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06 14 03 14 6
Thomas Benoit Le Varlet
thomaslevarlet@hotmail.com

Faisal Chatha
& Thomas Le Varlet
Atelier de recherche encadrée
(ARE)
Sujet
: Piles et cellules
Enseignants
: Dr Rochet 
&
Dr Marangolo
Protocol
e
expérimental
:
étude de la performance de cellules photovoltaïques 
brisées
Date
: 26.02.2018
Constat
motivant l’expérience
Au vu des défi
s
écologiques et des pénuries de ressources 
aux portes de
l’humanité, les foyers de demains 
devront être alimentés par de l’énergie renouvelable combiné
e
à un système de stockage de l’é
nergie
pour assurer la permanence.
Les technologies actuelles permettant le mieux de répondre à ces 
besoins
sont les panneaux solaires couplés à un convertisseur de courant ainsi qu’à une batterie.
Les processus de 
production de ces technologies sont complexes et énergivores. 
Leur recyclage n’est pas évident. 
Dans une 
démarche écologique, l’optimisation de l’utilisation de ces technologies est importante.
But de l’
expérience
Purifier  le 
S
ilicon
de  ces  cellules 
photovoltaïques
est  très 
énergivore
(Stoppato
,  2008)
.  Il  convient  de 
maximiser l’utilité de chaque cm
2
de surface de cellule 
photovoltaïque
fabriquée afin de s’assurer que la 
cellule aura généré plus d’énergie durant sa durée de vie qu’il en aura été nécessaire pour la fabriquer
, la 
mettre  en  se
rvice  et  gérer  sa  fin  de  vie
(Michael  &  Sally,  2013)
. Aujourd’hui, 
selon 
Dricus  de  Rooij, 
directeur de l’approvisionnement chez Sinovoltaics, 
1 à 3% des cellules 
photovoltaïques
sont b
risées lors 
de  leur  fabrication  ou  lors  de  l
eur  transport
(Rooij,  2010)
.  Ces  cellules  cassées 
sont  envoyées  à  la 
déchetterie ou au recyclage et, plus rarement, sont récupérées pour être adaptées à des 
gadgets
moins 
regardants
au niveau de la performance
comme 
l
es 
petits 
chargeurs solaires
(Niclas, 2012)
. 
Cependant
, 
rien 
dans la composition des cellules photovoltaïques 
(Rensselaer Polytechnic Institute, 2006)
ne laisse 
penser que ces cellules partiellement brisées ne 
peuvent pas 
être découpées 
à l’endroit de la brisure 
et 
utilisées
pour leur rôle noble de départ, 
le seul rôle pour lequel une cellule photovoltaïque est rentable 
énergétiquement, 
leur  rôle  écologiquement  salvateur, 
soit  une  application  stationnaire
.  Nous 
voulons 
donc
étudier
l’i
mpact
sur la performance 
qu’a une brisure causant une
perte de surface 
sur 
une cellule 
photovoltaïque 
et  effectuer  une  comparaison 
avec
l
a  performance 
surfacique 
qu’aurait eu une même 
cellule photovoltaïque inaltérée. L’étude de la performance se fera par le suivi du 
voltage
, du courant et 
de la puissance générés en fonction de la surface altérée
.
Hypothèse
Le voltage
restera constant et
le courant et la puissance 
générés
s
er
ont proportionnels à la surface de la 
cellule 
photovoltaïque 
brisée
.
Les constantes
•
Les  cellules 
photovoltaïques
étudiées  seront  toutes 
identiques,  neuves, 
brutes
et 
venant  du 
même fournisseur
.
•
La source d’éclairage sera la même et de la même in
tensité
pour toutes les mesures.
•
La température, la pression et la composition de l’air dans la pièce sera identique
pour toutes les 
mesures.
•
La  méthode  de 
brisure  des  cellules
-
le  fraisage,
sensé  recréer  au  mieux  les  techniques 
actuellement 
disponibles
i
ndustriellement tout en permettant l’intégrité des cellules 
(Aypac, 
2011)
et l’obtention de 
découpes et de 
mesures précises
-
sera la même
à chaque fois.
