D’après pv magazine International
Les chercheurs de l’Université de Miyazaki ont eu recours à une méthode Doppler laser non destructive pour analyser les effets des vibrations sur les cellules solaires intégrées dans un module photovoltaïque pour véhicules, de manière indépendante par rapport au toit du véhicule et aux composants du module. L’étude explore aussi la possibilité de concevoir des modules VIPV résistants à la résonance. Les résultats sont présentés dans l’article intitulé « Direct detection of vibration and resonance of the solar cells in vehicle-integrated photovoltaic modules », publié dans Solar Energy Materials and Solar Cells.
« À ma connaissance, personne n’avait encore envisagé que les cellules solaires à l’intérieur du module puissent vibrer et résonner indépendamment de la structure du module. Cet article est le premier à fournir des mesures expérimentales indiquant que les cellules peuvent résonner à leur propre fréquence naturelle de résonance », a déclaré Kenji Araki, auteur correspondant, à pv magazine. L’équipe rapporte que, contrairement aux installations fixes sur les bâtiments, qui subissent des fréquences de vibration comprises entre 0,1 et 1 Hz, les systèmes photovoltaïques en mouvement atteignent des fréquences d’environ 1 000 Hz pour les camions et 2 000 Hz pour les voitures particulières.
Dans cette plage de fréquence, les mouvements des chaînes moléculaires de l’éthylène-acétate de vinyle (EVA) ne suffisent pas à amortir les vibrations, selon les scientifiques. Malgré le faible facteur d’amortissement de l’EVA, les tests n’ont pas révélé de fissures sur les cellules. « Nos mesures ont montré que les vibrations en résonance ne provoquent pas de contraintes catastrophiques susceptibles de fracturer les cellules. Toutefois, des recherches récentes sur les systèmes microélectromécaniques (MEMS) suggèrent que le silicium cristallin pourrait présenter une dégradation par fatigue sous stress cyclique », a précisé le chercheur, en faisant référence à des études sur la fatigue des matériaux en silicium et polysilicium dans les capteurs et actionneurs piézoélectriques MEMS.
« Cela implique que, même si le niveau de contrainte reste inférieur au seuil de rupture des cellules solaires, il faut rester prudent : l’augmentation de la densité de dislocations liée au stress cyclique pourrait entraîner une dégradation rapide des performances dans les applications photovoltaïques mobiles », a-t-il ajouté. La méthode non destructive utilisée reposait sur un vibromètre laser Doppler (LDV). Le recours à une mesure sans contact était « essentiel » afin d’éviter d’alourdir les cellules solaires, objets particulièrement légers, avec des têtes de capteurs physiques, expliquent les chercheurs. Ils ont également utilisé des autocollants en argent et des micro-miroirs sur le verre de couverture pour éviter que les têtes volumineuses des unités laser ne se gênent mutuellement, ce qui a permis des mesures séparées des vibrations du verre et des cellules.
La technique Doppler laser a permis de détecter les mouvements vibratoires indépendants d’une cellule solaire, ainsi que la résonance indépendante du verre/EVA, dont la fréquence de résonance est proche de celle du toit de la voiture. Les mesures ont confirmé que le toit d’un véhicule peut vibrer jusqu’à 2 000 Hz, conformément aux conditions d’essai définies dans la norme IEC 17650–3:2023. Au vu de ces résultats, les chercheurs notent qu’il n’est pas réaliste d’éliminer totalement la source des vibrations, mais que certaines modifications de conception — comme l’augmentation du nombre de rubans conducteurs (« tab ribbons ») — pourraient permettre de faire passer la fréquence naturelle de résonance au-dessus de 2 000 Hz.
L’équipe de recherche étudie désormais l’impact du stress cyclique sur les modules photovoltaïques flexibles, notamment leur comportement face aux contraintes subies lors de l’enroulement, du transport, ainsi que l’interaction entre les vibrations et les déformations locales des cellules solaires courbées, selon Kenji Araki. « En parallèle, nous développons une méthode d’inspection sans contact pour détecter les plis ou autres courbures locales dans les cellules solaires, phénomène fréquemment observé dans les modules courbes », conclut-il.
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