Nouvel article du SUNLAB: Progress in Photovoltaics
Quand les hypothèses simplificatrices s'effondrent : utilisation de l'albédo spectral par rapport à l'albédo large bande dans la modélisation et la mesure de cellules photovoltaïques à double face.
Des chercheuses et chercheurs du SUNLAB ont étudié en détail les effets de l'albédo spectral sur l'incertitude de modèles de systèmes et sur les mesures de dispositifs photovoltaïques prises à l’intérieur. Cette analyse, menée par Erin Tonita, candidate au doctorat au SUNLAB, caractérise les conditions dans lesquelles la nature spectrale de la couverture du sol entraîne une incertitude des modèles et mesures de l'ordre de plusieurs pour cent.
La couverture du sol sous un système photovoltaïque est souvent caractérisée par un albédo à valeur unique, l'albédo large bande. Cet albédo, utilisé dans les modèles photovoltaïques courants, est calculé en intégrant l'albédo spectral sur le spectre solaire standard, AM1.5G, de 280 nm à 3000 nm. Cette hypothèse simplificatrice ne tient pas compte de la distribution de l'énergie des photons sur la plage d'absorption des modules photovoltaïques, mais permet un calcul plus rapide du modèle et une utilisation avec des filtres de simulateurs solaires standard ciblant le spectre AM1.5G. Cependant, un sol particulier peut préférentiellement réfléchir ou absorber la lumière dans la gamme d'absorption d'un module photovoltaïque donné, augmentant ou diminuant l'irradiation incidente totale sur les modules photovoltaïques. Les hypothèses de large bande ne prennent pas en compte cet effet, ce qui nécessite l'utilisation de l'albédo spectral.
Dans cet article, les chercheuses et chercheurs du SUNLAB et de l'Arizona State University analysent les effets de l'albédo spectral pour :
10 conditions de sol, y compris l'herbe et la neige ;
les systèmes photovoltaïques à inclinaison fixe orientés vers le sud et les systèmes avec traqueurs à axe unique orientés est-ouest ;
30 sites, couvrant des latitudes comprises entre 15 et 75 °N ;
7 technologies de dispositifs photovoltaïques, avec une analyse approfondie des dispositifs à hétérojonction en silicium ;
les systèmes photovoltaïques à une face et à double face;
les mesures de mini-modules à hétérojonction de silicium dans un simulateur solaire.
À retenir
Les membres de l’équipe de recherche ont mesuré une variation du courant de court-circuit allant jusqu'à 2 % en incluant ou en omettant les effets de l'albédo spectral dans les mesures des dispositifs à double face. Pour la modélisation des systèmes photovoltaïques, l'irradiation réfléchie par le sol représente entre 2 % et 32 % de toute l'irradiation incidente sur les modules photovoltaïques, soulignant l'importance d'une modélisation précise du sol. Les effets spectraux ont causé jusqu'à ±13% d'incertitude sur l'irradiation arrière prédite.
Dans l'ensemble, les effets de l'albédo spectral se sont avérés les plus significatifs pour :
les systèmes photovoltaïques à inclinaison fixe à une latitude élevée
les technologies dont la bande interdite est large, telles que les modules en pérovskite et en CdTe ;
les albédos qui varient fortement dans la gamme d'absorption de la technologie ;
les couvertures de sol à albédo élevé, comme la neige.
Dans ces cas, les effets de l'albédo spectral entraînent une incertitude du modèle et de la mesure de l'ordre de plusieurs pour cent.
La prise en compte de la nature spectrale de l'albédo affecte à la fois l'efficacité de la conversion de l'énergie photovoltaïque et l'incertitude de la modélisation de l'irradiation photovoltaïque.
Cliquez ici pour lire l'article (en anglais).
E. M. Tonita, C. E. Valdivia, A. C. J. Russell, M. Martinez-Szewczyk, M. I. Bertoni, et K. Hinzer, Quantifying spectral albedo effects on bifacial photovoltaic module measurements and system model predictions, Prog. Photovolt. Res. Appl., 1-13 (2024). DOI: 10.1002/pip.3789