La fraiseuse 
d
u
Fablab de l’UPMC sera utilisée.
•
Le multimètre utilisé 
sera le même
pour toutes les mesures.
La variable
La seule 
variable
qui changera entre 2 mesures sera la surface de 
la 
cellule 
photovoltaïque.
Le témoin
Une  cellule 
photovoltaïque
inaltérée  sera  utilisée  comme  témoin.
Les  mesures  nécessaires  lui  seront 
pré
levées   (surface,   voltage,   courant).   Cette    cellule   photovoltaïque   témoin   deviendra   ensuite 
expérimentale dès lors qu’elle sera fraisée. Ce cycle ‘’témoin
-
expérimentale’’ sera reproduit pour chaque 
cellule photovoltaïque neuve et identique accessible.
Les ré
sultats attendus 
Si l’hypothèse est correcte, 
le voltage restera constant et 
il existera une 
relation linéaire
entre l
es
surface
s 
plus ou moins 
grandes 
de
s
cellule
s photovoltaïques
fraisées 
et 
le 
courant
qu’elle
s
produi
sent
.
Cependant, 
l’espace entre les doigts récupérateurs du courant et le nombre de jeux de barres ainsi que leur 
positionnement 
sont
conçu
s
et positionnés 
optimalement pour les 
cellules
photovoltaïques
inaltérée
. La 
modification de leur agencement relatif dû a
u fraisage risque de réduire la performance surfacique des 
cellules
(Yang, Pietro, Weihua, & Hui, 2011)
.
Matériel à pourvoir
•
Au moins 
2
cellules 
photovoltaïques
identiques
•
Une règle graduée
et un marqueur
•
Une 
fraiseuse
(Fablab)
•
Une
lampe
reproduisant le spectre solaire et
émettant dans le proche UV
(Fablab)
•
Un multimètre
•
Un ordinateur avec Excel
Procédures
: manipulations et interprétations
1/ 
Installer la lampe de manière à ce que l’ampoule soit à 
10
centimètres au
-
dessus de la table.
2/ 
Tracer 
à l’aide d’un marqueur 
sur  une  feuille  en  papier  un  point  de  repère  sur  lequel  les  cellules 
photovoltaïques
seront placées. Placer
et 
stabiliser
la feuille optimalement sous la lampe.
3/ Mesurer la surface de l
a cellule photovoltaïque témoin
encore inaltérée.
4/ C
onnecter le multimètre au bornes positives et négatives de la cellule 
photovoltaïque
témoin qui sera 
placée sur le point de repère. Prendre les mesures de tension et de courant.
5/ 
De  manière  sécuritair
e, 
fraiser
soigneusement  la  cellule 
photovoltaïque
témoin  (qui  devient  alors 
expérimentale)
perpendiculairement  à  sa  longueur 
et 
à 
1,0  centimètre
du  rebord.
Cela  constituera  la 
nouvelle  surface  théorique. 
S’aider d’un marqueur et d’une règle graduée pour déterminer la ligne 
de 
coupe 
à suivre par la fraiseuse.
6/ 
À l’aide d’une règle graduée, m
esurer la surface de la cellule photovoltaïque 
expérimentale
qui vient 
d’être fraisée
. On utilisera les valeurs théo
riques de la surface restante après le fraisage, mais ces mesures 
de  la  surface 
réelle
testée
nous  permettront  de  déterminer  les  incertitudes
lors  du  traitement  et  de 
l’analyse des résultats.
7/ 
Connecter le multimètre au bornes positives et négatives de l
a cellule 
photovoltaïque
expérimentale
qui vient d’être fraisée
. Prendre les mesures de tension et de courant.
8/ 
Répéter
les étapes 
5, 6 et 7
pour obtenir autant de mesures que possible
dans la mesure où les bornes 
positives et négatives de la cellule pho
tovoltaïque sont encore accessibles
.
Pour 
obtenir plus de mesures
, 
plusieurs
cellule
s
photovoltaïque
s 
‘’témoins
-
expérimentales’’ identiques 
doivent
être 
fraisée
s
et testée
s
avec le même protocole.
