Une étude révèle que le gain de performance des modules solaires à contact arrière dans des configurations ombragées est limité à certaines conditions spécifiques

D’après pv magazine international.

Des chercheurs du Laboratoire national de recherche en science et technologie photovoltaïques (SKL) de Trinasolar et de l’université de Nanchang en Chine ont mené une série de simulations dans le but de comparer les performances des cellules solaires à contact arrière (BC) avec celles des cellules TOPCon dans des conditions d’ombrage.

Le groupe de recherche a indiqué que son objectif n’était pas d’analyser les performances des deux types de cellules en termes de polarisation inverse, mais plutôt d’évaluer les caractéristiques de rendement de la technologie BC au niveau du module. Cette analyse prend en compte le format du module, les diodes et les conditions d’ombrage réelles.

La polarisation inverse, par exemple, se produit lorsqu’une cellule individuelle est ombragée et que les autres cellules du module tentent de faire passer un courant plus élevé à travers celle-ci. Des études récentes ont révélé que cette pratique peut altérer la structure de la cellule ombragée et induire une élévation de la température, ce qui engendre des dommages supplémentaires.

Dans le cadre de cette étude, l’équipe de recherche a postulé que les panneaux BC présentent une performance optimale dans des conditions d’ombrage. Cette hypothèse s’appuie sur la formation d’un effet tunnel dans la jonction PN, située à l’arrière de la cellule BC. L’augmentation de la tension de polarisation inverse jusqu’à une valeur critique conduit à la mise en place de cet effet tunnel. Cette approche permet d’assurer une harmonisation entre le courant de la cellule ombragée et celui des cellules non ombragées, ce qui, selon les chercheurs, contribue à une atténuation de l’impact de l’ombrage au niveau du module.

Dans les dispositifs PERC et TOPCon, en revanche, la région dopée de type p et la région dopée de type n sont séparées par le substrat en silicium, ce qui complique la rupture de la jonction PN de la cellule à contact frontal dans des conditions d’ombrage.

« La question de savoir si les caractéristiques de sortie des modules BC dans des scénarios d’ombrage réels sont supérieures à celles des modules à cellules à contact frontal n’a pas encore fait l’objet d’un consensus parmi les consommateurs de modules et les chercheurs », ont déclaré les scientifiques. « Nos travaux permettent de combler cette lacune dans la recherche et fournissent des références clés pour la conception technique et les investissements sur le marché. »

La série de simulations a été réalisée en supposant que les conditions expérimentales standard étaient adoptées, avec un rayonnement solaire fixé à 1 000 W/m² et une température de 25 °C. Dans le cadre de l’expérimentation menée, une feuille de plastique noire opaque a été employée afin de fournir une ombre sur les panneaux TOPCon et BC. Cette démarche s’est déroulée selon trois scénarios prédéfinis : l’ombrage d’une seule cellule sur un module unique, l’ombrage de la rangée courte sur une série de douze modules, et enfin, l’ombrage de la rangée longue sur les mêmes modules.

La première analyse s’est concentrée sur les écarts relatifs de puissance normalisée entre la chaîne TOPCon et la chaîne BC avant et après l’ombrage. Cette étude a révélé que la tension de claquage critique des cellules BC est plus faible, indiquant que ces dispositifs sont « plus susceptibles » de générer du courant lorsqu’ils sont soumis à une tension de polarisation inverse.

Des expérimentations supplémentaires, mettant en œuvre des ombrages à divers niveaux d’une cellule unique, avec une plage d’ombrage s’étendant de 0 % à 100 %, ont été réalisées. Ces recherches ont révélé que les modules BC ne surpassent les modules TOPCon que lorsque moins de trois cellules d’une sous-chaîne sont ombragées.

« Les modules BC surpassent les modules TOPCon lorsque le nombre de cellules ombragées est inférieur à trois, tandis que leur puissance de sortie devient identique au-delà de ce seuil », ont déclaré les chercheurs. « Cette différence est due à la tension de claquage de 5 V de la cellule BC et à la polarisation négative totale de 15 V nécessaire à l’activation de la diode de dérivation. »

Ils ont également conclu que, dans les projets photovoltaïques à grande échelle, où l’ombrage est souvent négligeable, les performances des deux technologies de cellules sont identiques.

« En ce qui concerne l’ombrage du côté court, le décalage au sein des sous-chaînes est constant, et ni les cellules BC ombragées ni les cellules TOPCon ne sont dans un état de polarisation inverse, de sorte que les performances de puissance de sortie des deux sont identiques », ont-ils conclu. « Dans le cas d’un ombrage sur le côté long, les courbes caractéristiques de sortie des deux modules sont complètement identiques, présentant toutes deux une courbe bimodale en escalier, de sorte que leurs performances en termes de puissance de sortie sont identiques. »

Leurs conclusions sont disponibles dans l’étude « Analyse des performances en termes de puissance de sortie d’un module photovoltaïque à contact arrière dans des conditions réelles d’ombrage sur le terrain : comparaison avec un module photovoltaïque TOPCon » (en anglais), récemment publiée dans Solar Energy.

Traduit par Marie Beyer.

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