Méthodes de test des panneaux solaires

Le nombre de centrales solaires a augmenté régulièrement au cours des dernières années, la part des énergies renouvelables est actuellement proche de 20 % en FRANCE. Les parcs photovoltaïques ne représente que 3 % de la production totale d’électricité.

Cependant les systèmes photovoltaïques de production d’énergie électrique ont des avantages indéniables :

Longue durée de vie
Effets de vieillissement faibles
Faible entretien
Faibles coûts d‘exploitation
Robustesse

Néanmoins, différents types de défauts dans les systèmes de production d’énergie photovoltaïques peuvent se produire et nécessite la mise en œuvre de test et de mesure de performance des panneaux solaires lors des opérations de maintenance :

Perte de rendement

Les principaux défauts des panneaux solaires pouvant dégrader fortement le rendement de production électrique sont les suivants :

- Pertes liées à la non concordance des lignes des panneaux solaires
- Points chauds
- PID (dégradation induite par le potentiel)
- Défaut de la diode de dérivation
- Fissure cellulaire
- Salissures et bris de verre
- Délamination et décoloration

Même si les fabricants des panneaux mettent en valeur leurs produits comme : Non-PID, Pas de fissure des cellules, aucun point chaud possible, bien sûr les problèmes mentionnés ci-dessus peuvent se produire sur tout type de système photovoltaïque.

Perte de non-concordance

Des pertes de non concordance se produisent lors du raccordement en série ou en parallèle des panneaux photovoltaïques en raison de caractéristiques électriques différentes. Les raisons de la non concordance sont variées : différents panneaux, différentes hauteurs, ombrage, points chauds, PID…. L’image ci-dessous illustrent les pertes possibles liées à des problèmes de non concordance en connexion série (gauche) ou parallèle (droite) :

Exemple: Pertes de non concordance des parcs solaires

Dans les parcs solaires, une combinaison des connexions séries et parallèles des panneaux photovoltaïques est généralement utilisée pour utiliser la gamme complète d’entrée des onduleurs. Via une connexion en série les panneaux seront connectés en chaîne. Connecter ces chaînes PV ensemble via une connexion parallèle représentera un réseau. Si maintenant une chaîne du réseau réduit sa puissance de sortie en raison d’un module défectueux ou d’un ombrage temporaire, non seulement la puissance de cette chaîne sera réduite mais l’ensemble de la tension du système (connexion parallèle des sources de tension) diminuera et la puissance de l’ensemble du réseau des panneaux diminuera également. Dans l’exemple ci-dessous, la puissance de sortie du réseau sera réduite de 8 kW (30 %) au lieu de 3 kW (10 % de réduction sur la ligne concernée) en raison de ces pertes de non concordance.

Test des panneaux solaires

L’inspection des parcs solaires photovoltaïques et le test des panneaux solaires sont divisées en plusieurs disciplines. Tout d’abord, le système doit être vérifié pour tout problème de sécurité. Les courants de fuite et les défauts d’isolation peuvent être dangereux et peuvent aussi affecter d’autres équipements comme le système de raccordement électrique. D’autres défauts limitant les performances tels que les PIDs, points chauds, défaillance des diodes de dérivation, etc. doivent être détectés et les performances de l’ensemble du système analysées conformément à la norme CEI 62446-2.

Sécurité

Système de mesure pour la sécurité et le contrôle des performances.

Fuite

Détection des courants de fuite

Diagnostic

Détection automatique de l’inadéquation, Hotspot, PID, Ombrage, diode de dérivation

Efficacité

Mesure de puissance et rendement selon la norme IEC62446-2

Inspection visuelle

Les inspections visuelles sont importantes pour détecter les problèmes majeurs, comme les fusibles cassés, les problèmes évidents de défaillance, etc. Néanmoins, cette méthode de test des panneaux solaires ne permet de détecter que quelques problèmes. Par exemple, après une tempête de grêle, seuls quelques modules ont été remplacés dans une centrale solaire. Des tests détaillées sur ces panneaux solaires ont montré que beaucoup plus de modules étaient en réalité impactés.

Imagerie thermique

Cette technique de test des panneaux solaires est la plus utilisée pour l’inspection des installations photovoltaïques. Elle nécessite un savoir-faire pour l’exécution et l’analyse des mesures. Souvent des drones ou des avions sont utilisés et la centrale électrique doit être en plein fonctionnement ( fort rayonnement de chaleur ). Il permet de détecter différents types de défauts et de trouver des composants cassés.

Inconvénients :

- Les pertes de non concordance ne sont pas détectées
- Impossible de détecter le PID
- Les fissures des cellules ne peuvent pas être détectées

Electroluminescence

Cette technique de test des panneaux solaires est principalement réalisée en laboratoire. Les modules seront activés par injection de courant. Les mesures sont effectuées sans rayonnement solaire (de nuit). Elles permettent une analyse détaillée des panneaux photovoltaïques. Néanmoins, les systèmes de mesure mobiles pour analyser des chaînes entières de panneaux solaires ne sont pas encore disponibles. Les systèmes nécessitent une puissance de génération élevée pour l’injection du signal.

Courbe Tension-Courant

Cette technique de test des panneaux solaires permet d’enregistrer le profil tension-courant (courbe IV) des panneaux photovoltaïques à partir de la tension en circuit ouvert (Voc) jusqu’au courant de court-circuit (Isc) en appliquant une charge. En fonction de la forme de la courbe, les différents défauts possibles peuvent être détectés et différenciés. De plus, c’est la seule méthode pour détecter les pertes de non concordance.

Les pertes de non concordance

Seule méthode pour détecter les pertes de non concordance

Ombrage

Détection de l’ombrage et estimation de la perte de revenus annuels

Salissures, contamination

en utilisant un algorithme intelligent

Défaillance de la diode de dérivation

Détection de diodes bipasses cassées (ouvert ou court circuit)

L’image suivante illustre un exemple de test et mesure de performance simultanée d’une centrale solaire composée de 17 chaînes de panneaux solaires.

Point chaud

Détection de points chauds même à faible irradiance

PID

Détection du PID (Potential Induced Degradation)

Fissure cellulaire, verre brisé, …

Détection d’autres défauts

IEC 62446

Entièrement conforme à la norme IEC 62446-2

Alors que l’utilisation d’un système de test courant-tension des panneaux solaires dédié à une seule chaîne nécessite beaucoup de temps (jours) pour l’inspection des parcs solaires (par exemple 400 chaînes pour 3 MW), le système de traçage courant-tension à canaux multiples permettra l’inspection d’un parc solaire dans son intégralité en très peu de temps (~4 heures par MW) et donnera des informations valables sur les pertes de non concordance.

Le système de diagnostic breveté affiche automatiquement l’état de chaque chaîne. Différentes couleurs décrivent les performances de la chaîne et illustrent les différents défauts des panneaux photovoltaïques.

Détection des défauts: Non concordance, PID, point chaud, défaut de diode de dérivation, ombrage, souillure, verre brisé, délamination, fissure cellulaire, etc.

Comparaison des méthodes d’inspection

Le tableau suivant compare les différentes méthodes de test des panneaux solaires:

- Inspection visuelle
- Imagerie thermique
- Electroluminescence
- Tracé des courbes IV
- Système de diagnostic intelligent multi-canaux de tracé des courbes IV