Dégradation des panneaux solaires : qu'est-ce que c'est et pourquoi s'en soucier ?

La technologie photovoltaïque (PV) fait l'objet de recherches et de développements intensifs depuis des années. La plupart des modules photovoltaïques de l'industrie ont une durée de vie standard de 25 ans, mais certaines entreprises leaders de l'industrie solaire comme Maxeon Solar ont développé cette technologie pour créer des panneaux solaires d'une durée de 40 ans ou plus, couverts par une garantie de 40 ans.

Pour comprendre les limites de durée de vie des modules PV,vous devez comprendre le concept de dégradation des panneaux solaires . C'est le principal phénomène affectant la durée de vie des modules PV et provoquant leur rupture. Dans cet article, nous vous expliquerons tout ce que vous devez savoir à ce sujet et vous donnerons des conseils pour réduire la dégradation des panneaux solaires.

Table des matières

La dégradation des panneaux solaires comprend une série de mécanismes par lesquels un module PV se dégrade et réduit son efficacité année après année.Vieillissementest le principal facteur affectant la dégradation des panneaux solaires, cela peut provoquer de la corrosion et du délaminage, affectant également les propriétés des matériaux PV.

D'autres mécanismes de dégradation affectant les modules PV comprennentDégradation induite par la lumière (LID), dégradation induite par le potentiel (PID), exposition extérieure et facteurs environnementaux . Il existe plusieurs outils et techniques utilisés pour déterminer la dégradation des panneaux solaires, notamment l'inspection visuelle, la thermographie infrarouge, l'électroluminescence (EL) et l'étalonnage des performances.

La dégradation des panneaux solaires est causée par le vieillissement et n'affecte pas seulement les grandes installations photovoltaïques, mais elle est présente sur toutes les installations photovoltaïques sur les toits dans le monde. C'est pourquoi il est préoccupant pour les propriétaires de systèmes photovoltaïques sur le toit et les ménages consommant de l'énergie solaire à partir du réseau.

Les taux de dégradation appropriés des panneaux solaires sont estimés à 0,5 % par an en considérant un système PV bien entretenu présentant des conditions idéales. Cependant, les taux de dégradation des panneaux solairespeut atteindredans certains cas extrêmes, allant jusqu'à 1,4 % ou 1,54 % par an.

Ces informations soulignent l'importance d'installer des modules photovoltaïques de haute qualité fabriqués par des entreprises fiables et d'effectuer la maintenance des panneaux solaires. Prendre toutes les précautions garantira des taux de dégradation minimaux des panneaux solaires et une durée de vie plus longue des systèmes photovoltaïques.

Un panneau solaire avec un taux de dégradation de 0,5 % par an (panneau solaire Hanwha QCells 400 W par exemple dans la figure 1) est susceptible d'être quelque part près de 87 % de sa production de la première année à la fin de sa durée de vie. Pendant ce temps, un panneau solaire de mauvaise qualité installé dans des conditions environnementales difficiles pourrait avoir un taux de dégradation de 1 % par an, réduisant sa production à environ 75 % de sa production de la première année. Des fabricants de qualité supérieure comme SunPower ont été en mesure de réduire les taux de dégradation à 0,25 %, offrant ainsi les performances maximales dans le temps de l'industrie.

La dégradation des panneaux solaires n'est pas causée par un seul phénomène isolé, mais par plusieurs mécanismes de dégradation qui affectent les modules PV, mais la cause principale est la dégradation liée à l'âge. Les autres causes de dégradation des panneaux solaires comprennent, entre autres, le vieillissement, la dégradation induite par la lumière (LID), la dégradation induite par le potentiel (PID) et la défaillance de la feuille arrière. Analysons-les plus en détail.

Le vieillissement est le principal mécanisme de dégradation affectant les modules PV tout au long de leurs années de fonctionnement. Ce mécanisme de dégradation est une conséquence directe de l'exposition des modules pendant des années aux précipitations, aux chutes de neige, aux températures extrêmes, à la grêle, à la poussière et à d'autres agents externes.

