Étude de la dégradation et de la fiabilité des modules photovoltaïques - Impact de la poussière sur les caractéristiques électriques de performance

Abstract

Cette thèse constitue une contribution à la maîtrise du comportement des performances des modules photovoltaïques durant leur cycle de vie. D’une part, elle traite de la dégradation et de la fiabilité des modules et d’autre part, l’impact des dépôts de poussière sur les caractéristiques électriques de performances. Pour mieux cerner la thématique, nous avons jugé utile de procéder à une étude bibliographique détaillée sur un sujet encore peu investi. Celle-ci a permis d’établir que la corrosion (19%), la décoloration (12%) et la délamination (42%) constituent les principaux modes de dégradation des modules PV. Notre étude est essentiellement circonscrite en zone sahélienne pour laquelle nous n’avons pas recensé de travaux relatifs à cette problématique. Ainsi, pour mener nos travaux, une plateforme expérimentale a été mise en place afin de disposer d’une base de données relative aux conditions environnementales de fonctionnement réel et aux paramètres électriques de performances des modules PV.L’exploitation de cette base de données a permis de déterminer les conditions dominantes de fonctionnement des modules, d’évaluer leur dégradation après quelques années de fonctionnement et d’estimer leur fiabilité dans un tel contexte environnemental. Les modules fonctionnent pendant 50% de l’année entre 30°C et 65°C. Pour l’humidité, ils sont entre 65% et 98% pendant 60% de l’année. Ils sont exposés à une radiation UV comprise entre 10W.m-2 et 40W.m-2 pendant 40% de leur exposition annuelle.L’étude de la dégradation des modules photovoltaïques a principalement porté sur les caractéristiques électriques de performance en l’occurrence le courant de court-circuit, la tension en circuit-ouvert, le facteur de forme, la puissance maximale, le courant et la tension maximal mais également sur les caractéristiques de transfert courant-tension (I-V) et puissance-tension (P-V). Deux approches pour l’évaluation de la dégradation des modules sont proposées. La première, EDMS (Evaluation de la Dégradation des Modules photovoltaïques par Standardisation) est basée sur la standardisation des mesures réalisées en conditions réelles. La deuxième approche, EDMA (Evaluation de la Dégradation des Modules photovoltaïques par Analyseur) utilise l’analyseur de modules photovoltaïques de type IV-400. Cette étude a montré que les modules étudiés ayant fonctionné entre un an et demi et cinq ans présentent une dégradation annuelle moyenne de la puissance de 3,65% avec une nette variation d’un module à un autre et d’une technologie à une autre.L’impact des dépôts de la poussière sur les caractéristiques de performance des modules PV est mis en évidence via une étude expérimentale dédiée. Celle-ci a montré une dégradation de la puissance maximale de plus de 70% observée sur des modules après une année d’exposition sans nettoyage. Ensuite, la corrélation entre la variation des performances des modules PV et la densité des dépôts de poussière sur la surface extérieure des modules a été étudiée. Pour cela, une méthode de mesure de la densité de poussière déposée sur les modules est proposée.Enfin, une méthodologie et un outil basé sur les essais accélérés et dédié à l’estimation de la fiabilité et la durée de vie des modules sont proposés. Cet outil, EFMPV (Estimateur de Fiabilité des Modules PV) est développé sous l’environnement Scilab. Il a montré que la fiabilité et la durée de vie des modules sont plus sensibles à la température du module qu’à l’humidité relative. Lorsque la température augmente de 10°C, la durée de vie diminue d’un facteur 3 environ. Une variation de l’humidité relative de 10%, induit une diminution d’une année en moyenne de la durée de vie des modules exposés sur notre zone d’étude.