9
/ 
Ouvrir  Microsoft  Excel  et  former  des  graphiques  montrant
l’évolution de la surface 
théorique 
de  la 
cellule 
photovoltaïque
en fonction de sa tension
générée
, puis en fonction de son courant
généré
, et enfin 
en fonction de sa puissance 
générée 
(P=V*I).
Ne pas oublier de prendre en compte les i
ncertitude
s liées 
à 
la  précision
de  la  surface  réelle  après  le  fraisage, 
la  précision  de  la  règle  graduée,
la  précision  du 
multimètre
et l’incertitude 
correspondant
aux différentes 
valeurs obtenues pour les 
différentes 
cellules 
photovoltaïques testées
avec le même 
protocole
. 
Cela permettra
d’ajouter 
d
es barres d’erreur
s
aussi bien 
verticales qu’horizontales.
1
0
/ 
Si la relation entre l
es
puissance
s
générée
s
par l
es
cellule
s
photovoltaïque
s à leurs différents stades 
de fraisage
en fonction de
leur
s
surface
s
correspondante
s
n’es
t pas linéaire, tenter d’expliquer pourquoi.
À l’inverse, si la relation est linéaire, 
également
tenter d’expliquer pourquoi.
1
2
/ 
Au vu de la comparaison des performances surfaciques d’une cellule photovoltaïque inaltérée avec 
celles d’une cellule 
photovoltaïque  fraisée  (unités
:  V/m
2
,  A/m
2
,  W/m
2
),  c
onclure  quant 
au  caractère 
intéressant ou pas
pour un industriel de découper 
et d’utiliser 
des cellules photovoltaïques partiellement 
brisée 
pour  leur  donner  la  même  mission  que  celle  pour  laquelle  les  c
ellules  ont  été  initialement 
fabriquées
(ignorer  la  viabilité  économique  et  logistique  qu’un  tel  processus  de  récupération 
engendrerait).  Quelle  configuration  (série
ou 
parallèle)  un  fabricant  devra
-
t
-
il  mettre  en  place  pour 
retrouver la performance d’une 
cellule neuve inaltérée à partir d
e
cellule
s
découpée
s
?
Schéma de l’expérienc
e
Bibliographie
Aypac. 
(2011, octobre 18). 
Howto: Cut solar cells in custom sizes.
Récupéré sur Youtube: 
https://www.youtube.com/watch?v=w50OZKEKXmk
Michael, D., & Sally, M. B. (2013). 
Energy Balance of the Global Photovoltaic (PV) Industry 
-
Is the PV 
Industry a Net Electricity Producer? 
Environ. Sci. Technol. 47 (7)
, 3482
–
3489.
Niclas, D. (2012, Janvier 6). Récupéré sur Sinovoltaics: http://sinovolta
ics.com/learning
-
center/solar
-
cells/broken
-
solar
-
cells
-
classification
-
and
-
applications/
Rensselaer Polytechnic Institute. (2006). 
How do PV panels or PV cells work?
Récupéré sur Lighting 
Research Center: http://www.lrc.rpi.edu/programs/NLPIP/lightingAnswer
s/photovoltaic/04
-
photovoltaic
-
panels
-
work.asp
Rooij, D. d. (2010, Décembre 15). 
Broken solar cells 
–
applications and recycling
. Récupéré sur 
Sinovoltaics: http://sinovoltaics.com/solar
-
cells/wanted
-
broken
-
solar
-
cells
-
for
-
recycling
-
purpose/
Stoppato, A. (
2008). Life cycle assessment of photovoltaic electricity generation. 
Energy, Volume 33, 
Issue 2
, 224
-
232. Récupéré sur 
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544207002137?via%3Dihub
Yang, Y., Pietro, P. A., Weihua, Z., & Hui, S. (2011). Ana
lysis of industrial c‐Si solar cell's front 
metallization by advanced numerical simulation. 
Progress in Photovoltaics: Research and 
Applications, Volume 20, issue 4
, 490
-
500. doi:10.1002/pip.1148
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