Lorsque les modules PV sont exposés aux agents externes susmentionnés, ils commencent à se décomposer avec le temps et à réduire leur efficacité. Cela se produit par la corrosion des cadres de panneaux solaires, le délaminage du verre et de la feuille arrière et les matériaux PV perdant leurs propriétés, tous ces facteurs provoquent une dégradation annuelle moyenne de 0,5 % pour les modules PV.

La dégradation induite par la lumière (LID) est un phénomène provoquant une accélération des taux de dégradation des panneaux solaires, affectant les modules principalement au cours de la première année de fonctionnement. C'est une conséquence de la lumière du soleil qui accélère le processus d'oxydation entre le bore utilisé pour doper les matériaux PV et l'oxygène.

Ces défauts se produisent naturellement lorsque l'oxygène se combine avec le silicium fondu au cours du procédé Czochralski utilisé pour faire croître le silicium monocristallin (mono c-Si). Le bore utilisé pour doper les cellules solaires se combine avec l'oxygène et agit comme un piège pour les paires électron-trou, ce qui a un impact sur le processus de production d'énergie.

La dégradation des panneaux solaires causée par le LID affecte fortement les modules fabriqués avec du silicium monocristallin, en particulier les plaquettes de type p. L'effet LID est également plus élevé dans les modules PERC.

La dégradation induite par le potentiel ou PID est un autre mécanisme de dégradation affectant les modules PV et réduisant leur efficacité. Contrairement au LID, le PID n'affecte pas fortement un type particulier de module PV, mais il affecte de la même manière les modules mono c-Si, en silicium polycristallin (poly c-Si) et à couche mince.

Les installations photovoltaïques à grande échelle présentent une tension élevée par chaîne qui provoque une différence de potentiel entre les cellules et le châssis, entraînant un courant de fuite, produisant des pertes de puissance.

La compréhension du PID est encore incomplète et une étude plus approfondie est nécessaire, mais on sait qu'il produit des pertes de puissance élevées dans les systèmes PV non mis à la terre avec des tensions supérieures à 1 500 V. Ceci est associé aux systèmes photovoltaïques à grande échelle et commerciaux.

La défaillance de la feuille arrière est une autre cause de dégradation, étant la principale cause de dégradation prématurée. Il est déterminé que 9 % à 16 % des modules PV souffrent d'une défaillance de la feuille de fond. C'est un sujet de préoccupation puisque la feuille de fond d'un module PV est la première ligne de défense qui isole et protège les composants internes des agents externes tels que l'humidité, le vent, la poussière et la lumière ultraviolette (UV).

La principale cause de dégradation des panneaux solaires due à une défaillance de la feuille de fond est le délaminage de la feuille de fond ou la formation de fissures dans le matériau. Lorsque la feuille de fond tombe en panne, les composants internes des panneaux solaires sont exposés à des agents externes et la durée de vie des modules PV est réduite.

Tout comme il existe différents taux de dégradation des panneaux solaires, il existe des facteurs qui accélèrent ou réduisent la dégradation des panneaux solaires. Ceux-ci incluent les matériaux utilisés pour fabriquer les modules photovoltaïques, le processus d'assemblage, le processus d'installation, les pratiques de maintenance et même la météo.

La plupart des modules PV qui subissent une dégradation accélérée des panneaux solaires le font en raison d'une défaillance du LID, du PID et de la feuille arrière. Ces mécanismes de dégradation sont partiellement causés par des défauts dans les matériaux, on peut donc en conclure que les modules PV avec des matériaux de meilleure qualité se dégradent à des vitesses plus lentes.

Des matériaux et des techniques supplémentaires peuvent être utilisés pour ralentir la corrosion et réduire la dégradation des panneaux solaires. Il a été prouvé que les systèmes de panneaux solaires peuvent durer au moins 40 ans dans des conditions dégradées, mais certaines entreprises révolutionnaires de l'industrie solaire ont amélioré la technologie et offrent des garanties PV de 30 ans et 40 ans.

Les modules photovoltaïques peuvent contenir des matériaux de haute qualité, mais ils nécessitent les processus de fabrication les plus stricts pour garantir des performances optimales.

