Ces porteurs de charge peuvent diffuser à travers la zone de charge d’espace pour participer au courant externe. Certains subissent au sein de la photopile, des recombinaisons dues aux défauts présents dans la photopile après son élaboration, ce qui nécessite des étapes chimiques, thermiques et mécaniques. On peut citer d’autres défauts comme les impuretés d’atomes, les joints de grains (dislocations du réseau cristallin), etc.
Schémas électriques équivalents d’une photopile
Pour déterminer les paramètres électriques (résistance série, résistance shunt, inductance, la capacité) en vue d’un contrôle de la qualité d’une photopile, différents modèles de circuits électriques équivalents de la photopile ont été proposés. Nous allons, tout d’abord, présenter un modèle à exponentielle simple ou à une diode et ensuite un modèle à double exponentielle ou à deux diodes.
Le modèle à une diode, est une forme de représentation schématique d’une photopile en circuit électrique où l’on considère que la photopile est un générateur de courant avec ses différents éléments électriques placés dans un circuit caractérisant ainsi les phénomènes de résistivité, de fuite, de conductance, et de capacitance. [4] Dans ce modèle à une diode, les effets capacitifs de la zone de charge d’espace peuvent être mis en exergue en remplaçant la diode par une capacité de diffusion, une capacité de transition et une résistance en parallèle.
Dans le modèle à deux diodes, la diode modélisant les phénomènes de diffusion est remplacée par une capacité de diffusion, une capacité de transition et une résistance en parallèle et la diode modélisant les centres de recombinaison est remplacée par une autre résistance dynamique et une capacité de diffusion issues des centres de recombinaison.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
INTRODUCTION
I-1A modelling for ac photo conductance response of a n+-p-p+ crystalline silicon:
parti I: monochromatic lig
I.2 Measurement of AC parameters of Gallium Arsenide (GaAS/Ge) solar by Impedance Spectrocopy
I.3 A new characterization method for Solar Cell dynamic impedance
I-4 PV module dynamic impedance and its voltage and frequency dependencies
CONCLUSION
CHAPITRE II : ETUDE THEORIQUE DE LA PHOTOPILE MONOFACIALE SOUS ECLAIREMENT MONOCHROMATIQUE EN REGIME DYNAMIQUE FREQUENTIEL
INTRODUCTION
II-1 Présentation de la photopile bifaciale
II-1-1 Description d’une photopile monofaciale au silicium
II-1-2 Fonctionnement de la photopile sous éclairement
II-2 Densité des porteurs générés dans la base de la photopile par une lumière monochromatique en modulation de fréquence
II-2-1 Equation de continuité en régime dynamique fréquentiel
II- 2-2 Solution de l’équation de continuité et conditions aux limites
II- 2-2 -2 Solution particulière de l’équation avec second membre
II- 2-2 -3 Solution générale de l’équation sans second membre
II- 2-2 -4 Conditions aux limites
II-2-3 Profil du module de la densité des porteurs de charges photocréés dans la base
II-3-1 Expression de la densité de photocourant
II-3-3 Photocourant de court circuit
II-4 Phototension
II-4-1Expression de la phototension
II-4-2 Profile de la phototension
II-4-3 Phototension de circuit ouvert
II-5 Vitesse de recombinaison à la face arrière
II-5-1 Expression de la vitesse de recombinaison
II-5-2 Profile de la vitesse de recombinaison
II.6. Vitesse de recombinaison intrinsèque à la jonction Sfo
CONCLUSION
CHAPITRE III : DETERMINATION DES PARAMETRES ELECTRIQUES D’UNE PHOTOPILE MONOFACIALE AU SILICIUM
INTRODUCTION
III-1 Schémas électriques équivalents d’une photopile
III-2 Impédance dynamique
III-3 Représentation de Nyquist
III-4 Diagramme de Bode
III-4.1 Diagramme de Bode du module de l’impédance
III-4.2 Diagramme de Bode de la phase de l’impédance
III-5 Caractéristiques courant-tension
III-5-1 Courant de diode
III-4-2 Caractéristiques courant-tension
III-4-3 Puissance électrique de la photopile
III-4-3-1 Expression de la puissance
III-4-4 Facteur de forme et rendement de conversion photovoltaïque
III-4-4 -1 Facteur de forme
III-4-4 -1 Rendement de conversion photovoltaïque
III-4-4-2 Expression du rendement
CONCLUSION GENERALE