L'amélioration des techniques de fabrication peut réduire la dégradation des panneaux solaires et prolonger la durée de vie des modules PV. Le Bureau des technologies de l'énergie solaire du Département américain de l'énergie finance actuellement une équipe de recherche pour développer des techniques qui pourraient prolonger la durée de vie des modules PV jusqu'à 50 ans ou plus.

Lors du transport et de la manutention des panneaux solaires lors de l'installation, les modules sont soumis à des contraintes mécaniques. Cette contrainte peut entraîner une dégradation du panneau solaire en raison d'une défaillance de la feuille arrière et produire des pertes de puissance partielles ou compromettre les composants du module PV.

Pour réduire la dégradation des panneaux solaires causée par la fissuration de la feuille de fond et augmenter la durée de vie des modules PV, il est recommandé que les modules soient correctement manipulés et installés par des professionnels certifiés. Ceci est particulièrement important lorsqu'il s'agit de panneaux solaires à couches minces, qui sont plus délicats.

L'entretien régulier est une tactique essentielle utilisée pour réduire la dégradation des panneaux solaires dans les applications à grande et à petite échelle. La maintenance prédictive et préventive peut augmenter la durée de vie opérationnelle des systèmes PV en réduisant la dégradation due aux salissures et à la poussière, ce qui se traduit par une augmentation des performances du générateur solaire.

La fréquence à laquelle l'entretien doit être effectué peut varier en fonction de la présence de poussière, de neige, de feuilles mortes et d'autres conditions climatiques. Le nombre d'oiseaux dans la zone (associé aux chutes d'oiseaux) peut également augmenter la fréquence d'entretien requise.

Les phénomènes météorologiques ne sont pas une variable contrôlable, mais ils peuvent être pris en compte lors de l'installation des modules PV et de la maintenance pour éviter une dégradation supplémentaire des panneaux solaires. L'analyse préalable à l'installation de systèmes photovoltaïques à grande échelle doit envisager une étude dédiée sur l'emplacement et les catastrophes naturelles historiques, garantissant que l'emplacement est faisable pour l'installation.

Un choix important qui peut être fait lors de la préparation contre les phénomènes météorologiques extrêmes consiste à sélectionner des modules PV présentant de meilleures propriétés mécaniques. Cela peut inclure un meilleur indice de protection contre les infiltrations (IP), un indice de cadre plus dur, un verre avec une résistance plus élevée contre les chocs, et plus encore. Par exemple, les modules PV SunPower sont plus vulnérables aux vents à grande vitesse que les panneaux solaires Q-Cells.

Étant donné que les panneaux solaires ont une durée de vie limitée, il est important de noter qu'ils peuvent être recyclés et réutilisés pour le fonctionnement du réseau, les bornes de recharge pour véhicules électriques et d'autres applications. La nouvelle encore meilleure est que les chercheurs travaillent actuellement à prolonger la durée de vie des modules photovoltaïques et à développer des techniques pour réduire davantage la dégradation des panneaux solaires.

Les études en cours visent à augmenter la durabilité en s'appuyant sur la photographie par électroluminescence et l'apprentissage automatique, en améliorant la durée de vie et les performances de l'installation photovoltaïque avec des résultats prouvés en mettant en œuvre des systèmes de surveillance et de contrôle. De plus, la mise en œuvre de techniques de refroidissement utilisant de l'eau pour réduire la température des modules PV s'est également avérée efficace pour prolonger la durée de vie des panneaux solaires.

Souvent, les propositions solaires tiennent compte des simulations de la première année, ce qui peut vous donner l'impression erronée que cette performance énergétique sera maintenue dans le temps alors qu'elle ne le sera pas. C'est pourquoi choisir le panneau solaire avec des taux de dégradation plus faibles est essentiel pourmaintenir les performances dans le temps au plus près de la première année d'installation . La plupart des fabricants de panneaux solaires incluent des mesures qui indiquent la garantie de performance de leurs produits, en choisissant des modules PV de haute qualité avec des taux de dégradation similaires à ceux de SunPower ou même de Hanwha Q-Cells, garantira des systèmes PV qui résistent mieux à la dégradation par le vieillissement que les systèmes conventionnels et qui donneront de meilleurs résultats à long terme.

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